羅秋菊

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基于電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用分析

羅秋菊

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510630

隨著社會(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了可喜的成果。計(jì)算機(jī)技術(shù)為電力電子行業(yè)提供技術(shù)支持，使電力電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)也是其中一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域?；诖?，就電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了討論。

電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用探討

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展

19世紀(jì)八十年代后，逆變器電路的應(yīng)用越來越廣泛，但整流電路仍然重要。PWM控制促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展，催生了其他控制方法。如應(yīng)用程序固定/旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的矢量控制、瞬時(shí)無功功率控制、自適應(yīng)控制、利用狀態(tài)觀測(cè)器控制、模糊控制、神經(jīng)控制等，這使得電力電子系統(tǒng)控制技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的階段。基于微處理器的數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制在許多方面得到使用，是一個(gè)新的控制技術(shù)的發(fā)展方向[1]。

2 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，主要目的是為了改善發(fā)電環(huán)節(jié)中設(shè)備的運(yùn)行特性。發(fā)電環(huán)節(jié)中涉及到的機(jī)械設(shè)備主要包括：發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵、太陽能控制系統(tǒng)、水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)、大型發(fā)電機(jī)等。

2.1 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速

發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的耗電量占整個(gè)發(fā)電設(shè)備耗電量的一半以上，且其運(yùn)行的效率非常低。對(duì)發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速可以降低其耗電量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在對(duì)發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)一般采用的是高壓或低壓變頻器，而低壓變頻技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并有完整的低壓變頻產(chǎn)品，高壓變頻方面的技術(shù)相對(duì)來說不是很精湛。

2.2 太陽能控制系統(tǒng)

太陽能作為一種新能源，對(duì)人類的貢獻(xiàn)可謂十分巨大，它是未來能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向和重要戰(zhàn)略方式。大功率太陽能發(fā)電，不管是并網(wǎng)還是獨(dú)立系統(tǒng)，一般都要進(jìn)行直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。因此，太陽能控制系統(tǒng)的核心是逆變器，它具有最大功率跟蹤功能。

2.3 水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁

水力發(fā)電機(jī)流量和壓力決定了有效功率，轉(zhuǎn)速單位的水頭的變化振幅變化。風(fēng)能的有效功率與風(fēng)速的三次冪成正比關(guān)系。速度的單位系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電可以獲得最大有效功率。此外，調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，確保一個(gè)恒定的輸出頻率。水和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁技術(shù)的核心在于變頻電源。

2.4 對(duì)大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁進(jìn)行控制

靜止勵(lì)磁具有造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，采用的是晶閘管整流自并勵(lì)的方式，靜止勵(lì)磁在世界各大電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。電力電子技術(shù)對(duì)大型發(fā)電機(jī)的改善，省去了勵(lì)磁機(jī)，從而達(dá)到了快速調(diào)節(jié)的目的，為大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制創(chuàng)造了有利的條件，并獲得了良好的效果。

3 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

（1）輕型直流輸電（HVDC Light）和直流輸電（HVDC）技術(shù)。直流輸電具有控制調(diào)節(jié)靈活、輸電容量大和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在海底電纜輸電和遠(yuǎn)距離輸電的過程中，高壓直流輸電有很大的優(yōu)勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直流輸電技術(shù)得到了很大的發(fā)展，產(chǎn)生了新的突破。輕型直流輸電的發(fā)展，解決遇到的難題在直流傳動(dòng)，使直流電可以是沒有交流電源到負(fù)載點(diǎn)。輕型直流輸電的應(yīng)用無源逆變器和脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，它由IGBT逆變器是用來關(guān)閉電力電子設(shè)備，比如是一個(gè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上直流輸電技術(shù)。（2）FACTS 技術(shù)。FACTS 技術(shù)指的是柔性交流輸電技術(shù)，它出現(xiàn)于二十世紀(jì)八十年代后期，它的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率潮流的控制，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

如何提高電能質(zhì)量分布，提高供電的可靠性，電力電子技術(shù)是解決這一問題的應(yīng)用分布的主要任務(wù)。電能質(zhì)量控制需要滿足兩方面的要求，分別是：各種各樣的瞬態(tài)干擾抑制和波動(dòng)，滿足需求的頻率、電壓和諧波。電力電子技術(shù)在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，被稱為 DFACTS 技術(shù)。DFACTS 技術(shù)是一種在 FACTS 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新技術(shù)。這兩種技術(shù)功能相近，結(jié)構(gòu)和原理相同[2-3]。

5 在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

（1）減少無功損耗，提高功率因素。在電氣設(shè)備中，變電器等設(shè)備在運(yùn)行時(shí)既消耗有功功率還消耗無功功率。因此，無功與有功電源相類似，都是確保電能質(zhì)量不可或缺的重要組成部分之一。在電力系統(tǒng)中，保持無功平衡具有重要的意義，如果無功沒有達(dá)到平衡，系統(tǒng)的電壓將會(huì)降低，功率因數(shù)會(huì)下降，設(shè)備會(huì)遭受破壞，甚至?xí)霈F(xiàn)電壓崩潰和發(fā)生大范圍的停電事故。所以，增加無功補(bǔ)償設(shè)備在電氣設(shè)備的無功容量不足時(shí)是非常有必要的，這可以提高設(shè)備功率的因素。（2）變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。電力電子節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用部分，主要包括兩個(gè)方面，分別是：變量加載電機(jī)和電機(jī)調(diào)速技術(shù)應(yīng)用。目前，水泵和風(fēng)扇使用應(yīng)用程序的負(fù)載變化的交流電（交流電）在我國(guó)，還不是很廣泛，該技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用相對(duì)更多。泵和風(fēng)扇和其他機(jī)械設(shè)備用于交流調(diào)速具有很好的效果，這是高效、高精度的特點(diǎn)，寬調(diào)速、節(jié)能的功能，節(jié)約用電30%，它的缺點(diǎn)是高成本和高階諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。但是，盡管如此，它在礦山、冶金和社會(huì)生活中的應(yīng)用依然很廣泛。

6 電力電子裝置應(yīng)用中亟待解決的難題

面對(duì)的主要需求和需求未來電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力電子設(shè)備的應(yīng)用程序有以下問題需要解決：（1）更多的能量存儲(chǔ)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、操作和變頻器的控制方法研究；（2）風(fēng)電場(chǎng)多端直流系統(tǒng)電壓源逆變器類型研究；（3）在微電網(wǎng)逆變器并聯(lián)和電能質(zhì)量控制方法；（4）可再生能源發(fā)電中功率變流器的可靠性研究；（5）大型光伏電站中并網(wǎng)逆變器集群的運(yùn)行與控制方法研究；（6）柔性交流輸電系統(tǒng)中潮流控制器和固態(tài)限流器的研究；（7）大容量電力電子裝置的非線性分析與控制方法研究；（8）高電壓大容量電力電子裝置的設(shè)計(jì)理論、拓?fù)鋬?yōu)化與模塊集成技術(shù)研究；（9）電力電子裝置數(shù)字控制器的標(biāo)準(zhǔn)化研究。上述問題的解決，有利于提高可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的規(guī)模、增強(qiáng)電網(wǎng)的優(yōu)化配置能力和提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

7 結(jié)語

電力電子裝置在發(fā)電、儲(chǔ)能、微型電網(wǎng)、輸電和電能質(zhì)量中應(yīng)用后，改善了電力系統(tǒng)的性能，促進(jìn)了電力系統(tǒng)的漸變轉(zhuǎn)型?？煽啃栽u(píng)估、故障運(yùn)行管理、硬件在回路仿真和電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊分別是裝置設(shè)計(jì)、運(yùn)行、研發(fā)和制造方面的關(guān)鍵技術(shù)。在這些方面開展系統(tǒng)化的深入研究，有利于電力電子裝置長(zhǎng)壽命、低成本和高安全性的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)電力系統(tǒng)的需求，有針對(duì)性地攻克電力電子裝置應(yīng)用中的若干技術(shù)難題，可以為電力系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)[4]。

[1]黃宗建，魏宏飛，吳會(huì)敏.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].電子測(cè)試，2014（13）：91-92.

[2]彭濤.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].信息通信，2014（4）：276.

[3]姜建國(guó)，喬樹通，郜登科.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（3）：2-6.

[4]韋林，廖慧昕，易干洪.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（10）：97-98.

Application Analysis of Power Electronic Technology in Power System

Luo Qiuju

Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510630

With the development of society and the development of computer technology, the application of power electronic technology in power system has made gratifying achievements.Computer technology for the power electronics industry to provide technical support, making power electronics technology in various industries and various fields has been widely used, and power system is one of the important areas of application.In this paper, the application of power electronics technology in power system is discussed.

power electronics technology; power system; application discussion

TM1

A

1009-6434（2017）02-0117-02