摘要：近年來，全國范圍對電力資源需求的提升，對電力系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)。如何解決傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中存在的監(jiān)督管理不足、配電環(huán)節(jié)等問題，成為相關研究者關注的問題?；诖?，為保障用戶的用電質量和用電安全，本文以電工電子技術為主，對電力系統(tǒng)的設計展開了研究，并對變壓器、交流側濾波等進行了設計，經驗證，本文的設計可實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，降低電力企業(yè)的運營成本。

關鍵詞：電工電子技術；電力系統(tǒng)；輸電系統(tǒng)；配電系統(tǒng)

一、引言

隨著社會的快速發(fā)展和電力需求的不斷增長，電力系統(tǒng)設計已成為當今世界不可或缺的重要領域。電工電子技術作為電力系統(tǒng)設計的基礎，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效傳輸提供了有力支持。同時，電工電子技術的應用對電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及對電力傳輸質量效率等方面有著直接的影響。其不僅涉及電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、建設、運行和維護，還涉及電力設備的制造、安裝、調試和維修。電工電子技術的應用，使得電力系統(tǒng)的性能得到了顯著提升，同時也為電力系統(tǒng)的智能化和自動化發(fā)展奠定了基礎[1]。本文將詳細介紹基于電工電子技術的電力系統(tǒng)設計的技術原理和應用實踐，以期為提高我國電力系統(tǒng)的供電質量和效率提供有益借鑒。

二、電工電子技術的概述

電工電子技術是傳統(tǒng)電工技術與現(xiàn)代電子信息技術相結合的產物，以傳統(tǒng)電工技術為基礎，創(chuàng)新電工電子應用技術，集中電工技術和電子技術的作用，實現(xiàn)多角度融合，是時代進步的必然需求。在電力系統(tǒng)的發(fā)展過程中，電工電子技術的作用越來越重要，它不僅提高了電力系統(tǒng)的運行效率，還降低了運營成本。此外，電工電子技術還推動了電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，使電力系統(tǒng)更加完善、效率更高、技術手段更先進。

要深入理解電工電子技術對電力系統(tǒng)發(fā)展的作用，可以從其特點方面逐一進行分析。電工電子技術具有集成化、全控化、高頻化以及高效化等特點。首先，從全控化特點方面來看，電工電子技術的全控化實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中各器件的全自動化關斷以及全面控制，能夠有效提高系統(tǒng)的效能。全控化能力還為電力系統(tǒng)設備提供了智能化功能，能夠提升電力系統(tǒng)的自主調控和自動化處理能力，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和持續(xù)發(fā)展提供有力支持；其次，從高頻化方面來看，具體表現(xiàn)為電力系統(tǒng)中電子設備的芯片高度集成化。電工電子技術的應用，可以根據(jù)需求來提高電器元件的頻率，以此達到降低電能損耗和機械磨損的目的，使得電器元件的使用周期得到提升；最后，站在高效化角度，降低電力器件的損耗率，提高電力系統(tǒng)的運行效率和器件的開關速度，從而保障了電力系統(tǒng)的高效、安全、穩(wěn)定運行。

三、基于電工電子技術的電力系統(tǒng)設計探究

（一）電力系統(tǒng)總體架構設計

為了保障新能源接入后，電力系統(tǒng)保持安全運行，在設計電力系統(tǒng)引入電工電子技術，系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

隨著我國經濟的快速發(fā)展，電力需求不斷增長，電力系統(tǒng)的基本架構也面臨著新的挑戰(zhàn)和變革。為了應對這些問題，國家能源局于2023年發(fā)布了《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》，明確了新型電力系統(tǒng)的發(fā)展理念、內涵特征和發(fā)展路徑，提出了構建新型電力系統(tǒng)的總體架構和重點任務。本文將圍繞新型電力系統(tǒng)總體架構進行探討，并展望其發(fā)展前景。新型電力系統(tǒng)總體架構以“一個基本目標、一條主線引領、四大體系建設、三維創(chuàng)新支撐”為核心，構建清潔、高效、安全、智能的電力系統(tǒng)，滿足經濟社會發(fā)展對電力的需求。一條主線引領：以電力系統(tǒng)高質量發(fā)展為主線，推動電力系統(tǒng)從傳統(tǒng)的能源消費型向能源節(jié)約型、清潔型、智能型轉變。四大體系建設：分別是能源供應體系、能源消費體系、能源技術體系、能源政策體系。三維創(chuàng)新支撐：技術創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、制度創(chuàng)新，為新型電力系統(tǒng)發(fā)展提供有力支撐。

（二）發(fā)電系統(tǒng)設計

1.靜止勵磁技術

基于電工電子技術進行電力系統(tǒng)設計，電工電子技術的應用，可為系統(tǒng)提供充足的動力，保障發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。其中，從靜止勵磁技術應用，控制大型發(fā)電機組靜止勵磁的，保障了電能的穩(wěn)定傳輸，優(yōu)化變頻電源轉子勵磁頻率，保障了發(fā)電系統(tǒng)功率控制的有效性，提高了電力系統(tǒng)的控制能力（勵磁系統(tǒng)如圖2所示）。在靜止勵磁的應用中，電子電工技術還為電力系統(tǒng)帶來了許多其他優(yōu)勢，例如，它可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化控制，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，電子電工技術還可以優(yōu)化電力系統(tǒng)的運行方式，降低運行成本，提高經濟效益。

2.恒頻勵磁

在風力發(fā)電和水力發(fā)電中，恒頻勵磁技術發(fā)揮著關鍵作用。恒頻勵磁技術通過利用先進的電子電工技術，確保發(fā)電機在運行過程中保持恒定的頻率，對于確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性至關重要。在風力發(fā)電設備中，恒頻勵磁技術能夠確保風能有效轉化為電能，并保持穩(wěn)定的輸出頻率。同樣，在水力發(fā)電設備中，恒頻勵磁技術能夠確保水流或水輪機產生的動力有效轉化為電能，并保持穩(wěn)定的輸出頻率。

3.機泵變頻調速

在電力系統(tǒng)中，機泵變頻調速技術對于確保電力輸送的穩(wěn)定性和效率具有重要意義。當電力輸送電壓的高低極限值存在較大差異時，機泵變頻調速裝置能夠發(fā)揮關鍵作用。新型的水泵變頻技術可以顯著降低高壓電能與低壓電能的轉換成本，并提高交流電與直流電的連接順暢性，有助于提升整個電力系統(tǒng)的運行效率，確保電力輸送的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）輸電線路設計

在電力系統(tǒng)中，輸電環(huán)節(jié)是確保電能安全、穩(wěn)定、高效傳輸?shù)年P鍵。隨著電工電子技術的不斷發(fā)展，其在輸電領域的應用日益廣泛。首先，電工電子技術在輸電系統(tǒng)中的應用，能夠提高輸電效率，降低資源損耗。在輸電過程中，由于各種因素的影響，經常會出現(xiàn)無功損耗等現(xiàn)象，導致資源浪費和環(huán)境污染。而電工電子技術，可以優(yōu)化輸電系統(tǒng)，減少無功損耗，提高輸電效率，實現(xiàn)資源的有效利用。其次，電工電子技術在輸電系統(tǒng)中的應用，能夠提高輸電系統(tǒng)的安全性。在輸電過程中，由于各種不確定因素的存在，可能會導致輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或異常情況。而通過應用電工電子技術，可以對輸電系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和故障診斷，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，確保輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。最后，電工電子技術在輸電系統(tǒng)中的應用還體現(xiàn)在高壓直流電輸電技術和柔性交流電輸電技術方面。在高壓直流電輸電技術中，電工電子技術可以提高換流閥和晶閘管的移動效率。在柔性交流電輸電技術中，電工電子技術可以實現(xiàn)對電量消耗的全面控制，提高電力系統(tǒng)的電能輸出速度，增強電力系統(tǒng)中輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

（四）配電系統(tǒng)設計

配電環(huán)節(jié)是電力系統(tǒng)中將電能輸送到用戶端的關鍵環(huán)節(jié)，對于確保用戶用電的穩(wěn)定性和安全性至關重要。電子電工技術在配電環(huán)節(jié)中的應用，能夠通過智能化、精確化的方式，提高電能分配的效率和安全性。同時，還能夠確定供電點和負荷點的位置，規(guī)劃合理的配電網絡，確保電能傳輸?shù)男屎推胶狻？紤]不同負荷類型和功率因素對配電系統(tǒng)的影響，進行負荷流量計算和功率因數(shù)校正。首先，電子電工技術能夠智能檢測電路中的電能損耗。這種技術可以實時監(jiān)測配電系統(tǒng)的運行狀況，精確計算電能損耗，并根據(jù)損耗大小判斷用電狀況。通過這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以更加合理地進行電能分配，避免資源浪費，實現(xiàn)電能的高效利用。其次，在配電過程中，保證用電安全是非常重要的環(huán)節(jié)。電子電工技術能夠對系統(tǒng)中的用電狀況進行全面實時的監(jiān)控，一旦檢測到系統(tǒng)出現(xiàn)用電故障，配電系統(tǒng)就會出現(xiàn)電流或電壓波動。系統(tǒng)可采用合適的開關設備（如斷路器和接觸器）和保護裝置（如熔斷器和過載保護器）進行配電系統(tǒng)的安全保護。同時，可考慮并聯(lián)電容器或其他無功補償設備，以提高功率因數(shù)并減少無功功率流失。通過電子電工技術實現(xiàn)對系統(tǒng)中相應的故障進行準確地判斷和處理，能夠確保用戶的用電安全。最后，電子電工技術還可以對配電系統(tǒng)進行優(yōu)化設計[4]。通過分析電能損耗、用電狀況等數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)存在的問題和不足，進而進行針對性優(yōu)化和改進。這有助于提高配電系統(tǒng)的運行效率，降低電能損耗，提高用戶滿意度。

（五）交流側濾波設計

在電力系統(tǒng)設計過程當中，電路運行時每一向都具備一個對應的載波信號。一般情況下，相差數(shù)值為2/3，輸出線電壓基波分量為：

（1）

在公式（1）中，輸出電線的電壓基波分量、調制深度、直流電壓、調制波頻率等分別由u、m、Ud及w來表示；調制時間和相角分別由t和f來表示。根據(jù)公式（1），電力系統(tǒng)中電力電子變壓器的輸入和輸出，均以電壓換流器為主，然后采用脈寬調制技術，進行濾波處理。同時，換流器在電力系統(tǒng)中的應用，能夠從一定程度上對電壓進行過濾處理。為了避免輸出的電壓出現(xiàn)諧波失真從而無法滿足需求的情況，保障電力系統(tǒng)的電能質量和電網運載負荷需求，系統(tǒng)還需要采用無源濾波器對電力系統(tǒng)的交流側濾波進行處理，以此提高電能的質量。

（六）控制系統(tǒng)設計

電力電子控制器是電力系統(tǒng)的核心設備，用于控制和調節(jié)電力系統(tǒng)的運行參數(shù)。針對控制系統(tǒng)的設計，可以通過電力電子控制器采集系統(tǒng)的運行參數(shù)，根據(jù)預設的算法和控制邏輯，對電力系統(tǒng)進行精確控制，從而使得電力系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定和安全，進而提高電力系統(tǒng)的可靠性和效率。并且，還可以結合需求設計監(jiān)控與控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)、負荷情況和故障信息?？刂葡到y(tǒng)能夠進行負荷預測和負荷e986948614e3a1d6cc54eac764f117a7b2f1cb95dd05d45f0af172cdcfc0469f平衡，根據(jù)實際負荷情況調整發(fā)電和配電策略，控制系統(tǒng)還能夠實現(xiàn)自動化控制，如調度中心可以自動切換發(fā)電機組、調整變壓器的負載分配等。

（七）安全保護系統(tǒng)設計

電力電子保護裝置，用于保護電力系統(tǒng)的正常運行。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電力電子保護裝置能夠迅速檢測到故障信號，切斷故障線路，避免故障擴大，從而保障電力系統(tǒng)的安全運行。電力電子保護裝置包括繼電器、斷路器等，用于過流保護、接地保護、差動保護等。設計電力電子保護裝置時，還能夠根據(jù)不同電氣設備的特點和負荷情況，確定合適的保護參數(shù)和保護策略，確保系統(tǒng)和設備在故障情況下的安全可靠運行。保護裝置的應用還能夠對電力系統(tǒng)進行故障記錄和事件分析，定期進行系統(tǒng)維護和巡檢，確保電力系統(tǒng)的安全運行[5]。

（八）質量控制

配電系統(tǒng)是管控電能質量的重要環(huán)節(jié)。首先，電工電子技術可為配電系統(tǒng)帶來實時調控能力。通過晶閘管等先進設備，系統(tǒng)可以實時調整諧波、電壓等關鍵參數(shù)，從而確保電能質量始終滿足控制要求，并有效預防系統(tǒng)的瞬間波動。其次，電工電子技術具有全頻化和集成化特點，在電力系統(tǒng)中應用電工電子技術，為改進工頻配電系統(tǒng)變壓器提供了新的可能。這些技術不僅有助于解決傳統(tǒng)變壓器存在的過度污染和設備體積大等問題，還能進一步提高配電系統(tǒng)的效率和可靠性。最后，為了加強數(shù)據(jù)管理和信息安全性，需要結合系統(tǒng)參數(shù)搭建實時電力系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以將分類后的數(shù)據(jù)實時儲存到電力系統(tǒng)所對應的數(shù)據(jù)庫中，為電能質量控制提供有效依據(jù)。同時，這個系統(tǒng)還具備實時數(shù)據(jù)采集能力，能夠為后續(xù)的系統(tǒng)研究和優(yōu)化設計提供有力支持，從而為用戶提供更加安全、可靠、高效的電力服務。

四、結束語

綜上所述，通過電子電工技術的引入，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化和升級提供了新的解決方案。電子電工技術不僅有助于提升電力系統(tǒng)的運行效率，還能優(yōu)化電能的應用水平，使電力系統(tǒng)向著智能化和自動化的方向發(fā)展。同時，電子電工技術還能有效解決電力系統(tǒng)運行中遇到的問題，保障了發(fā)電、配電、輸電等環(huán)節(jié)的安全性與穩(wěn)定性。未來，為了充分發(fā)揮電子電工技術的應用價值，相關技術人員與研究人員需要不斷加強技術研發(fā)和創(chuàng)新，培養(yǎng)專業(yè)的技術人才，積極引進先進的技術理論，不斷完善電力系統(tǒng)的應用功能，從而更好地滿足社會對電力系統(tǒng)的需求，推動電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展和進步。

作者單位：秦育亮 廣饒縣職業(yè)中等專業(yè)學校

秦育亮（1988.06-），男，漢族，山東東營，本科，講師，研究方向：電子技術應用、電子信息工程。

參考文獻

[1]秦寶振.電子電工技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].光源與照明，2023，（07）：231-233.

[2]馬艷菊.電工電子技術在電力系統(tǒng)無功補償自動控制方面的應用分析[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2023，36（04）：13-15，20.

[3]郭淑貞.基于電子技術的電力系統(tǒng)節(jié)能設計[J].電子測試，2022，（04）：121-122，115.

[4]孫仁忠.電子電工技術在電力系統(tǒng)的應用與探究分析[J].電子元器件與信息技術，2022，6（11）：227-230.

[5]朱艷.淺談電子電工技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].電子測試，2021，（03）：133-134.