電力電子技術在電力系統(tǒng)中的運用

西北民族大學 廖俊學

前言

電力電子技術應用范圍非常廣泛，在電力系統(tǒng)中的運用又尤為普遍，并且在電力系統(tǒng)中的運用效果也較為良好。在用電力電子器件對電能進行變頻和控制的過程中，不僅提升了電力系統(tǒng)的快速性與穩(wěn)定性，而且還保障了各個裝置的功能不受損害。極大地實現(xiàn)了電力系統(tǒng)整體能夠有效運行的效果，推動了我國電力系統(tǒng)的高速發(fā)展。所以，在電力系統(tǒng)中，電力電子技術的使用就顯得尤為重要。

1.電力電子技術的產(chǎn)生和發(fā)展

1.1 電力電子技術的產(chǎn)生

電力電子技術產(chǎn)生于二十世紀，美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為電力電子技術的誕生標志，電子電力技術設備在不同領域中的廣泛應用，為社會發(fā)展帶來了傳動技術，其中晶閘管是電力電子技術的主要運用表現(xiàn)，開啟了電力電子技術的新紀元。因為晶閘管的出現(xiàn)，可控型的整流裝置被研制出來，從此電力系統(tǒng)逐漸進入了變流器時代，加速了電力電子技術的發(fā)展。

1.2 電力電子技術的發(fā)展

電力電子技術的產(chǎn)生促進了電力系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生多代電力電子器件，其中第一代電力電子器件主要以晶體管和晶閘管為典型代表。晶閘管出現(xiàn)后，因為它比較良好的電氣性能和控制性能，使之很快取代了對人體有害的且電壓落差極大的水銀整流器，并且其使用范圍迅速擴大。二十世紀七十年代，以門極可關斷晶閘管、電力雙極型晶體管為主導地位的全控型器件高速發(fā)展，這些全控型器件具有既可讓門極開通也可讓門極關斷的功能，且它的開關速度比晶閘管快很多，所以全控型器件通常用于開關頻率較高的場所。它又將電力電子技術推向了一個新的發(fā)展階段。在二十世紀八十年代，以絕緣柵極雙極型晶體管為代表的復合型器件的出現(xiàn)，因為具有驅(qū)動功率小、開關速度快、通態(tài)壓降小、載流能力大、可承受電壓高等優(yōu)點，使其迅速成為現(xiàn)代電力電子技術的主導器件，這些復合型器件常常綜合了多個器件的優(yōu)點，在大量電力系統(tǒng)場合中得到了大量運用。

2.電力電子技術在電力系統(tǒng)中的運用

2.1 電力電子技術在發(fā)電環(huán)節(jié)中的運用

電力電子技術如整流、逆變等大范圍運用于發(fā)電機組，電力電子技術的應用目的主要是為了保證在發(fā)電環(huán)節(jié)中設備的穩(wěn)定運行的同時減小設備損耗，提高設備效率就大型發(fā)電機的靜止勵磁控制而言，靜止勵磁使用了晶閘管的電力電子交流技術中的整流技術，具有使用方便、技術成熟、價格低廉等優(yōu)點，在各大電力領域中發(fā)揮著積極作用。因為省去了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，所以使其快速性性能得到了大幅提升，在保障了穩(wěn)定性的前提下，給控制律提供了既穩(wěn)定又快速運行的有利條件。在水力、風力發(fā)電機的變流技術調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中，電力電子技術也發(fā)揮著重要作用。在這里不進行詳細的展開說明。

2.2 電力電子技術在輸電環(huán)節(jié)的運用

直流輸電技術與輕型直流輸電技術。直流輸電有著大輸電容量、穩(wěn)定性強、調(diào)節(jié)靈活的特征，在遠距離輸電方面，高壓直流輸電展現(xiàn)出了巨大的應用優(yōu)勢，可以在同樣的技術條件下，最大化的降低電能在輸電過程中的損耗。隨著電力電子技術的應用，加快了我國直流輸電技術的發(fā)展。在出現(xiàn)了輕型直流輸電技術后，把直流輸電中所遇到的問題有效的進行了解決。確保直流電可以把電輸送到無交流電源負荷點處。通過把脈寬調(diào)制技術應用到輕型輸電環(huán)節(jié)中，從而實現(xiàn)無源逆變的目的。研究得知，在高壓直流輸電技術中，電力電子技術也得到了廣泛的應用，它的基本功能是，將直流輸電線路的兩端接上晶閘管、逆變器和控制器件等來構成一個基本的電路單元，此技術成本低，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在應用了此技術后，在技術條件相等的情況下，與交流所帶來的損耗相比，輸送電能的損耗會更低。以技術層面入手進行分析，這是因為在直流的情況下，會具有穩(wěn)定的電流，變化較少，這樣一定的額電抗壓降也會隨之降低，從而也就降低了整個輸送過程中的整體壓降。在具體的應用時，需要在三相全控橋電流基礎上，把有源逆變器、大功率的晶閘管以及半控型器件接入到直流輸電線路首位兩端。通過這種設計安裝，構成了三相橋并聯(lián)形式的變換器。基于此，在串聯(lián)了眾多晶閘管后，構成了三相上下的橋臂，而且是三相橋變換器。

輸電環(huán)節(jié)是電力系統(tǒng)中的重點內(nèi)容，在實際輸電過程中帶那里系統(tǒng)會受到外在因素的干擾導致電力系統(tǒng)輸電不穩(wěn)定。那么此時將電力電子變流技術應用其中，能夠改善新興發(fā)電形式環(huán)境，提升電力系統(tǒng)運行效率。

2.3 電力電子技術在電力系統(tǒng)節(jié)能中的運用

眾所周知，在能源緊張的當今社會中，多開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源的技術是很有積極的意義的。應用先進的電力電子技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能就是其中之一，這對于促進社會可持續(xù)發(fā)展具有較為積極的意義。實現(xiàn)電氣節(jié)能是指將電力電子技術應用到電氣設備運行環(huán)節(jié)中，通過節(jié)約資源、減少損耗、提高電能利用率等方式，最大程度上的實現(xiàn)節(jié)約能源。從企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展角度來看，電力電子技術的產(chǎn)生和運用具有十分積極的意義，電力電子節(jié)能技術的應用，能夠使得企業(yè)的實際運行狀況好轉，大幅度的降低用電費用的支出。從民眾角度進行分析，實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化節(jié)能技術的應用，其本質(zhì)上是一個惠民工程，在為民眾提供電力服務的基礎上，降低家庭的電費支出，并且能夠為民眾提供比較好的用電環(huán)境。

減少無功損耗，提高功率因素就是電力電子技術在節(jié)能環(huán)節(jié)的典型應用，電氣裝置運行過程中既消耗有功功率，也消耗無功功率，由此可見，無功功率與有功功率具有同等的重要性，因此無功電源和有功電源類似，減少無功功率損耗能夠提高功率因數(shù)從而在根本上提升電能質(zhì)量和減少電能損耗。電力系統(tǒng)中減少無功損耗具有積極意義，如果電力系統(tǒng)中無功功率未達到平衡將會導致系統(tǒng)電壓下降并且增加電機的額定容量，并由此導致功率因數(shù)下降造成線路中有功功率和電能的大量損耗，造成相關電氣設備的容量不能得以保證，增大了設備容量，不能發(fā)揮出它們本有的經(jīng)濟效益。因此，電力電子技術在電力系統(tǒng)中的節(jié)能運用充滿了積極意義。

3.結論

綜上所述，電力電子技術的產(chǎn)生，對電力技術的發(fā)展起到了關鍵性的作用，為人類的科技進步做出來卓越的貢獻。如今，電力電子技術的發(fā)展也已經(jīng)趨向于集成化、智能化。而由中國中車生產(chǎn)的IGBT也是目前國際最先進的電力電子芯片，高度運用于高鐵，航天等領域。相信電力電子技術的不斷發(fā)展與突破，會在科技高速發(fā)展的今天，更好的服務于人民，為我國的經(jīng)濟發(fā)展與科技發(fā)展做出巨大的貢獻。在本文中首先對于電力電子技術的產(chǎn)生背景進行介紹，分析了不同電力電子技術以及設備在電力系統(tǒng)中的實際應用。如，電力電子技術在發(fā)電環(huán)節(jié)的運用、電力電子技術在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)的應用以及電力系統(tǒng)電力節(jié)能等。

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