電力電子技術在電氣控制中的應用

林海濤

（上海津旭電力設計有限公司，上海 200023）

0 引 言

隨著信息技術的不斷更新，先進電子科學技術給人們的生活帶來了極大方便。電子科學技術在電氣控制領域中得到了廣泛應用。作為電氣控制關鍵的電氣自動化控制系統，可以在電氣設備運行時起到有效的控制作用。科學技術越來越發達，電氣控制系統中也不斷加入新成員，如最先進的控制元件和應用軟件等。將先進成員運用到電氣控制系統中不僅提高了系統可靠性，而且使作業流程更加簡潔，提高了企業的生產效益。

1 電力電子技術的概念及現狀

1.1 電力電子技術的概念

電力系統中普遍使用的一種電子技術是電力電子技術，可控制和轉換電力系統中的電子元件，最終達到提高電力系統工作效率的目的。制造技術和變流技術是電力電子技術的主要構成要素。此外，整個電氣控制中，電子技術的存在也十分必要。電子學、電工原理及自動化控制技術相互作用構成了電力電子技術。電力電子技術可以控制電氣設備，可以檢測電氣系統中的電路數據，記錄信息，發生故障時進行報警功能，還可以對任何一種生產工藝的電力設備運行狀況進行實時監控[1]。

1.2 電力電子技術的現狀

電力電子技術在發展方面可以分為兩個階段，分別是電子器件的制造和電力電子在電路中的具體應用。科學技術的推動下，電子器件的制造和電力電子在電路中的應用都得到較好的發展。電子器件的發展主要由三個階段組成，分別是不可控制型階段、半控制型階段和全控制型階段。目前，電力電子技術在電氣控制方面已經進入了自動化控制階段。新興的智能化技術已經被廣泛應用于電氣控制。智能化技術主要是控制下降的時間、魯棒性的變化以及響應的時間，電氣系統運行中，智能化技術可以監測和調節數據。在電氣自動化系統中建設反饋機制的目的是有故障發生時可以及時地進行自我調節。此外，智能化技術還降低了對人力的需求。現階段，電力電技術已經具備了構成先進功率集成于電力的資格。雖然到目前為止電力電子技術的電功率還沒有足夠大，但是我國的電力電子技術具有很大的發展潛能。

2 電力電子技術在電氣控制中的具體應用

電力電子技術在電氣控制中的應用主要體現在以下方面：在電路中裝設軟開關控制裝置、形成電路保護、高壓直流輸電技術及PWM控制技術等[2]。為了提高電力系統的可靠程度，可以用電力電子技術對電路進行有效監控，也可通過電力電子技術來了解電子元件的運行狀態。

2.1 軟開關控制裝置中的應用

隨著電子技術和電力系統的不斷發展，電力系統需要越來越高的電磁兼容和效率，并對電力裝置的使用質量提出了更高要求。老舊的電力系統在節省空間方面選擇使用開關來對變壓器和電容進行控制。雖然該方法節省了使用空間，但是在損耗程度方面卻產生了較大影響，還會對電路產生額外的電磁干擾。為了解決噪音和損耗問題，使用了軟開關控制裝置。目前，很多電力系統都選擇利用軟開關來進行控制，當開關的頻率高于1 MHz時，軟開關的性能最佳。

2.2 電路保護裝置

電氣控制系統中，電路保護裝置具有十分重要的作用。電路保護裝置就是當電力電子電路發生故障時，可以對電路進行及時保護。通常，能夠起到保護作用的裝置有快速熔斷器和電流繼電器。電子技術經過多年的發展，許多電力電子元件都開始向高功率化和小型化轉變，此時使用老舊的電路保護裝置將無法很好地起到保護作用。在電路中加過電流可以起到保護電路的作用。電力電子技術還可以對反饋信息進行檢測，如果檢測到有過電流的存在，便會做出自動斷電的舉動，以保護電路和電子元件。

2.3 電力電子技術支持下的靜止無功補償裝置

電網功率的需求變化隨著用電需求的增加而增加。但是頻繁的功率變換和增加帶有沖擊性的負荷都會降低電網的穩定性，對電網電路中的低頻振蕩產生不利影響。安裝靜音無功補償裝置可以改善這一情況，通過調節電力系統中和負載相關的因數來減低功率損耗，并且還可以將電路電壓控制在一個穩定范圍內，以提升電力質量。

2.4 電力電子技術支持下的有源電力濾波器

有源電力濾波器可以對電路中的補償原件進行檢測，目的是將諧波電流分離出來，同時補償裝置會產生一種可以與諧波電流抗衡的分量電流，在進行一系列的抵消作用后，電網中的諧波電流便不復存在，只剩下基波電流。反應快、補償功能具有多樣性是濾波器的特點，可以降低電網阻抗產生的影響。所謂的電力濾波器具體是指指令電流運算電路和補償電路發生裝置，主要作用是能夠將無功電流和諧波分量進行分離檢測。

2.5 電力電子技術支持下的高壓直流輸電技術

目前，發電廠主要都是輸出交流電壓，但是輸出過程中會產生大量電量損耗，將耗費較龐大的費用。因此，多數情況下都會使用直流輸電。對于一些電壓較高、容量無限且要遠距離進行傳輸的情況，選擇直流輸電是最佳的方式。直流輸電技術就是將交流電變為直流電的過程。一般都先將交流電轉變為直流電，以便高效傳輸。用戶使用時將傳輸的直流電輸送到各個變電站，再經過一次轉變將直流電轉變為交流電。

2.6 PWM控制技術

PWM控制技術主要是調節帶脈沖的寬度，以獲得一個與之相應的波形，然后對其進行控制的一種技術[3]。面積等效是PWM技術的使用原理。當面積相等、窄脈沖形狀不同的情況發生時，若想要輸入一個相同的響應波，可以添加一個慣性環節。電路中，除了一些具有超大功率的特殊裝置外，基本上都會用到PWM控制技術。

3 電力電子技術在電力系統中的應用

3.1 在發電環節的應用

電力系統進行發電時會涉及到各種各樣的設備。電力電子技術通過改善運行設備在發電環節的特征，從而對如下設備進行控制與改進。

第一，在大型電廠中使用發電機組的靜止勵磁系統。隨著科學技術的不斷發展，靜止勵磁系統中經常使用的勵磁機環節逐漸被電力電子技術所取代。這一技術的工作原理主要是運用晶閘管進行整流，其優點是使用成本低，性能較高且建構簡單，被廣泛應用于全世界范圍內的大型電力系統[4]。此外，電力系統的運行效率也得到了顯著提高。

第二，太陽能發電控制系統。我國的戰略目標是發展新能源，太陽能作為新能源的一種自然被列入到了戰略目標。電力電子技術在太陽能發電系統中起到的主要作用是對太陽能進行能源轉化。即電力電子技術就是一個大型的功率轉換器。

3.2 在節能方面的應用

在節能方面的主要表現為對電能使用率的提高和變負荷電動機調速的運行。電廠發生能源耗損是因為在能源發生變化時發電機組不能在同一時間做出相應反應。為了節約能源，變負荷電動機可以及時調節速度，但是也帶來了許多弊端，如使用成本較高和使用范圍太小等。

4 電力電子技術在電氣控制中應用的意義

4.1 促進相關工作的順利展開

隨著人們對電力需求的日益高漲，傳統電力系統已無法滿足要求，故障問題相繼產生，帶來了許多安全隱患。相關工作人員應該以身作則，致力于減少安全隱患。為使電力系統能夠穩定發展，可以在電力系統中添加電力電子技術，不僅降低了工作人員的工作量，而且提高了電力系統的管理效率。

4.2 提升電子技術系統的適應能力

電力電子技術具有極高的適應能力，應用時可以使工作人員的操作過程更加方便。對于電氣控制，電力電子技術不僅能夠降低工作人員的工作壓力，而且能夠提高工作人員的工作效率，促進了電力企業的發展。

5 電力電子技術在電氣控制中的產生負面影響以及解決方案

5.1 產生的負面影響

（1）設備故障問題。為了節省經費，部分老化的變壓器還在最新的牽引供電技術上使用，從而導致故障頻繁發生。高電壓、強電流的運輸線路中，如果變壓器無法正常工作，將導致整個階段線路無法正常供電，直接影響人們的正常用電。

（2）運行管理不完善。運行管理不完善，將導致諸多問題。最大的問題是不穩定的電壓造成的負面影響，會給整個供電線路帶來額外的工作，多處設備節點將不堪重負發生故障或嚴重破損，嚴重降低了牽引供電設備的安全穩定性能。

5.2 解決方案

（1）加大對設備故障的整治力度。聘請專業的工程師，定期檢驗，排查是否有不合格裝置存在或可能發生的故障。遇到破損的裝置，及時更換或維修，從而降低了設備發生故障的頻率，保證電流運輸的線路穩定性。有關部門應加大重視程度，組成小組，分別考察故障多發線路，尋找發生故障原因，徹底根治故障頻發問題。對于一些老化但尚能使用的部件或設備，應盡早處理更換，保障電流在線路中正常通行。

（2）優化運行管理手段。即使全面地解決了各方面的問題，保障了牽引供電設備的正常運行供電，也不可掉以輕心，應隨時監管整個設備的安全性與可靠性。雖然最新技術的全面研發和使用過程中，技術的革新與材料的換代已經司空見慣，并越來越好，但是仍有很多外部或者內部因素時刻影響整個線路系統的正常供電。政府需加大力度，支持相關人員的培養，使用高新技術實現自動化管理，達到隨時監控的目的。例如，采用視頻檢測和遠程控制手段，做到隨時監控線路狀況，保證設備正常運行。

6 結 論

隨著電力電子技術的逐漸發展，其在電氣控制系統中的應用也越來越廣泛，且發揮了較顯著的作用。相關人員應加大電力電子技術在電氣控制中應用的研究力度，將電力電子技術的優勢發揮到極致，促進電力控制行業的發展。