黃宗建,魏宏飛,吳會敏

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑環(huán)境設(shè)備工程系,河南南陽,473000)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

黃宗建,魏宏飛,吳會敏

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑環(huán)境設(shè)備工程系,河南南陽,473000)

隨著社會的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國電力電子技術(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)提供了技術(shù)支持，使得電力電子技術(shù)在各個(gè)行業(yè)和各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而電力系統(tǒng)是這其中的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。本文對電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；應(yīng)用探討

0 引言

電力電子技術(shù)作為電工技術(shù)中的一門新技術(shù)，它融合了電力與電子技術(shù)，是新能源發(fā)電的關(guān)鍵性技術(shù)，它與新能源發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用及人們的生活水平息息相關(guān)。近年來，隨著科技水平的不斷提高，出現(xiàn)了許多新的結(jié)構(gòu)器件和材料，這些器件和材料被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，這為電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用拓展了空間，同時(shí)也促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展。就目前情況而言，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用、輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用、配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用等，下面我們對此進(jìn)行詳細(xì)的探討。

1 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，主要的目的是為了改善發(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。

1.1 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)相對來說不是很精湛。

1.2 太陽能控制系統(tǒng)

太陽能作為一種新能源，對人類的貢獻(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。

1.3 水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁

水頭的流量和壓力決定了水力發(fā)電機(jī)的有效功率，機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨著水頭的變化幅度發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速之間是三次方正比的關(guān)系。對機(jī)組進(jìn)行變速運(yùn)行，可使風(fēng)力發(fā)電獲得最大有效功率。此外，對轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率進(jìn)行調(diào)整，可確保輸出頻率恒定。水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁技術(shù)的核心在于變頻電源。

1.4 對大型發(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。

2 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

2.1 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。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。輕型直流輸電的問世和發(fā)展，解決了用直流電輸電中所遇到的難題，使得直流電可以向無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電。輕型直流輸電應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行無源逆變，它采用的換流器是由IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成的，是一種在直流輸電基礎(chǔ)上的創(chuàng)新技術(shù)。

2.2 FACTS技術(shù)

FACTS技術(shù)指的是柔性交流輸電技術(shù)，它出現(xiàn)于上世紀(jì)八十年代后期，它的優(yōu)勢在于可以實(shí)現(xiàn)對交流輸電功率潮流的控制，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。部分FACTS設(shè)備的種類及功能，如表1所示。

表1 FACTS設(shè)備的種類及功能

3 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

配電環(huán)節(jié)中的重要問題是如何提高電能質(zhì)量和加強(qiáng)供電的可靠性，對這一問題的解決是電力電子技術(shù)在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用的主要任務(wù)。電能質(zhì)量控制需要滿足兩方面的要求，分別為：抑制各種瞬態(tài)的干擾和波動及滿足對頻率、電壓、諧波的要求。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。部分DFACTS設(shè)備及其在配電環(huán)節(jié)中的功能，如表2所示。

4 在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

4.1 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)的電壓將會降低，功率因數(shù)會下降，設(shè)備會遭受破壞，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。

表2 DFACTS設(shè)備的種類及功能

圖1 變頻調(diào)節(jié)水泵流量

圖2 閥門控制水泵流量

4.2 變負(fù)荷電動機(jī)調(diào)速運(yùn)行

電力電子技術(shù)在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，主要包括兩個(gè)方面，分別為：變負(fù)荷電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)和電動機(jī)本身技術(shù)的應(yīng)用。

目前，水泵和變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)采用交流調(diào)速在我國的應(yīng)用還不是很廣泛，國外對這一技術(shù)的應(yīng)用相對來說比較多。在水泵和風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備中采用交流調(diào)速具有很好的效果，它有效率和精度高、調(diào)速范圍廣的特點(diǎn)，并且具有節(jié)能的作用，省電量高達(dá)30%，其不足之處是成本較高，產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)有污染。但是，盡管如此，它在礦山、冶金和社會生活中的應(yīng)用依然很廣泛。變頻控制水泵流量和閥門控制，分別如圖1和圖2所示。

5 結(jié)語

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)展提供了技術(shù)支持，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。本文從電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用、在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和在節(jié)能環(huán)節(jié)中的應(yīng)用四個(gè)方面對電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討，希望對我國相關(guān)方面的研究能起到一定的積極作用。

[1] 徐政，盧強(qiáng).電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011,19(8):289-290.

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[5] 崔振華.談電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011,39(18):901-902.

黃宗建：男，1979年出生，河南南陽人，講師，工程碩士，研究方向：微機(jī)控制

魏宏飛：女，1984男出生，河南南陽市人，助教，工學(xué)碩士，研究方向：智能化控制

吳會敏 ：女，1975年出生，河南南陽市人，講師，工學(xué)碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)通信

Discussion on the application of power electronics in electric power system

Huang Zongjian,Wei Hongfei,Wu Huimin (Department of Architectural Environment Equipment Engineering,Henan Polytechnic Institute,Nanyang Henan,473000,China)

With the development and progress of society and computer technology,the application of power electronic technology in power system in our country has made gratifying achievements.Computer technology provides technical support to the power electronics industry,the electric power electronic technology has been widely applied in various industries and fields,while the power system is an important application field of them. In this paper,the application of power electronic technology in power system is discussed.

power electronic technology;power system; application