蔡永石

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京工程分院,江蘇 南京 211135)

0 引言

近年來,受市場需求增加的影響,電子技術(shù)快速發(fā)展,市場上的各類產(chǎn)品類型逐漸多樣化,為各領(lǐng)域的應(yīng)用提供支持。 數(shù)據(jù)顯示,我國電子元件及電子專用材料制造行業(yè)利潤從2017 年的1 062.76 億元增長至2020 年的1 328.8 億元。 2020 年,我國電子元件及電子專用材料制造行業(yè)利潤同比增長5.9%。 在科技驅(qū)動的背景下,電子技術(shù)向智能化與集成化發(fā)展,通過與人工智能的有效結(jié)合,使得智能終端具有更強大的功能,為實際應(yīng)用提供支持。 現(xiàn)結(jié)合電氣電子技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行分析。

1 研究電子技術(shù)應(yīng)用的意義

基于智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景,電子技術(shù)的應(yīng)用需求不斷擴大。 以能源互聯(lián)網(wǎng)為例,其主要是以電力系統(tǒng)為核心,搭建智能電網(wǎng),采用先進(jìn)信息和通信技術(shù)以及電力電子技術(shù),構(gòu)建分布式智能能量管理系統(tǒng),實現(xiàn)對分布式能源設(shè)備實施廣域協(xié)調(diào)控制,助力能源互補,全面提高能效率水平,構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)。 現(xiàn)代化智能電網(wǎng)指的是基于計算機電子控制的電力系統(tǒng),而傳統(tǒng)意義的電力系統(tǒng)控制源以機電為主。 隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展,智能電網(wǎng)需要面對和傳統(tǒng)控制源的磨合。 無法繼續(xù)使用機電控制源,采用計算機控制系統(tǒng)是主要趨勢。 這需要進(jìn)行電氣電子技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用,綜合利用電力電子與信息技術(shù)等,并且通過技術(shù)融合和創(chuàng)新提升應(yīng)用的水平,創(chuàng)造更多的價值。

2 電網(wǎng)系統(tǒng)智能化建設(shè)中電子技術(shù)的應(yīng)用問題

2.1 如何實現(xiàn)電子技術(shù)智能化

未來,智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平會更高,對電氣控制及技術(shù)的應(yīng)用需求更高,為有效適應(yīng)多樣化需求,必須加大電子技術(shù)的智能化研究。 從發(fā)展的角度來說,清潔能源的并網(wǎng)規(guī)模會不斷擴大。 各類清潔能源和傳統(tǒng)電能共存,會給電網(wǎng)的穩(wěn)定性,帶來極大的影響。 這需要有強大的保障系統(tǒng),為電網(wǎng)智能化運行提供支持。 一般來說,在智能電網(wǎng)的發(fā)展背景下,高級配電自動化的概念提出,涉及高級配電運行自動化以及配電管理自動化。 通過配電網(wǎng)安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集以及電壓無功控制等的實現(xiàn),為自動化的實現(xiàn)提供支持,全面提高系統(tǒng)運行的水平,創(chuàng)造更多的應(yīng)用效益和價值。 電子技術(shù)的具體應(yīng)用分析,需要結(jié)合建設(shè)實際情況,探索實現(xiàn)電子技術(shù)智能化的方案。

2.2 電子技術(shù)單獨使用效果差

電網(wǎng)系統(tǒng)智能化的實現(xiàn),單純使用電子技術(shù),無法達(dá)到使用需求。 電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用,多數(shù)是與各類技術(shù)結(jié)合,助力柔性交流輸電和高壓直流輸電等的實現(xiàn),并且為電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行控制提供保障。在實際應(yīng)用方面,需要和通信技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用,通過配置性能的裝置,實現(xiàn)電氣控制的功能,保障電子技術(shù)的應(yīng)用價值得到發(fā)揮,促使控制自動化和智能化目標(biāo)實現(xiàn)。 未來的應(yīng)用場景下,電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用要求不斷提高,同時也面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn),需要技術(shù)人才加大電子技術(shù)的應(yīng)用研究和創(chuàng)新,適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展,助力能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。 通過技術(shù)的不斷升級和優(yōu)化,創(chuàng)造更多的效益與價值。 對當(dāng)前的電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用問題進(jìn)行總結(jié)和分析,分析技術(shù)應(yīng)用問題產(chǎn)生的原因,提出優(yōu)化和解決的措施,高效化推進(jìn)和落實各項工作,創(chuàng)造技術(shù)應(yīng)用效益。

3 電網(wǎng)系統(tǒng)智能化建設(shè)問題的解決方案

3.1 案例概述

近年來,各地區(qū)不斷加大智能電網(wǎng)的建設(shè)。 2020年,國家電網(wǎng)公司累計總投資為26 000 億元。 從建設(shè)的角度分析,實現(xiàn)了電氣電子和通信技術(shù)等的有效融合,促使各項功能的實現(xiàn)。 從電網(wǎng)系統(tǒng)智能化建設(shè)的角度分析,需要電子電氣技術(shù)的支持。 現(xiàn)以智能電網(wǎng)的發(fā)展為背景,分析如何利用電氣電子技術(shù)解決電網(wǎng)系統(tǒng)智能化建設(shè)問題。 現(xiàn)結(jié)合具體實踐,分析電氣電子技術(shù)的應(yīng)用。

3.2 電子技術(shù)的應(yīng)用方案

3.2.1 輸配電領(lǐng)域

智能電網(wǎng)對電能質(zhì)量與電網(wǎng)系統(tǒng)運行狀態(tài)的穩(wěn)定性有很高的要求。 若想保證這些要求的實現(xiàn),電力系統(tǒng)需要無功補償與諧波抑制技術(shù)等的配合。 創(chuàng)新驅(qū)動下,很多新型電力電子裝置出現(xiàn),例如超導(dǎo)無功補償裝置等。 除此之外,長距離和大容量輸電概念和應(yīng)用,使得直流輸電方式的應(yīng)用更為廣泛。 在特高壓直流輸電線路的建設(shè)中,送電端的整流閥與受電端的逆變閥通常使用晶閘管變流裝置。 這些基于電子技術(shù)裝置的應(yīng)用,使得輸電網(wǎng)的運行水平得到提高,能夠增加電網(wǎng)的輸送容量,并且增強可靠性。 在配電網(wǎng)系統(tǒng)中使用電子裝置,能夠防范電網(wǎng)瞬間停電和瞬時電壓跌落以及電壓閃變等的出現(xiàn),達(dá)到改善供電效果的目的,實現(xiàn)電能質(zhì)量的有效控制。

3.2.2 電源領(lǐng)域

使用的電子裝置能夠提供給負(fù)載很多直流電源和恒頻交流以及變頻交流電源。 構(gòu)建的智能電網(wǎng)系統(tǒng),比如變電所的操作屏和蓄電池充電等,主要使用的是交直流電源或者高頻開關(guān)電源等。

3.2.3 新能源與分布式發(fā)電領(lǐng)域

電氣控制中的電子技術(shù)應(yīng)用,主要是借助各類電力電氣器件,實現(xiàn)對電能的變換和控制,具有很好的節(jié)能效果,能夠減少機電設(shè)備的體積,同時提高工作效率。 構(gòu)建的智能電網(wǎng)系統(tǒng),發(fā)電和輸電以及變配電等為重要組成部分,在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提下,積極使用清潔能源。 若想保證多能源應(yīng)用下的電網(wǎng)穩(wěn)定運行,必須解決很多技術(shù)問題,實現(xiàn)智能調(diào)度是必然。 隨著清潔能源的調(diào)度上網(wǎng),很多清潔能源具有不穩(wěn)定特點,影響了電網(wǎng)運行的安全性。 采用柔性交流輸電技術(shù),可保護電網(wǎng)安全。 在半導(dǎo)體功率元器件的高壓化和大容量化發(fā)展背景下,電子產(chǎn)業(yè)形成了以SVC 為代表的柔性交流輸電技術(shù)和以高壓直流輸電為代表的新型超高壓輸電技術(shù),同時涌現(xiàn)出以高壓變頻為代表的電氣傳動技術(shù)以及基于智能開關(guān)的同步開斷技術(shù)等,為智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供支持。

3.3 電網(wǎng)系統(tǒng)智能化中新型電子技術(shù)

3.3.1 FACTS-柔性交流輸電技術(shù)

柔性交流輸電技術(shù)作為新能源和清潔能源接入電網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)了電力電子技術(shù)和通信技術(shù)以及控制技術(shù)等的集成化利用,形成了快速控制交流輸電的新型技術(shù)。 柔性交流輸電技術(shù)的應(yīng)用,使用了大功率且高性能的電力電子元件,制作為可控的有功電源和無功電源、電網(wǎng)一次設(shè)備等,結(jié)合實際需求應(yīng)用,實現(xiàn)對輸電系統(tǒng)的電壓阻抗和相位角以及功率等的靈活控制,使得原來不可控的電網(wǎng)可被全面化控制,不僅增強了電力系統(tǒng)的高度靈活性,還可保障系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性,促使輸電線路的能力得到增強。 隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,基于電力電子和分布式能源隔離技術(shù)等的柔性輸電系統(tǒng),應(yīng)用需求也不斷增加,帶動著電子技術(shù)的應(yīng)用,通過將電子技術(shù)和現(xiàn)代化技術(shù)手段相互結(jié)合,實現(xiàn)對電力系統(tǒng)參數(shù)的有效調(diào)節(jié)控制,降低運輸?shù)膿p耗,保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.3.2 高壓直流輸電技術(shù)

一般來說,輕型直流輸電系統(tǒng)使用的是GTO 和IGBT 等可關(guān)斷的器件組成換流器,使得中型的直流輸電工程的應(yīng)用競爭力得到增強,尤其是短距離運輸。利用可關(guān)斷器件組成的換流器,還可以用于孤立小系統(tǒng)供電,例如海上石油平臺。 未來,隨著技術(shù)的發(fā)展,還可以應(yīng)用到城市配電系統(tǒng),接入分布式電源。 在實際應(yīng)用中,能夠解決清潔能源上網(wǎng)穩(wěn)定性問題。 目前,高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離輸電方面占據(jù)著重要的地位,發(fā)揮著積極的作用。

3.3.3 能量轉(zhuǎn)換技術(shù)

未來,低能耗和低排放是發(fā)展的主要方向。 若想實現(xiàn)發(fā)展的目標(biāo),加大能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用,具有重要的意義。 目前,國內(nèi)集中開發(fā)大規(guī)模風(fēng)電場的并網(wǎng)技術(shù),大范圍光伏發(fā)電的可靠并網(wǎng)是主要方向。由于我國能量轉(zhuǎn)換技術(shù)處于研究起步階段,面臨很多技術(shù)挑戰(zhàn),有很多問題需要進(jìn)行研究。 在實際應(yīng)用中采用的關(guān)鍵技術(shù),主要為間歇式電源的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和中壓大功率風(fēng)機變流器技術(shù)等。

3.4 電網(wǎng)系統(tǒng)中常用的電子控制技術(shù)

電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用,常用的電子控制技術(shù)主要如下。

3.4.1 PWM 控制技術(shù)

在實際應(yīng)用中采用PWM 控制技術(shù),能夠提高電氣控制能力,同時提高工作效率,促進(jìn)技術(shù)更新,為電氣自動控制實現(xiàn)提供支持。 脈沖寬度可反應(yīng)電脈沖的頻率,發(fā)揮著電氣控制的積極作用。 實際應(yīng)用方面,采用PWM 控制技術(shù)手段助力電氣控制,可獲得不錯的效果。 基于PWM 控制技術(shù)的電氣電子應(yīng)用,具有穩(wěn)定性優(yōu)勢,不僅可對穩(wěn)壓電源實現(xiàn)開關(guān)的作用,還可以處理電氣控制自動化。

3.4.2 過流電保護設(shè)備

電氣系統(tǒng)運行時設(shè)備受到環(huán)境因素或者其他因素的影響,常見運行故障。 故障的出現(xiàn)可能會產(chǎn)生漏電等情況,給設(shè)備造成損壞,過流電保護能夠發(fā)揮保護的作用。 電子技術(shù)在電氣自動化控制中應(yīng)用,配置過流電保護設(shè)備,發(fā)揮積極的作用。 若想實現(xiàn)對電路故障的有效防范,例如短路或者斷路等,構(gòu)建安全穩(wěn)定的電氣系統(tǒng)是關(guān)鍵,這需要注重實現(xiàn)過流電保護設(shè)備的應(yīng)用價值。 過電流可保護設(shè)備,也能夠保障設(shè)備的安全使用。 當(dāng)電氣系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時,安全性是重點內(nèi)容。 從電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行的角度分析,安全性是控制的重點,避免引起系統(tǒng)運行癱瘓問題。 隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新,涌現(xiàn)出很多現(xiàn)代電氣保護設(shè)備,考慮到電子技術(shù)微型化發(fā)展,還需要優(yōu)化過流電保護設(shè)備的應(yīng)用,增強電氣控制系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性[1]。

3.4.3 濾波電路

電氣控制的實現(xiàn),濾波電路通過影響紋波起到積極的作用,達(dá)到控制電路穩(wěn)定性的目的。 對于濾波電路使用的電子電路中的單向橋式整流,使得AC 電壓轉(zhuǎn)換成為單向脈動DC 電壓。 因為紋波很大,人們總是將其視作為同時擁有DC 電壓與1 組頻率不同的AC 電壓。 因此,此電壓無法直接用到電子電路的電子元件,為達(dá)到使用要求,要對單向脈動DC 電壓進(jìn)行濾波處理。 電壓的使用必須進(jìn)行濾波。 通過電壓濾波,促使電氣控制的電路形成保護作用,保障電路的穩(wěn)定性[2]?；陔娮蛹夹g(shù)的溫度傳統(tǒng)器裝置應(yīng)用,可增強傳感器的輸出信號。 實際應(yīng)用中濾波器發(fā)揮過濾作用,濾波電路的過濾功能實現(xiàn)需要借助濾波器,實現(xiàn)對輸出信號的過濾,并且保證傳感器的使用不受到影響[3]。 利用穩(wěn)定傳感器裝置,實現(xiàn)溫度的實時化監(jiān)控,濾波器發(fā)揮著重要作用,可保障溫度監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。 若電壓和電流在工作中是不變的,則要借助濾波器實施過濾,以此保證電流和電壓的恒定性。 需要注意的是,不同的濾波電路很容易使得測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。 如果恒流輸出使用電感濾波,那么會抑制電流,而恒流源的特性會保持電流不變,進(jìn)而產(chǎn)生矛盾。 恒流源和恒壓實際工作時,電壓和電流不會出現(xiàn)變化,要結(jié)合情況進(jìn)行調(diào)節(jié),進(jìn)而保障電子技術(shù)的應(yīng)用價值得到發(fā)揮,保障電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[4]。 全波整流電路,如圖1所示。

圖1 全波整流電路

3.4.4 無功補償環(huán)節(jié)

電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用,常用無功補償技術(shù)手段,從實際應(yīng)用的效果分析,能夠減少對電氣設(shè)備原件的損壞,發(fā)揮保護作用。 當(dāng)電氣控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行時,發(fā)出一定的電流,那么電氣控制設(shè)備會按照電流控制命令,執(zhí)行相應(yīng)的命令控制,進(jìn)而保障自動化控制的效果。 當(dāng)線路產(chǎn)生運行故障,采用電子技術(shù)手段,能夠修復(fù)損壞的電路,使得電流在電路中正常輸出,并且發(fā)出正確的命令,提醒系統(tǒng)線路損壞,發(fā)出修復(fù)指令[5]。

4 結(jié)語

綜上所述,電子技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用,體現(xiàn)在很多環(huán)節(jié),例如智能電網(wǎng)應(yīng)用背景下的輸電端和配電端等,其能結(jié)合各類現(xiàn)代化技術(shù),為柔性交流輸電和高壓直流輸電等的應(yīng)用提供技術(shù)支持,作用重大。 未來,電氣控制中的電子技術(shù)應(yīng)用,將會更加智能化和多元化,通過和各類技術(shù)結(jié)合運用,同時配置高性能的裝置,全面提高電子技術(shù)的應(yīng)用效益水平。