電力電子設備在電力系統中的應用研究

摘 要：在科技不斷發展中，電力電子技術也在持續的深入，并成為建設智能電網的重要基礎。通過對電力電子的發展探究，在靜止中的無功補償裝置以及有緣電力濾波、高壓直流中的輸電技術這些在電力電子中的不斷使用，來對電力電子設備在電力系統中的使用進行研究。希望通過探究可以使得電力電子設備在整個電力系統的應用中得到廣泛的使用。

關鍵詞：電力電子；電力系統；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.125

0 前言

電力電子設備在電力系統中的應有十分廣泛，通過相關調查報告可以看到，有70%的電能是要在電力電子的變流裝置的基礎上來處理的。假如沒有電力電子的使用整個電力系統便是和實際的脫離，由此所造成的后果也是十分嚴重的。直流輸電的技術體現在遠距離和大容量上，在受電端的逆流閥和跟整流閥都在使用晶閘管的變流設備。

1 電力電子技術的發展

我們可以把器件制造技術跟電子中的電路使用技術統稱為電力電子技術。同時電力電子器的發展經歷也可以分為幾個階段，首先是半控型其次是復合型然后還有全控型這幾個階段，他們可以把保護電路、驅動控制以及功率器件全部集合在一起，共同構成集成電路，但是現在他們的功率較小，但是我們可以看出它代表了發展的重要方向。

在現在這個階段使用最為廣泛的是整流電路，在20世紀的80年代也是逆變電路使用發展的高峰，其中自行關閉器件也在這個時候大量的出現，這個時期的總體發展趨勢是高頻化，同時還出現了諧振型和矩陣型逆變電路等這些。PWM控制器也推動著電力電子的發展，同時還有自適應控制、瞬時無功控制或者模糊控制。

2 靜止無功補償裝置

在電力系統中提供負載功率因數的是無功功率的補償，同時在設備容量的降低上和鐵道的三相有功平衡跟無功負載、功率降低損耗、提高供電質量以及使得電壓的受壓端和電網之間更為穩定這些上都有廣泛的使用。靜止無功補償的使用范圍有晶閘管電抗器以及串聯補償裝置甚至是投切電容器這些。TCR的單相結構也是反向并聯電抗器跟晶閘管，兩者在使用上經常串聯，對于長時間調整電抗器功率也有效果，這樣使得晶閘可以管可以觸發延遲角改變，進而可以控制電流強弱。TCR可以使用支路對三角形連接的三相交流調壓電路控制，具體的方法為：

同時在TSC優勢中沒有較為嚴重的磨損同時相應的時間較短，這些也可以變得平滑透切同時也可以進行綜合性的補償。內部小電感也可以對電容器在投入電網的過程中減少沖擊電流。要想實現電力導體橋式變流器的補償便要使用靜止同步補償器。這和SVC相比調速更快，補償電流中諧波的產生量也在減少。實現這一功能的原理就是電網中并聯的自換相橋式電路，對于側為電壓和電路交流實現調節把電壓的相位跟振幅進行輸出。

可控的串聯的補償裝置中TCSC也有晶閘管控制電抗器和電容器，我們通過并聯組成系統。晶閘管的導通角也可以進行調節能把電抗器的電流改變，這樣也可以保證補償的基頻連續變化，改變系統中的阻尼情況，對低頻振蕩有效的抑制，讓系統更加穩定。

3 高壓直流的輸電技術

按照直流聯絡可以把高壓直流的輸電技術分為雙極聯絡跟單極聯絡或者同級聯絡。轉換器可以實現交流—直流，直流—交流的轉變，他的主要組成為閥橋跟帶載的抽頭切換器，閥橋便是高壓閥，其中由7個脈沖波跟13個脈波逆變器或者脈波整流器組成，整流變壓器。濾波器可以產生一些諧波，同時也可以將換流器中的諧波消除掉。平波電抗器主要的功能是把直流線路的諧波進行消減，同時對直流線路中由于斷路的問題產生的巨大電流降低，限制峰值時的電流經過，通過這樣的方法來縮減逆變器在換相的過程中沒有成功甚至出現電流的中斷。

這個技術現在的關注程度十分高，也是電力電子中的重要技術。主要是使用在高壓直流輸電上，這一技術在使用過后在相同的條件下電能的在輸送中的損耗要比交流電的輸送損耗小很多。在技術上分析之后造成這個現狀的原因是由于高壓直流電在輸送時整體電流十分穩定，幾乎沒有變化，這樣也就沒有相應的電抗壓降，因此整個輸電過程中壓降也在無形中得到減少。在工程實際使用中，我們在直流輸電的線路尾部跟頭部接入功率較大的半控型器件使用相控整流跟有電源的逆變器，以及較大功率的晶閘管，這幾種設備通常是三相全部控橋當做最基礎的單元進行工作。這樣的設計也就形成了復合結構變換器（使用三相橋變換器并串聯共同構成），處理這些之外還有所有的晶閘管在進行串聯之后形成的上下橋臂（三相橋變換器中）。這個技術投資較低同時在運行過程中十分穩定，穩定程度也決定了應用市場非常廣闊。

4 有源的電力濾波器

其中有源電力的濾波器具體的使用原理是，第一確定需要補償的對象，通過補償對象諧波電流對其中的分量進行檢測，由于補償裝置中電流的分量多少是一定的，同時電流分量的極性相反，這個問題也導致電網的基波分量，建立在瞬時的無功功率這個機理。有源電力濾波器在使用的過程中有響應速度快跟多樣性補償這些優勢，同時他受到的電網阻抗較小，可以抑制諧波的產生。有源電力濾波器主要分為兩種第一是補償電流，主要是對指令信號的檢測同時產生補償電流。第二是指令電流中的運算電路，他的主要是檢測所補償的無功電流分量跟諧波。

5 在發電中的使用

在發電環節使用電力電子技術能夠提高發電系統在工作中的功率。勵磁控制也是現在使用較為廣泛的發電控制方法，主要是通過品閘管對電路進行整流實現設備之間的連接，相對來說控制系統結構也較為簡單，可靠性高，同時成本在相對可控的范圍之內，整體運行狀況相對良好滿足技術要求。靜止勵磁控制的方法，是要對勵磁機實行改造，之后去除其中的慣性只有這樣才可以提高整體的穩定性跟運行效果。科學的方法對結合電力系統運行規律達到控制的目的，保證電氣工作效率。變速勵磁主要是使用變頻設備實現發電機組速度的控制和調節，進而提高運行效率使得機組處在自動控制的狀態中來結合勵磁設備，功率在輸出中也會高效穩定，這種技術也被使用直水利發電跟風力發電中。發電廠的設備中，發電設備用電一直存在同時在設備耗電中比例較高，變頻器是對其進行控制的有效手段。變頻器對機組工作頻率自主調節節約能耗。因此在電力電子的不斷發展中各種設備和技術也在深入發展，同時他們為系統的高效運行提供了大量幫助。

6 在電力系統的輸送跟配電環節上的使用

在柔性輸交流電中的使用。我們可以使用控制技術跟電子電力技術相互結合，這樣對在輸配電過程中的線路阻抗跟電壓以及相位角實現不間斷調節控制，這些技術可以統一稱之為是柔性交流輸電技術。同時我們也要看到這個技術的重要作用在于極大幅度的降低電力在輸送過程中的能量損耗。通過這些我們可以看出這些技術也在直接提升電力的使用效率，同時柔性輸電還能夠提高電力系統的穩定性，這個技術也是電力系統中使用這個技術的重要標本。

在配電環節上的使用，在配電過程中實行有效的控制便是保證電能的關鍵。電能質量在控制的時候要對配電中的頻率跟電壓以及諧波等等都要實行有效的滿足，同時也要對瞬間動波問題跟干擾避免。在這個階段主要是基于DFACTS這樣的電能質量進行的調節裝置使用，這些都可以對電能進行質量保證。同時柔性交流輸電的成熟也在不斷豐富電能質量的控制方法。現在DFACTS技術也逐漸被稱之為FACTS技術，他們的工作原理跟性能以及結構都十分相同。在電力電子市場的不斷發展中一定出不斷開發出新技術跟新設備，各種成本少跟技術簡單的技術也會不斷使用。

7 小結

電力電子技術可以對電網進行有效的調節和配置，充分保證能源的充分使用和節約，同時提高電網的整體質量。這也是智能電網建設的重要手段，可以在電力電子的不斷發展中持續推進電網建設。

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作者簡介：王鋼（1968-），男，湖北武漢人，本科，實驗師，研究方向：自動化技術。