電力電子技術在電力系統(tǒng)開發(fā)方面的應用

高禮增

摘要：電力電子技術是一項以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現(xiàn)代控制技術為主要基礎的平臺技術。在其五十多年的發(fā)展歷程中，不斷推動我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設備的發(fā)行、電能質(zhì)量控制、新能源開發(fā)和民用產(chǎn)品等行業(yè)的發(fā)展，推廣效益極其優(yōu)越。本文就我國電力電子技術在電力系統(tǒng)開發(fā)方面的應用作如下探討。

關鍵詞：電力電子技術 ；電力系統(tǒng) ；開發(fā)；應用

電力系統(tǒng)實現(xiàn)智能態(tài)控制將成為我國電力系統(tǒng)從穩(wěn)態(tài)控制轉向動態(tài)控制的必然發(fā)展趨勢，實現(xiàn)智能態(tài)控制已經(jīng)被作為電力系統(tǒng)實現(xiàn)完整控制時代的重要標志。要想實現(xiàn)電力系統(tǒng)的開發(fā)就離不開電力信息技術，可見電力信息技術在電力系統(tǒng)中的應用之重要。

1 電力系統(tǒng)的概念

電力系統(tǒng)由多個環(huán)節(jié)組成，其中包括發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等多個環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)的運行需要電力系統(tǒng)的一次設備和二次設備，為了保證電力一次設備能夠安全、穩(wěn)定、可靠的運行，需要對一次設備進行保護、控制，以達到電力系統(tǒng)的高效運行。一些測控裝置、保護裝置、有關的通信設備及計算機監(jiān)控系統(tǒng)為電力系統(tǒng)的二次設備，二次設備包含了電力系統(tǒng)自動化的主要技術，其中電力信息技術在電力系統(tǒng)中的應用尤為廣泛。

2 電力電子技術電力系統(tǒng)開發(fā)方面的具體應用

自上世紀八十年代以來，柔性交流輸送電力能源的概念被提出之后，電力電子技術在我國電力系統(tǒng)中的應用研究被廣泛提升到了一定高度，各種極具電力電子技術特色的電力設備相繼被研發(fā)出來。目前，已經(jīng)有不少關于這方面設備基本原理及應用現(xiàn)狀的研究資料，極大地推廣了電力系統(tǒng)開發(fā)方面的應用范圍。以下就談及此方面的一些內(nèi)容：

（1）在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)開發(fā)中的應用。電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)一般涉及各種發(fā)電機組設備，而電力電子技術的應用主要以改善這些電力設備的運行狀況為目的。根據(jù)實踐表明，大型發(fā)電機、水力或風力發(fā)電機在應用方面極其出色。首先，大型發(fā)電機的靜止勵磁控制可采用晶閘管整流自并勵的方式達到這一目的，其明顯的優(yōu)勢在于結構簡單、可靠性高及造價低等，因此已被世界各國廣泛應用且效果良好。究其原理可以看出由于大型發(fā)電機在發(fā)電過程中省掉了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，促使發(fā)電機運行具有了自身特有的快速性調(diào)節(jié)功能，這樣一來大型發(fā)電機能夠充分發(fā)揮其發(fā)電功能，并且在控制規(guī)律上也產(chǎn)生了良好的效果。

其次，水力和風力發(fā)電機可通過電力電子技術控制器變速恒頻勵磁，水利發(fā)電機的有效功率主要由水頭壓力和流量大小決定，水頭壓力變化越大，水利發(fā)電機組的最佳轉速也隨之變化。而風力發(fā)電的有效功率則于風速的三次方成正比例關系，風力發(fā)電機組在捕捉到最大風能時的轉速隨風速大小變化，為了能夠使得風力發(fā)電機組的有效功率成最優(yōu)化的正比例關系，采用以變頻電源為核心技術的電力電子控制系統(tǒng)對機組轉子的勵磁電流頻率進行適宜調(diào)整，使其與轉子轉速疊加后能夠保持定子頻率即可輸出恒定頻率。

（2） 在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)開發(fā)中的應用。通常，被稱為“硅片引起的第二次革命”就是指將電力電子器件應用于高壓輸電系統(tǒng)中的革過程，其主要的應用效果是大幅度地改善電力系統(tǒng)網(wǎng)的穩(wěn)定運行狀況。

（3） 在配電環(huán)節(jié)開發(fā)中的應用。配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術和現(xiàn)代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產(chǎn)品將進入快速發(fā)展期。

（4）在節(jié)能環(huán)節(jié)開發(fā)的運用。第一，變負荷電動機調(diào)速運行。電動機本身挖掘節(jié)電潛力只是節(jié)電的一個方面，通過變負荷電動機的調(diào)速技術節(jié)電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節(jié)電方較完善。目前，交流調(diào)速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調(diào)速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調(diào)速，我國正在推廣應用中。

變頻調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速。在調(diào)速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達30%左右。其缺點主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。

第二，減少無功損耗，提高功率因數(shù)。在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質(zhì)量不可缺少的部分。在電力系統(tǒng)中應保持無功平衡，否則，將會使系統(tǒng)電壓降低 ，設備破壞，功率因數(shù)下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統(tǒng)解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網(wǎng)或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數(shù)。

3 電力信息技術發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)方面的發(fā)展趨勢

近幾年來，隨著計算機技術、控制技術及通信技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)如今的電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個由計算機技術、控制技術、通信技術及電力裝備組成的綜合體，逐日增大的電力系統(tǒng)信息量滿足了自動化處理信息能力的要求，電力系統(tǒng)的開發(fā)需要注意的因素越來越多，可直接觀測的范圍也越來越廣泛，這為我國電力系統(tǒng)的開發(fā)打下了良好的基礎。

現(xiàn)如今，我國在電力信息技術在電力系統(tǒng)開發(fā)方面的發(fā)展趨勢越來越趨向適應化、智能化、最優(yōu)化；在電力系統(tǒng)中，不管是在設計分析上還是在理論工具上，還是控制手段及研究人員方面都廣泛的應用了電力信息技術，可見這項技術對電力系統(tǒng)的開發(fā)應用之廣泛，影響之重大。

總而言之，隨著我國計算機技術、控制技術及通信技術的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)就需要進行開發(fā)更新，通過對電力信息技術在電力系統(tǒng)中的應用分析，可見電力信息技術在電力系統(tǒng)中的應用已經(jīng)成為實現(xiàn)電力系統(tǒng)開發(fā)不可缺少的重要步驟，電力信息技術在電力系統(tǒng)中的應用十分重要。

參考文獻：

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[2]張建誠，陳志業(yè)，梁志瑞 現(xiàn)代電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用.[J]電力情報.1999.

（作者身份證號：130181198510144231）