綜述現代電力電子技術在電力系統中的發展現狀

楊濤

摘 要：現代電力電子技術的發展十分迅速，在生產、生活各個領域內應用十分廣泛。本論文主要從電力電子技術的發展歷史開始介紹，講述了現代電力電子技術在發電側、輸電側以及用戶側的應用，對比了未使用電力電子器件以及使用了電力電子器件之后對于電力系統運行性能、經濟效益差異，并展望未來電力電子技術發展的趨勢。

關鍵詞：電力電子技術;發展現狀;變頻器

1 電力電子技術的起源與發展

電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整電子產品流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，促進了電力電子技術在許多新領域的應用。上世紀六十年代至七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用，開啟了電力電子技術的整流時代，電解、牽引、傳動等工業得到飛速發展。七十年代到八十年代，交流電機的變頻調速技術發展迅速。變頻調速技術是將直流電逆變為0～100赫茲的交流電，GTR和GTO的大規模使用將電力電子技術帶入到了逆變時代，但當時的逆變還只停留在低頻范圍內。八十年代，由于計算機的發展，大規模集成電路向著超大規模集成電路迅速邁進，因此電力人們想到了將將集成電路與高電壓、大電流結合到一起。于是，IGBT和MOSFET應運而生。由此完成了傳統電力電子技術向現代電力電子技術跨越。之后，現代電力電子技術與計算機通信設備相結合，應用到了我們生活中的方方面面。

2 現代電力電子技術的發展現狀

現代電力電子技術利用大功率電力電子器件對電能進行變換和控制，以期針對不同的負載而得到最佳形勢的電能，從而提高電能的質量和使用效率，改善電網的穩定性。現代電力電子技術應用在電能的各個階段，從電能的產生、傳輸、分配、消費各個環節對電能進行改善。

2.1 現代電力電子技術在發電側的發展應用

以我公司為例。我公司配有三臺西門子9F級燃機發電機，額定功率300MW，機端電壓20kV，額定電流10189A，采用自并勵方式。與汽輪發電機不同，燃機發電機啟機過程中沒有蒸汽來推動發電機轉子旋轉。那么推動轉子大軸的動力源自哪里呢？這就用用到電力電子技術了。我廠配有2套SFC變頻啟動裝置。工作原理為，將廠用電整流為直流電流，經SFC逆變為低頻交流電（0～35Hz）輸送至發電機定子線圈，建立低頻旋轉磁場。此時給發電機轉子繞組通入直流電源，轉子將會以低頻方式緩慢旋轉，SFC通過調頻來提高轉子轉速，直至燃氣點火維持轉子自持轉速。

SFC啟動與傳統蒸汽推動啟動比較：利用傳統蒸汽推動轉子方式也可完成機組啟動任務，但相比于SFC啟動方式劣勢在于會耗費大量天然氣，無形中增加機組啟動成本。且燃機依靠燃燒天然氣作為能量來源，天然氣的燃燒效率與空氣的配比以及天然氣調節門有密切關系。現場實際操作中，調節門的調節為機械控制，其精密度相對于電子控制有明顯的劣勢。故應用電力電子技術，使用SFC變頻啟動裝置對于燃機發電機來講既經濟又高效，便于控制。

2.2 現代電力電子技術在輸電側的發展應用

現代電力電子技術在輸電側應用十分廣泛，其中最具代表性的要輸柔性交流輸電技術FACTS和高壓直流輸電技術HVCD。

2.2.1 柔性交流輸電技術

柔性交流輸電技術主要用于提高電網輸送能力和改善電網運輸性能。柔性交流輸電技術發展至今，控制器已有數十種之多。例如：SVC、SVG、STATCOM等等。將這些設備投入輸電網中，可以為輸電網補充無功功率，防止系統因電壓降落而造成大面積停電。相比于傳統的并聯電容補償方式，SVC向系統補償的無功功率不會因系統電壓降落而大幅減少，具有明顯優勢。

2.2.2 高壓直流輸電技術

高壓直流輸電技術將電能以直流電的方式傳輸。相比于傳統的交流運輸方式，直流傳輸具備以下優點：

（1）線路走廊比交流運輸窄。直流架空線路只需要兩條線路即可完成電能的運輸。相比于交流的最少三根線路，可節省工程預算。

（2）相同電壓和導線截面積下，運輸的極限功率大。

（3）可以連接不同頻率的電網。例如我國臺灣島電網為60Hz頻率，就可以通過建設換流站的方式將臺灣島的電網接入我國電網。

2.3 現代電力電子技術在負荷側的發展應用

現代電力電子技術在負荷側的應用極其之多。最為百姓熟知的要輸變頻空調。變頻空調相比于工頻空調具備能耗低、噪聲小、壽命長的特點。隨著電力電子技術的不斷發展，變頻空調的價格越來越親民。工業方面，變頻器的投入使用十分廣泛。許多電廠的泵與風機的電機多采用變頻器調節控制，既可以減少啟動時啟動電流，也可降低啟動瞬間對機械的沖擊。目前現代電力電子技術應用的一個熱門領域是電動汽車。我國是電動汽車保有量最大的國家。給電動汽車充電的充電樁就必須采用電力電子器件。在將來，隨著電動汽車的普及率越來越高以及電力市場的開放程度越來越深入，電動汽車有望參與電網進行削峰填谷，提高電網運行的經濟效益。

3 結論

現代電力電子技術近年來在我國得到了迅速發展，發展領域遍布方方面面。雖然在很多方面我們已經取得了很大的進步，但在電力電子器件的制造工藝上與發達國家還存在一定差距。展望未來，我國的電力電子技術在發展和應用方面會更加深入，隨著消費者需求的不斷提升，電力電子設備會越來越多，性能會越來越好。

參考文獻：

[1]王鵬凱.基于電力電子技術在電力系統中的應用研究[J].中國戰略新興產業，2018（16）：119.

[2]張速江.電路系統中電力電子技術的應用分析[J].山東工業技術，2018（08）：189.

[3]王鋼.電力電子設備在電力系統中的應用研究[J].山東工業技術，2018（06）：137-138.

[4]魯武林.電子技術的發展與應用研究[J].科技風，2018（03）：71.

[5]王海軍.電力電子技術的發展及應用[J].河南科技，2017（23）：21-22.

[6]王震，占江山，羅運成.電力電子技術領域的現狀和展望[J].計算機與數字工程，2005（07）：16-20.