甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 萬(wàn) 鑫

電力電子技術(shù)是計(jì)算技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體實(shí)現(xiàn)，隨著電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)化和信息化的水平不斷提高，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的作用也越發(fā)明顯。簡(jiǎn)單的說(shuō)，電力電子技術(shù)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將強(qiáng)電和弱電進(jìn)行有效的組合，它是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)、電路技術(shù)還有電力控制技術(shù)為一體的服務(wù)性的技術(shù)。筆者就電力電子技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，說(shuō)明電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的重要性。

一、電力電子技術(shù)的發(fā)展

1.電力電子技術(shù)的產(chǎn)生

電力電子技術(shù)的產(chǎn)生要追溯到上世紀(jì)50年代時(shí)期，電力電子技術(shù)的產(chǎn)生是以晶閘管的問(wèn)世為里程碑的。作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的重要傳動(dòng)技術(shù)，電力電子技術(shù)在晶閘管的基礎(chǔ)上可發(fā)出了可控硅整流裝置，可控硅整流裝置的問(wèn)世，代表了電力系統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)的一次巨大的跨越。從此以后，電能的變換和控制正式步入了電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代。所以說(shuō)，電力電子技術(shù)的產(chǎn)生是以可控硅整流裝置為標(biāo)志的。

2.電力電子器件的發(fā)展

電力電子技術(shù)產(chǎn)生自以后在電力系統(tǒng)中有了十足的發(fā)展。第一代的電力電子器件主要以電力二極管和晶閘管為代表。第一代電力電子器件的特點(diǎn)是體積小、耗能低。在電力電子技術(shù)產(chǎn)生以后其迅速的取代了原有電力系統(tǒng)中的老式汞弧整流器，為電力電子技術(shù)的推廣和發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，電力二極管對(duì)于電路系統(tǒng)中電路性能的改善作用十分明顯，它在降低電路損耗和提高電源使用率方面也各有建樹。

電力電子技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，整流二極管的種類各式各樣，功能也各不相同。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，第二代電力電子器件在上世紀(jì)79年代產(chǎn)生，第二代電子電力器件的特點(diǎn)是具有自動(dòng)關(guān)斷能力（例如可關(guān)斷晶閘管和靜電感應(yīng)晶體管等）。第二代全自動(dòng)可控型的電力電子器件較第一代晶閘管相比，開關(guān)速度有了明顯的提升，可以用于開關(guān)頻率較高的電路中。

第三代電力電子器件的產(chǎn)生是在上世紀(jì)末90年代，隨著電力系統(tǒng)的不斷建設(shè)和發(fā)展，電力電子裝置的結(jié)構(gòu)和體積得到了進(jìn)一步的改良，第三代電力器件的體積更小，結(jié)構(gòu)也更為緊湊。并且出現(xiàn)了將幾種電力器件相結(jié)合的電子模塊形式，為電力器件的發(fā)展和使用創(chuàng)造了很大的方便。后來(lái)，又在集成模塊的基礎(chǔ)上，把應(yīng)用于控制電力技術(shù)中的多中國(guó)電力器件相組合，構(gòu)成了集成電路。功率集成電路的出現(xiàn)，標(biāo)示著電力電子技術(shù)邁向了高頻化和標(biāo)準(zhǔn)模塊化以及集成化和智能化的新時(shí)代。

電力電子技術(shù)的產(chǎn)生至現(xiàn)在，以電力電子器件的變革為歷程，經(jīng)歷了以上三個(gè)階段。目前，電力電子技術(shù)正向著以高頻技術(shù)處理問(wèn)題為主的現(xiàn)代電力電子技術(shù)方向發(fā)展。在實(shí)現(xiàn)高頻技術(shù)的基礎(chǔ)上，更增加了節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化、自能化等特點(diǎn)。

二、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁控制和變頻調(diào)速上。在我國(guó)范圍內(nèi)乃至全球范圍內(nèi)的各個(gè)大型電廠發(fā)電機(jī)組中，運(yùn)用的最為普遍的就是靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，電力電子技術(shù)的發(fā)展，使電子技術(shù)取代了勵(lì)磁控制中的勵(lì)磁機(jī)環(huán)節(jié)，使靜止勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的控制構(gòu)造和高性能低成本的運(yùn)作。同時(shí)由于電子技術(shù)代替了勵(lì)磁機(jī)的環(huán)節(jié)，使靜止勵(lì)磁能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行迅速有效的調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)作效率。

其次，電子技術(shù)也普遍應(yīng)用在電廠發(fā)電機(jī)組的變速恒頻勵(lì)磁上。由于在水力發(fā)電中，水源頭的壓力和單位時(shí)間內(nèi)水力的流動(dòng)量對(duì)水力發(fā)電的效率產(chǎn)生著影響，水力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度也在隨著水力的壓力和流動(dòng)量不斷變化。同樣的道理也發(fā)生在風(fēng)力發(fā)電和活力發(fā)電當(dāng)中。因此，對(duì)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行調(diào)整，使發(fā)電機(jī)組的電流頻率同轉(zhuǎn)速通過(guò)電子技術(shù)達(dá)到一致，保證發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)最大功效的運(yùn)作，變速恒頻勵(lì)磁技術(shù)就是其中的代表。

同時(shí)，電子技術(shù)也應(yīng)用于電廠的風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速上和太陽(yáng)能發(fā)電控制機(jī)組的控制系統(tǒng)中。在電廠的電力生產(chǎn)過(guò)程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)組等設(shè)備對(duì)于發(fā)電量的損耗相對(duì)較大，考慮電力生產(chǎn)中節(jié)約能源的要求。在高壓電和低壓電的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，使用風(fēng)機(jī)水泵變頻機(jī)替代原有的變頻器，改變電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中耗能大效率低的問(wèn)題。這一技術(shù)還在不斷完善和摸索中，還需要電力研究工作者不斷的努力和創(chuàng)新。

而在太陽(yáng)能發(fā)電的控制系統(tǒng)中，電子技術(shù)的作用尤為突出，太陽(yáng)能作為21世紀(jì)被廣泛重視的新型能源，發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)是整個(gè)國(guó)家乃至全世界的戰(zhàn)略目標(biāo)。然而由于太陽(yáng)能發(fā)電本身的功率過(guò)大，在使用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組發(fā)電的時(shí)候，需要將生產(chǎn)出來(lái)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候就需要大功率的電流轉(zhuǎn)換器。而電子技術(shù)能夠很好的解決這一問(wèn)題。

2.電力電子技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在柔性交流電技術(shù)、高壓直流電技術(shù)以及靜止無(wú)功補(bǔ)償器等上。

（1）柔性交流輸電技術(shù)

柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）產(chǎn)生于上世紀(jì)的80年代，主要以柔性的交流輸電設(shè)備為表現(xiàn)方式廣泛應(yīng)用于輸電線路中。在電力的輸送過(guò)程中，由于傳統(tǒng)電力功率的控制方法過(guò)于粗糙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在輸電過(guò)程中對(duì)于電能的調(diào)整，使輸電過(guò)程中產(chǎn)生大量的電力損耗和高昂的輸送成本。而柔性交流輸電技術(shù)的主要內(nèi)容是在輸電線路的重要部位使用電力電子控制裝置，對(duì)輸電系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適時(shí)的控制，以實(shí)現(xiàn)輸送過(guò)程中電能功率的合理分配，降低書店過(guò)程中的輸送成本和電能消耗，大幅度的提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）高壓直流輸電技術(shù)

高壓直流輸電技術(shù)在輸電系統(tǒng)中的主要實(shí)現(xiàn)是以晶閘管為代表的。晶閘管是電力電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)明，自從晶閘管產(chǎn)生并被嘗試應(yīng)用于直流電的輸電系統(tǒng)上，晶閘管換流閥就一直應(yīng)用于輸電系統(tǒng)中的直流電輸送中。在這之后又出現(xiàn)了具有可操作的電力輸送控制器，例如GTO、IGBT等等，可操作的電力系統(tǒng)輸送設(shè)備為電流的轉(zhuǎn)換過(guò)程減少了交直轉(zhuǎn)換變壓器的使用，為電廠的電能生產(chǎn)減少了生產(chǎn)成本，加強(qiáng)了電流交換設(shè)備在電力系統(tǒng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）靜止無(wú)功補(bǔ)償器

靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）在上世紀(jì)70年代被廣泛使用電力系統(tǒng)之中，靜止無(wú)功補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線路補(bǔ)償當(dāng)中，在大功率的輸電網(wǎng)絡(luò)中，靜止無(wú)功補(bǔ)償器主要起到的是控制電壓的作用，也用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和阻尼等。靜止無(wú)功補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)不包含旋轉(zhuǎn)部件，它不使用大容量的電容器，所需要的無(wú)功功率通過(guò)電感器來(lái)獲得，靜止無(wú)功補(bǔ)償器通過(guò)對(duì)電抗器進(jìn)行迅速的調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)出無(wú)功功率到吸收無(wú)功功率的平滑轉(zhuǎn)變，特別適用于中高壓輸電線路中的無(wú)功補(bǔ)償工作。

3.電力電子技術(shù)在配電過(guò)程中的應(yīng)用

要使配電系統(tǒng)能夠配送出高質(zhì)量的電力資源，需要在配電過(guò)程中滿足配電頻率、電壓以及在諧波上滿足相應(yīng)的條件，同時(shí)，在配電過(guò)程中需要阻止電能的各種不穩(wěn)定的波動(dòng)和影響。這個(gè)過(guò)程中，電力電子技術(shù)作為配電環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制部分，以用戶電力技術(shù)和FACTS技術(shù)為實(shí)現(xiàn)形式。FACTS技術(shù)在前文已經(jīng)提及，它是通過(guò)在配電線路中增設(shè)電力電子裝置，加強(qiáng)對(duì)與電壓，電流和功率的可控性，調(diào)控電力傳輸能力的技術(shù)。

用戶電力技術(shù)解決的是配電系統(tǒng)中既時(shí)發(fā)生的需要馬上解決的重要問(wèn)題，主要復(fù)負(fù)責(zé)配電系統(tǒng)在配電過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性，用于保證配電輸電過(guò)程中，電力能源的質(zhì)量。而FACTS技術(shù)則更為傾向于配電系統(tǒng)中對(duì)于電能的輸送能力和有效控制力。FACTS技術(shù)和用戶電力技術(shù)都是針對(duì)配電系統(tǒng)開發(fā)出的新型電力電子技術(shù)，兩者的構(gòu)造和工作原理大致上相同，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在近些年，F(xiàn)ACTS技術(shù)和用戶電力技術(shù)在一定程度上已經(jīng)逐步同步并合用，其中比較具有代表性的就是定制電力（DFACTS）技術(shù)。

4.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用

電子技術(shù)在電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，分別是：變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行方面和提高電能使用率方面。電廠生產(chǎn)電能和配送電過(guò)程中，常常產(chǎn)生大量的電能浪費(fèi)。上文已述，電廠在生產(chǎn)電能的過(guò)程中，由于發(fā)電能源的變化，發(fā)電機(jī)組不能夠很好的實(shí)現(xiàn)配合，會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率的浪費(fèi)現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的良好生產(chǎn)和配用。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)比較成熟，但是我國(guó)仍然處在研究和探索的階段。但是，變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用中也存在不可忽視的缺陷，變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)在控制和調(diào)控運(yùn)轉(zhuǎn)速度方面適用的發(fā)電機(jī)組較為廣泛，在實(shí)際運(yùn)行中的工作效率也十分準(zhǔn)確。但是變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和配置成本較高，而且在工作過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的影響較大，只適用于中大型電廠。同時(shí)，我國(guó)電力系統(tǒng)現(xiàn)用的電力設(shè)備，在配送電的過(guò)程中，對(duì)于電能的損耗和生產(chǎn)的成本較高，對(duì)于電能的質(zhì)量影響較大。而電子技術(shù)能夠通過(guò)在配送電系統(tǒng)中增設(shè)可控設(shè)備，對(duì)配送電過(guò)程中的電能進(jìn)行調(diào)控，保證電能的質(zhì)量和穩(wěn)定。

三、總結(jié)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)于電力系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展起到了里程碑的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)也在不斷的吸收新的技術(shù)不斷的發(fā)展。然而，作為一種處在發(fā)展過(guò)程中的電力控制技術(shù)。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和穩(wěn)定性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠達(dá)到電力電子技術(shù)的設(shè)計(jì)要求。如何實(shí)現(xiàn)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)起到的控制作用，我們要從電子設(shè)備的革新和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展上謀求出路，不斷的探索和發(fā)展電力電子技術(shù)對(duì)于提高電力的生產(chǎn)質(zhì)量，減少生產(chǎn)成本和配送損耗，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，有著重要的意義。

[1]張建誠(chéng),陳志業(yè),梁志瑞.現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力情報(bào),1999(03).

[2]鄭錦彪.淺談電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究[J].黑龍江科技信息,2007(05).

[3]李亞峰,蔣奮翹.電力電子技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)[J].浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006(03).

[4]楊超.基于DSP的有源電力濾波器的開發(fā)研究[D].河北工業(yè)大學(xué),2003.

[5]夏凌輝.新型多路輸出高壓隔離電源及其在固態(tài)短路限流器中的應(yīng)用[D].浙江大學(xué),2004.

[6]李鏡亮.并聯(lián)電壓型有源電力濾波器的開發(fā)[D].天津大學(xué),2007.

[7]吳大江.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].科技傳播,2011(05).