酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司供應(yīng)鏈管理分公司 江雨津

二十世紀五十年代，晶閘管的發(fā)明極大地促進了電子電力技術(shù)發(fā)展效果，從而使其在傳統(tǒng)的晶閘管技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了一系列的創(chuàng)新研究，最后研制出了可控硅整流器，這對電力系統(tǒng)的驅(qū)動技術(shù)來說，是一個巨大的進步。電能轉(zhuǎn)化和可控也使得我國電力系統(tǒng)發(fā)展有了一次質(zhì)的飛躍，在后續(xù)進程中也進入到了電力電子變流器時代發(fā)展。

隨著電力技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，電力系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展。功率二極管和可控硅是第一代功率電子設(shè)備，第一代功率電子設(shè)備的優(yōu)點是體積更小、能耗更低，迅速替代了傳統(tǒng)的整流器，為進一步完善和發(fā)展電子功率技術(shù)打下了堅實的基礎(chǔ)。二極管的問世使整個電路的性能得到了極大的提高，其存在既可減少電力消耗，又可增加電力利用率。隨著第三代電子設(shè)備的出現(xiàn)，功率電子設(shè)備在尺寸、結(jié)構(gòu)等方面都有了較大的提高。第三代產(chǎn)品將電路、驅(qū)動、控制、功率器件等集成到一起，制造出了功率集成電路，雖然功率比以前低了不少，但也讓電子電力技術(shù)進入了全新的研究領(lǐng)域。

1 電子電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 靜止無功補償裝置

靜態(tài)無功補償主要用于改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性、改善電能質(zhì)量、抑制閃變等諸多方面。靜態(tài)無功補償設(shè)備包括可控硅控制反應(yīng)器（TCR）、可控硅投切電容（TSC）、可控串聯(lián)補償（TCSC）等。當兩個并聯(lián)的可控硅與一個電抗器串聯(lián)時，就構(gòu)成了TCR的單相結(jié)構(gòu)，通過對可控硅的觸控延遲角度的變化，可使電抗器的電流幅度發(fā)生變化，從而實現(xiàn)對電抗器的基本無功進行連續(xù)調(diào)節(jié)。TCR采用了以三相AC電壓調(diào)節(jié)電路為基礎(chǔ)的三角聯(lián)接方式。

TSC具有無機磨損、快速響應(yīng)、平滑投切和綜合補償?shù)染C合性能，其利用其中的小電感器來抑制進入電網(wǎng)時產(chǎn)生的脈沖電流。TSC具有更快速的調(diào)整度來降低所有諧波的補償。該方法采用電抗器將自換相橋電路與電網(wǎng)結(jié)合，從而實現(xiàn)對整流橋電路的交流電壓的相位和振幅進行調(diào)整，使其能夠產(chǎn)生符合要求的無功電流。

1.2 高壓直流輸電技術(shù)

以可控硅技術(shù)為基礎(chǔ)，可將HVDC技術(shù)應(yīng)用于輸電系統(tǒng)，而在此之前可控硅一直被用于傳輸系統(tǒng)的直流電輸中，而后來的GTO等功率傳輸控制器則是基于可控硅，在這種情況下很少使用交流變換變壓器。直流聯(lián)絡(luò)線按單層聯(lián)絡(luò)線、雙極聯(lián)絡(luò)線、同極聯(lián)絡(luò)線、背靠背四種不同的輸電線路。

1.3 智能電網(wǎng)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民的生活質(zhì)量發(fā)生了巨大的改變，電力供給的質(zhì)量和穩(wěn)定性也隨之提高。隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也日益廣泛。要實現(xiàn)不同區(qū)域、不同層次的電力網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度，單靠現(xiàn)有的電力調(diào)度自動化系統(tǒng)已不可能，尤其是隨著電力市場的逐步發(fā)展，電力調(diào)度自動化的工作將會變得十分困難。在未來發(fā)展過程中電力調(diào)度自動化的發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化的。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，收集和分析電網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，確保電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠程集中調(diào)度，使電網(wǎng)的運行更加穩(wěn)定和安全，滿足市場發(fā)展的需要。

智能化技術(shù)分析。通過對電網(wǎng)用戶、電網(wǎng)設(shè)備、電網(wǎng)運行情況的實時監(jiān)測，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，從而達到最大限度地提高電網(wǎng)運行效率，提高電網(wǎng)運行效率。智能電網(wǎng)應(yīng)用先進的電氣設(shè)備。如故障限制器、人性化交流輸電設(shè)備、儲能控制設(shè)備、智能保護設(shè)備等，這些設(shè)備都可與其他技術(shù)相結(jié)合，進而以智能化技術(shù)保障其電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，提升其可靠性。利用系統(tǒng)控制技術(shù)，可迅速地對電網(wǎng)的故障進行診斷，并根據(jù)專家系統(tǒng)的分析，提出相應(yīng)的解決辦法。該控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的有關(guān)設(shè)備進行數(shù)據(jù)處理，并對其進行計算，從而實現(xiàn)配電、變電自動化、繼電保護、電網(wǎng)智能化等方面的綜合應(yīng)用。

智能化運行發(fā)展。隨著智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，電力調(diào)度系統(tǒng)的運作也要向著智能化的方向發(fā)展，以適應(yīng)未來的發(fā)展趨勢。通過智能技術(shù)，可將整個電網(wǎng)的運行動態(tài)等多種信息整合起來，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控結(jié)果實現(xiàn)了電網(wǎng)的最優(yōu)控制，同時還可對電網(wǎng)的運行進行預(yù)警，對電網(wǎng)的故障進行分析和處理，從而保證電網(wǎng)的安全。這種方法能在一定程度上改善電力系統(tǒng)的運行效率，成為今后電力調(diào)度的發(fā)展方向[1]。

1.4 電力系統(tǒng)中的太赫茲技術(shù)

電力系統(tǒng)中的電纜一般都是埋在地下的，因此在進行故障定位時往往會遇到一些困難。利用太赫茲探測器，不僅可探測碳板、塑料、沙塵等，還可探測厚墻、干燥土層等。因此切需開發(fā)一種能夠通過對太赫茲波靈敏度進行檢測的便攜式太赫茲探測器。利用太赫茲技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)通訊，能有效地解決電力系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)傳送問題，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳送費用，減少了數(shù)據(jù)的發(fā)送時間。太赫茲技術(shù)能夠提供及時、可靠、高效、靈敏的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，滿足電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)要求，能夠在惡劣的條件下進行全天候的通訊。保證電力網(wǎng)通訊的通訊品質(zhì)。

1.5 電力系統(tǒng)柔性化的支撐技術(shù)

自上個世紀之交我國電網(wǎng)發(fā)生了一系列重大的變革。隨著可再生能源的大規(guī)模接入，長距離輸電在我國的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著電網(wǎng)安全、可靠性和供電品質(zhì)的不斷提高，對其數(shù)量和質(zhì)量的靈活、高效的管理成為了迫切的需求。下述主要分析“柔性電力技術(shù)”這一概念。該技術(shù)目前得到了廣泛的認可，并在如今，“雙高”電力體系（高比例再生能源發(fā)電、高比例電力電子設(shè)備）、電力電子化發(fā)電等被普遍接受。

柔性電力技術(shù)是以電能的產(chǎn)生、輸送和應(yīng)用為基礎(chǔ)，實現(xiàn)電能的迅速、準確地實現(xiàn)電能總量和形式控制。它在直流輸電技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)以及配網(wǎng)電網(wǎng)中的電能品質(zhì)監(jiān)控中起到了關(guān)鍵作用。這一技術(shù)的實施主要集中在儲能技術(shù)、信息處理和控制技術(shù)等方面。

1.5.1 電力電子器件技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

柔性功率技術(shù)的關(guān)鍵在于功率電子學發(fā)展，而功率電子學包括器件、電路和系統(tǒng)三個層面，器件的開發(fā)與運用是其基礎(chǔ)控制。未來功率電子設(shè)備的發(fā)展方向是電壓大、電流大、功率低、開關(guān)速度快，但這種特點很難在單一設(shè)備中得到充分的體現(xiàn)。當前，隨著新材料、設(shè)備不斷地對現(xiàn)有設(shè)備進行組合，可充分利用各種設(shè)備優(yōu)勢，從而產(chǎn)生了各種各樣的功率電子設(shè)備。功率電子設(shè)備的性能提高有賴于材料和工藝的不斷進步。寬禁帶半導體是未來電能控制領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。寬禁帶半導體材料的綜合性能和制程良率已成為研究的重點。

1.5.2 換流電路及其發(fā)展

柔性功率技術(shù)的應(yīng)用主要包括多種功率轉(zhuǎn)換和控制。電力的產(chǎn)生、輸送和相關(guān)的電力裝置的控制線路，包括各種形式的AC和DC的變換。AC功率可是具有不同幅值、頻率或相位的AC，而DC功率可是幅度不同的DC。換流器的發(fā)展主要可分成以下三個階段：

整流器時代。整流器是一種把交流電通過相控變換成直流電的設(shè)備，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有電解、牽引和直流驅(qū)動。大功率整流器可把工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，這種技術(shù)在上世紀六七十年代得到了迅速發(fā)展，成為了第一個發(fā)展時期。這一時期還開創(chuàng)了以可控硅為基礎(chǔ)的直流傳輸技術(shù)。

逆變器時代。逆變器是把直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流的裝置，自20世紀80年代起，由于變頻器的廣泛使用，門極可關(guān)式可控硅（GTO）、大功率逆變晶體管、大型功率晶體管（GTR）等已逐漸成為功率電子設(shè)備的主流。這些裝置的研制和應(yīng)用推動了電源型直流輸出、靜態(tài)無功動態(tài)補償?shù)确矫娴陌l(fā)展。

變頻器時代。隨著單片機技術(shù)和復(fù)合變換器技術(shù)的不斷發(fā)展，電動機驅(qū)動技術(shù)進入了一個新的發(fā)展階段。變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，標志著電力電子技術(shù)可方便、準確地進行各種不同的電能交換。高電壓大容量變頻器的研制成功為采用模塊式組合的電力電子設(shè)備實現(xiàn)大功率轉(zhuǎn)換提供了技術(shù)支持。模塊化多電平技術(shù)是一種新型的變頻器[2]。

1.5.3 儲能技術(shù)

傳統(tǒng)電能的利用始終要堅持“供需平衡”的基本原理，而靈活電能技術(shù)理念使得電能質(zhì)量的靈活控制和轉(zhuǎn)換成為了能源技術(shù)中主要的要求。以下將介紹一些柔性技術(shù)中的能量儲存技術(shù)。

抽水蓄能技術(shù)是一種將電能和水力能量轉(zhuǎn)化為能量的儲能技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、應(yīng)急備用、黑啟動等領(lǐng)域。常規(guī)的抽水蓄能功率可達到數(shù)十萬千瓦，壽命達到30年以上。采用電力電子技術(shù)，以變頻調(diào)速技術(shù)，可達到75%的節(jié)能效果。變速抽水蓄能裝置調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)精度高、功率響應(yīng)速度快，能夠充分滿足電力系統(tǒng)的調(diào)頻和大型可再生能源系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)。

飛輪儲能是一種利用轉(zhuǎn)動物體的動能儲存能量的技術(shù)。飛輪能量密度高，可達到25年的使用壽命，高的轉(zhuǎn)換效率達到90%，比抽水蓄能技術(shù)更好。但其持續(xù)放電時間只有一分鐘，且能量密度很小，是一種典型的電力存儲技術(shù)。

蓄能技術(shù)是一種把電能轉(zhuǎn)換成化學能并儲存起來，利用時再把化學能轉(zhuǎn)換成電能。由于直接轉(zhuǎn)換為化學能的電能是以直流方式進行，所以交流直流轉(zhuǎn)換是此類儲能系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。蓄能技術(shù)具有高效、低噪聲、低污染、無規(guī)模效應(yīng)、瞬態(tài)特性好、負載跟蹤性能強、成本低等特點。但由于蓄能系統(tǒng)中存在著大量的交流、直流轉(zhuǎn)換和控制等問題，使得系統(tǒng)的復(fù)雜程度大大提高。容量大、化學工藝復(fù)雜的大容量電池儲能系統(tǒng)也對城市設(shè)施的安全管理提出了新的要求。

超導儲能（SMES）是指通過在超導線圈中流動的電流，將其作為一種磁場來儲存電力，這一方法源自于發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用超導現(xiàn)象。超導技術(shù)已廣泛用于電力系統(tǒng)，如超導發(fā)電機、超導變壓器、超導電纜、超導限流器和SMES等。與其它儲能技術(shù)相比目前只有少數(shù)中小規(guī)模的SMES在商用運營[3]。

2 電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

電子電力技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。采用電子電力技術(shù)，將大型發(fā)電機組的勵磁機更換為靜態(tài)勵磁控制，可迅速調(diào)整發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，有效地提高發(fā)電機的運行效率；在節(jié)能等方面，采用變頻調(diào)速設(shè)備取代傳統(tǒng)的變頻調(diào)速機組。將變速恒頻勵磁技術(shù)用于水力、電力發(fā)電機組，采用電子技術(shù)調(diào)節(jié)水力、風力發(fā)電的功率，使水力發(fā)電效率最大化，采用能量存儲技術(shù)調(diào)節(jié)水力、風力發(fā)電的不穩(wěn)定性，然后以電力技術(shù)進行電力系統(tǒng)的并網(wǎng)傳輸，可提高能源利用率。另外，在分布式電源中實現(xiàn)無縫并網(wǎng)，也是基于電子電力技術(shù)來實現(xiàn)其利用效能，可縮短電網(wǎng)和用戶的距離，增加用戶使用的安全性[4]。

電子電力技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。通過對電能進行精確、迅速的控制，實現(xiàn)了對切換裝置的切換，依據(jù)可控硅換流閥的應(yīng)用，從而使其在HVDC中得到應(yīng)用，極大地降低了交流變換變壓器的使用量，實現(xiàn)了對電流變換裝置的移動性，降低了發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)成本，增強了中、大電流變換裝置的競爭能力。另外該技術(shù)在短距離傳輸中的應(yīng)用也是可行的；柔性直流輸電技術(shù)是電力技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合，通過對電網(wǎng)的有關(guān)參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以保證線路的安全和合理的損失。

電子電力技術(shù)在配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用。在配電網(wǎng)中，采用電功率技術(shù)和FACTS技術(shù)是影響配電網(wǎng)安全運行的關(guān)鍵因素。用戶電力技術(shù)能夠保證配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高品質(zhì)，而FACT技術(shù)能夠增強電網(wǎng)的控制性能，提高傳輸容量[5]。

3 結(jié)語

我國正處于經(jīng)濟社會高速發(fā)展時期，電力供應(yīng)是社會建設(shè)的基礎(chǔ)。電子電力技術(shù)將直接影響著社會經(jīng)濟的發(fā)展，在節(jié)約用能等方面也關(guān)乎電力系統(tǒng)運行各個環(huán)節(jié)。在此，為促進我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，應(yīng)依據(jù)各項功能努力創(chuàng)設(shè)電子電力技術(shù)。