吳俁潼，謝麗蓉

新疆大學，新疆 烏魯木齊 830000

0 引言

電力企業(yè)的進步發(fā)展可以在一定程度上提高我國的整體經濟效益。同時，電力電子工程是我國電力行業(yè)中的先進技術領域，電力電子技術的發(fā)展與應用有利于我國電力工程的可持續(xù)發(fā)展。隨著社會的進步發(fā)展，我國的電力電子技術取得了較大的發(fā)展，這促進了我國電力行業(yè)的發(fā)展、國家電網穩(wěn)定性的提高及經濟的可持續(xù)發(fā)展。

目前，在電力系統(tǒng)中應用電力電子技術時，存在技術應用意識不強、落后地區(qū)的技術引進受限、無法及時更新現代化生產設備等問題[1]。相關工作人員應意識到電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用有利于保障電網安全與提高電能質量，進而提高電力企業(yè)的整體經濟效益。當前，電力企業(yè)相關工作人員應立足電力電子技術的發(fā)展，從多角度研究電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用，從而助推電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 電力電子技術概述

電力電子技術誕生于20世紀50年代，晶閘管的問世代表了電力電子技術的誕生[2]。電力電子技術是電力系統(tǒng)中一種重要的傳動技術，以晶閘管技術為基礎，可以開發(fā)得到可控硅整流裝置?？煽毓枵餮b置的問世，表明電力電子技術取得了大的進步，標志著電能的變換和控制進入變流器控制時代。由此可見，可控硅整流裝置是電力電子技術的主要標志。

根據電子電力技術的功能，電力電子技術可以分為通用交流供電技術與制造供電技術兩大類[3]。在通用交流供電技術中，電力人工技術的應用相當廣泛，電力人工技術常用于遠程監(jiān)控的電力設備，其可以降低電網運行中的故障發(fā)生率。

2 電力電子技術及電力電子器件的發(fā)展歷程

（1）第一代電力電子器件。自從開始應用電力電子技術，電力系統(tǒng)和電力電子器件取得了良好的發(fā)展，電力二極管和晶閘管是第一代電力電子器件的主要代表[4]。晶閘管具有耗能低與體積小的特點，可以取代原有電力系統(tǒng)中的老式汞弧整流器，推動電力電子技術的可持續(xù)發(fā)展；電力二極管可以提高電路的性能，有利于降低電路損耗、提高電源使用率。

（2）第二代電力電子器件。隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子器件得到了發(fā)展，如整流二極管的多樣化。20世紀70年代，第二代電力電子器件誕生，其主要特點為可以自動關斷。第二代電力電子器件顯著提升了開關速度，被應用在開關頻率較高的電路[5]。

（3）第三代電力電子器件。20世紀90年代，產生了第三代電力電子器件，其體積更小、結構更緊湊。此外，還出現了將幾種電力器件結合的電子模塊，推動了電力電子器件的發(fā)展。在此之后，研究人員以集成模塊為基礎，將用于電力技術的多種電力器件結合，得到了集成電路。集成電路的產生標志著我國電力電子技術已經進入智能化與集成化的階段。電力電子技術需要以電力電子器件的變革為基礎，朝著現代化的技術方向發(fā)展，除了實現高頻技術，還需要加強技術的自動化、環(huán)保性與節(jié)能性等[6]。

3 電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用現狀

3.1 人員的技術應用意識不強

雖然電力電子技術的優(yōu)勢比較突出，但是部分工作人員觀念落后，對新技術的應用意識不強。部分工作人員持著誤解與懷疑的態(tài)度，對電力電子技術的認識不全，不認可該技術的優(yōu)勢。即使技術人員對新技術持認可態(tài)度，但也存在不夠了解新技術、使用方法不當等問題，這對新興電氣技術的發(fā)展產生較大的阻礙[7]。

3.2 落后地區(qū)的技術引進受限

我國的國土面積較大，在應用先進技術的過程中，不同地區(qū)對新技術的使用程度、支持程度與資金投入等有一定的差異。落后地區(qū)交通不夠便利，人員綜合素質不高，技術比較落后，這些問題會阻礙電力電子技術的引進。電力電子技術對人專業(yè)人才有較大的依賴，落后地區(qū)缺少電力電子技術的專業(yè)人才，而且部分工作人員無法接觸最新的電力電子技術，這不利于電氣技術的發(fā)展[8]。

3.3 無法及時更新生產設備

隨著電力電子技術的快速發(fā)展，電力電子技術不斷推陳出新，生產效率顯著提高[9]?？v觀各地區(qū)的實際情況，生產過程會受到資金、人員與地點的影響。如果設備的數量少、功能少，生產效率將無法提高。與此同時，我國在電氣化方面的扶持政策較少，生產設備的更新受到多方面因素影響，部分地區(qū)無法及時將設備更新為現代化的生產設備，也沒有貫徹落實現有的扶持政策，這也會對我國的電氣化發(fā)展產生較大的影響。

4 電力電子技術在電力系統(tǒng)中的作用

4.1 保障電網安全

國家經濟發(fā)展需要以電網安全為保障[10]。當前，我國電力系統(tǒng)還處于初級發(fā)展階段，從整體上來看電網結構比較簡單，和國外發(fā)達國家比較，我國在配電與輸電方面差距較大。加之我國地形比較復雜，電網分布相當廣泛，自然災害頻繁發(fā)生。這些因素都會威脅電網的安全，因此，有必要采取一定的措施避免這些因素影響網格建設。如果采用人工方式會增加網格建設的難度和工作量，而應用電力電子技術可以優(yōu)化電網架構，降低網格建設的難度，從而保障電網安全。

4.2 提高電能質量

在我國電力技術快速發(fā)展的今天，電子電力技術被廣泛應用在電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性會影響電網的正常運行。由此可見，相關技術人員要確保電網運行過程中的安全性和穩(wěn)定性，從而從根本上促進電力系統(tǒng)整體電能質量的穩(wěn)步提升。在傳統(tǒng)的電網模式中，針對電網輸出質量沒有相關的保護與改進措施，無法提高電能的質量。隨著電力電子技術的快速發(fā)展，應用電力電子技術可以最大限度地控制直流電輸送系統(tǒng)電能的最大損耗率，提高整體的輸電效率，從而優(yōu)化配置資源，提高電能質量。

5 電力電子技術在電力系統(tǒng)中的具體應用

5.1 電力系統(tǒng)節(jié)能

在電力系統(tǒng)節(jié)能方面應用電力電子技術可以從兩個方面入手。一方面，可以借助變負荷電動機調速運行技術達到節(jié)能的目的；另一方面，可以借助電力電子技術不斷提高電動機的節(jié)電潛力，通過提高電能使用率充分發(fā)揮節(jié)電的作用。同時，需要將兩方面的應用結合，以最大限度地發(fā)揮電力系統(tǒng)的節(jié)能作用。

通常情況下，電廠的配電和生產可能無法發(fā)揮機電組的作用，而且還可能出現嚴重浪費電能資源與產生無功功率的問題。雖然可以通過控制變負荷電動機的運轉速度來提高生產與配合的效果，然而在實際工作中存在較多的問題，如生產與配置負荷電動機時需要花費較多的成本，在實際工作中很容易影響電網，適用范圍較小，更適合應用在中大型電廠。此外，當前的電力設備在送電期間的電能損耗較大，生產成本較高，這也會影響電能質量。因此，必須在配電系統(tǒng)中增加與配送系統(tǒng)有關的可控設備，以調控電能，確保電能的穩(wěn)定性與質量，從而促進整體節(jié)能效果的提高。

通常來說，交流異步電動機與變壓器都會消耗無功功率與有功功率，為了保障電能質量，需要控制有功電源與無功電源。若無法保證電力系統(tǒng)的無功平衡，很容易導致電力系統(tǒng)的電壓下降，從而損壞設備。此外，功率不平衡很容易導致電力系統(tǒng)出現電壓崩潰解裂的問題，甚至造成大面積停電。若電網設備中出現明確的缺乏無功容量的問題，可以增加無功補償設備，提高設備功率因數，降低不良事故的發(fā)生率，避免浪費電能。

5.2 輸電環(huán)節(jié)

5.2.1 靜止無功補償器

自進入20世紀，在電力系統(tǒng)中靜止無功補償器得到了廣泛應用。在較大功率的輸電系統(tǒng)中應用電力電子技術可以控制電壓，提高輸電功率系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般情況下，靜止無功補償器沒有旋轉部件，對大容量電容器的需求不大，而且可以通過利用無功功率獲得電感。此外，可以通過靜止無功補償器調控電抗器，進而減少無功功率，提高電能利用率。

5.2.2 柔性交流輸電技術

柔性交流輸電技術是電力電子技術在電力系統(tǒng)中的一個重要應用。在傳統(tǒng)的電力輸送工作中，使用比較粗放的方法控制電力功率，很難在輸電時控制與調整電能，增加了輸電工作期間的電能損耗，顯著增加了輸電成本。在輸電線路運行期間，需要發(fā)揮電力電子技術裝置的作用，使用柔性交流輸電技術實時控制各項參數，合理配置、利用輸電器件的電能功率，從根本上降低電能損耗與輸電成本損耗，為電力系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性奠定基礎。

5.2.3 高壓直流輸電裝置

在電力系統(tǒng)的輸電環(huán)節(jié)應用高壓直流輸電技術，需要應用晶閘管。在晶閘管中，晶閘管換流閥的應用比較廣泛，以其為基礎，還出現了其他具有較強操作性的電力輸送控制器，如交直流轉換變壓器。在電力輸送設備的電流轉換期間，交直流轉換變壓器的使用率較低，可以節(jié)約電能成本。

5.3 發(fā)電環(huán)節(jié)

5.3.1 發(fā)電機組的勵磁控制與變頻調速

在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)應用電力電子技術，主要是對發(fā)電機組進行勵磁控制與變頻調速。當前，我國大型發(fā)電廠的發(fā)電機組主要應用靜止勵磁系統(tǒng)，也就是通過晶閘管進行整流，并在自勵的基礎上控制靜止勵磁。隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，電力電子技術的應用在某種程度上可以讓原本靜止的勵磁控制構造逐步變得更簡單、成本更低且性能更高。此外，電力電子技術可以取代勵磁機，此時靜止勵磁可以實現快速且及時的自我調節(jié)，從而提高系統(tǒng)的運行效率。

5.3.2 風力與水力發(fā)電機的變速恒頻勵磁控制

水力發(fā)電機的輸出功率容易受到單位時間內水力流動量和水源頭壓力的影響，若水頭發(fā)生較大的變化，水力發(fā)電機組的轉速也會發(fā)生相應的改變；在風力發(fā)電機的實際工作中，風速僅影響風力發(fā)電的有效功率，且二者成正比例的關系，即風速越快，風車轉速越快，有效功率越大。由此可見，可以通過調整風力與水力發(fā)電機組的轉動勵磁電流頻率，確保發(fā)電機機組的電流頻率、輸出頻率及轉子轉速的一致性。在調控過程中，變速恒頻勵磁技術是核心技術，有利于充分發(fā)揮發(fā)電機組的運行功能。

5.3.3 風機水泵變頻調速和太陽能發(fā)電控制機組控制

在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)應用電力電子技術可以對風機水泵進行變頻調速，以及對太陽能發(fā)電控制機組進行控制。電廠的發(fā)電量較大，為了保證節(jié)能效果，可以在轉換高低壓時改變原有變頻器，借助風機水泵變頻機實現高低壓的轉化的目標，提高電能的使用效率，解決傳統(tǒng)工作中電能轉換效率不高且耗能大的問題。太陽能是新型能源，在發(fā)電產業(yè)發(fā)展方面具有重要的作用。當前，我國比較常見的是西門子太陽能發(fā)電廠和10～15 kV的獨立發(fā)電廠。結合實際工作可知，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的功率較大，而且通過太陽能發(fā)電機組發(fā)電需要對生產的電能進行及時轉換。為了保障電能轉換的效率，需要應用功率較大的電流轉換器，提高電能的使用效率。

6 結束語

綜上所述，在電力系統(tǒng)中應用電力電子技術可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障正常供電，節(jié)約成本，促進資源的合理利用，提高電力系統(tǒng)的整體性能。因此，電力企業(yè)可在電力系統(tǒng)節(jié)能、輸電環(huán)節(jié)、發(fā)電環(huán)節(jié)等方面應用電力電子技術，充分發(fā)揮電力電子技術的優(yōu)勢，提高自身的經濟效益與社會效益。