電力電子技術在電力系統中的應用探討
時間：
吳大江1由 分享
摘要 近年來，不斷進步的計算機技術為現代控制技術在實際生產、生活中提供了強有力的技術支持，新的材料和結構器件又促進了電力電子技術的飛速發展，且在各行業中得到廣泛的應用。本文就電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用進行了詳細的闡述。
關鍵詞 電力電子技術；電力系統；應用
中圖分類號TM1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）38-0147-02。
以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現代控制技術為支撐依據的電力電子技術經過半個世紀的發展，目前在新能源開發、電能質量控制和民用產品等多個行業應用越來越廣泛。直流輸電是最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術。20世紀80年代之后，提出了柔性交流輸電（FACTS）概念，于是電力電子技術在電力系統中的應用研究引起的很大的關注，許多介紹和總結相關設備的基本原理和應用現狀層出不窮，相繼又出
現了多種設備。筆者按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
1 在發電環節中的應用
發電機組的多種設備在電力系統的發電環節都會被涉及到，如何改善這些設備的運行特性就需要電力電子技術參與應用。
1.1 大型發電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁結構簡單、可靠性高以及造價相對較低 ，采用晶閘管整流自并勵方式，在世界的各大電力系統被廣泛采用。省去勵磁機這個中間慣性環節，使其擁有了特有的快速性調節。這樣使得控制規律的方法和更加先進，效果更加良好。
1.2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁
水頭壓力和流量決定了水力發電的有效功率，抽水蓄能機組最佳轉速變會隨著水頭的變化幅度而變化。風速的三次方與風力發電的有效功率成正比，隨風速的變化，風車捕捉最大風能的轉速也發生變化。所以機組變速運行，即調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定，從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項應用的技術核心。
1.3 發電廠風機水泵的變頻調速
發電廠的廠用電率平均8%，風機水泵耗電量約是火電設備總耗電量的65%，不僅耗量大且運行效率低，為了節能，在低壓或高壓變頻器使用時可以使風機水泵變頻調速，從而減少電量的消耗。目前來講，低壓變頻器技術以達到一定 的水平，國內外的生產廠家也比較多，只是系列產品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設計和生產的企業還是比較少，需要院校和企業抓緊聯合開發，以滿足生產需求。
2 在輸電環節中的應用
被稱為“硅片引起的第二次革命”就是電力電子器件應用于高壓輸電系統，這樣使得電力網的穩定運行特性大幅度的改善。
2.1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術
流輸電相對遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電優勢獨特，因為其不僅輸電容量大、穩定性好等優點而且控制調節非常靈活，從。1970年世界上第一項晶閘管換流器之后，世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥，這也是電力電子技術正式應用于直流輸電的里程碑。
2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術
20世紀80年代后期，FACTS技術的概念問世，這是項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可以靈活控制交流輸電功率潮流，使得電力系統的穩定水平大大的提高。
20世紀90年代后，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS技術用于實際電力系統工程。其設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以應用較早。
2.3 在配電環節中的應用
如何加強供電可靠性和提高電能質量是配電系統迫切需要解決的問題，電能質量控制既要抑制各種瞬態的波動和干擾，還要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術就是用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，它是電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用。其實FACTS設備的縮小版就是DFACTS設備，因為其原理、結構、功能是相似。由于市場較大的需求，所以使用會日益的廣泛，再加上電力電子器件價格日益降低，可以預計DFACTS設備產品將迅速進入快速發展期。
3 在節能環節的運用
3.1 變負荷電動機調速運行
要想在節能環節有所成就，就必須從電動機本身和變負荷電動機的調速技術的應用兩方面入手，只有二者結合起來，電動機的節能才能達到良好的效果。
目前，變負荷的風機、水泵采用交流調速在國外居多，在我國還需要進一步推廣應用。風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量收到良好的效果，其調速范圍廣，精度高，效率高，可以實現連續無級調速且在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，可以達到30% 的節電率，缺點就是成本較高，產生高次諧波污染電網，即使這樣，并不影響其在在冶金、礦山等部門及社會生活中應用推廣。閥門控制和變頻控制水泵流量如圖1、圖2所示。
3.2 減少無功損耗，提高功率因數
在電氣設備中，屬于感性負載的變壓器和交流異步電動機，在運行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的設備，作為保證電能質量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統中應保持無功平衡，不然就會系統電壓降低、功率因數下降、設備遭到破壞 ，嚴重時還會造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發生，當電力網或電氣設備無功容量不足時，增裝無功補償設備，提高設備功率因數勢在必行。
4 結論
總之，電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域，只有不斷的加大已有研究成果的技術應用和運行投入，不斷改善經濟可行性，才能大幅度提高電力系統的穩定水平，產生巨大效益。
參考文獻
[1]鄭錦彪.淺談電力電子技術在電力系統中的應用與研究[J].黑龍江科技信息，2007(5).
[2]張建誠，陳志業，梁志瑞.現代電力電子技術在電力系統中的應用[J].電力情報，1999(3).
[3]陳賢明，許和平，戴軍.電力電子技術在電力系統中的應用[J].水電廠自動化，1996(2).
關鍵詞 電力電子技術；電力系統；應用
中圖分類號TM1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）38-0147-02。
以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現代控制技術為支撐依據的電力電子技術經過半個世紀的發展，目前在新能源開發、電能質量控制和民用產品等多個行業應用越來越廣泛。直流輸電是最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術。20世紀80年代之后，提出了柔性交流輸電（FACTS）概念，于是電力電子技術在電力系統中的應用研究引起的很大的關注，許多介紹和總結相關設備的基本原理和應用現狀層出不窮，相繼又出
現了多種設備。筆者按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
1 在發電環節中的應用
發電機組的多種設備在電力系統的發電環節都會被涉及到，如何改善這些設備的運行特性就需要電力電子技術參與應用。
1.1 大型發電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁結構簡單、可靠性高以及造價相對較低 ，采用晶閘管整流自并勵方式，在世界的各大電力系統被廣泛采用。省去勵磁機這個中間慣性環節，使其擁有了特有的快速性調節。這樣使得控制規律的方法和更加先進，效果更加良好。
1.2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁
水頭壓力和流量決定了水力發電的有效功率，抽水蓄能機組最佳轉速變會隨著水頭的變化幅度而變化。風速的三次方與風力發電的有效功率成正比，隨風速的變化，風車捕捉最大風能的轉速也發生變化。所以機組變速運行，即調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定，從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項應用的技術核心。
1.3 發電廠風機水泵的變頻調速
發電廠的廠用電率平均8%，風機水泵耗電量約是火電設備總耗電量的65%，不僅耗量大且運行效率低，為了節能，在低壓或高壓變頻器使用時可以使風機水泵變頻調速，從而減少電量的消耗。目前來講，低壓變頻器技術以達到一定 的水平，國內外的生產廠家也比較多，只是系列產品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設計和生產的企業還是比較少，需要院校和企業抓緊聯合開發，以滿足生產需求。
2 在輸電環節中的應用
被稱為“硅片引起的第二次革命”就是電力電子器件應用于高壓輸電系統，這樣使得電力網的穩定運行特性大幅度的改善。
2.1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術
流輸電相對遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電優勢獨特，因為其不僅輸電容量大、穩定性好等優點而且控制調節非常靈活，從。1970年世界上第一項晶閘管換流器之后，世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥，這也是電力電子技術正式應用于直流輸電的里程碑。
2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術
20世紀80年代后期，FACTS技術的概念問世，這是項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可以靈活控制交流輸電功率潮流，使得電力系統的穩定水平大大的提高。
20世紀90年代后，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS技術用于實際電力系統工程。其設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以應用較早。
2.3 在配電環節中的應用
如何加強供電可靠性和提高電能質量是配電系統迫切需要解決的問題，電能質量控制既要抑制各種瞬態的波動和干擾，還要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術就是用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，它是電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用。其實FACTS設備的縮小版就是DFACTS設備，因為其原理、結構、功能是相似。由于市場較大的需求，所以使用會日益的廣泛，再加上電力電子器件價格日益降低，可以預計DFACTS設備產品將迅速進入快速發展期。
3 在節能環節的運用
3.1 變負荷電動機調速運行
要想在節能環節有所成就，就必須從電動機本身和變負荷電動機的調速技術的應用兩方面入手，只有二者結合起來，電動機的節能才能達到良好的效果。
目前，變負荷的風機、水泵采用交流調速在國外居多，在我國還需要進一步推廣應用。風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量收到良好的效果，其調速范圍廣，精度高，效率高，可以實現連續無級調速且在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，可以達到30% 的節電率，缺點就是成本較高，產生高次諧波污染電網，即使這樣，并不影響其在在冶金、礦山等部門及社會生活中應用推廣。閥門控制和變頻控制水泵流量如圖1、圖2所示。
3.2 減少無功損耗，提高功率因數
在電氣設備中，屬于感性負載的變壓器和交流異步電動機，在運行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的設備，作為保證電能質量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統中應保持無功平衡，不然就會系統電壓降低、功率因數下降、設備遭到破壞 ，嚴重時還會造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發生，當電力網或電氣設備無功容量不足時，增裝無功補償設備，提高設備功率因數勢在必行。
4 結論
總之，電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域，只有不斷的加大已有研究成果的技術應用和運行投入，不斷改善經濟可行性，才能大幅度提高電力系統的穩定水平，產生巨大效益。
參考文獻
[1]鄭錦彪.淺談電力電子技術在電力系統中的應用與研究[J].黑龍江科技信息，2007(5).
[2]張建誠，陳志業，梁志瑞.現代電力電子技術在電力系統中的應用[J].電力情報，1999(3).
[3]陳賢明，許和平，戴軍.電力電子技術在電力系統中的應用[J].水電廠自動化，1996(2).