劉建東

(江蘇省靖江中等專業(yè)學校,江蘇靖江214500)

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉建東

(江蘇省靖江中等專業(yè)學校,江蘇靖江214500)

信息時代的大背景下，計算機應(yīng)用的范圍不斷擴展，在電力系統(tǒng)中，電力電子技術(shù)的不斷升級與更新，也讓電力系統(tǒng)的技術(shù)日新月異。技術(shù)的更新促進了電力系統(tǒng)對于電力電子技術(shù)應(yīng)用情況的關(guān)注，本文淺談當下電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。

電力電子技術(shù)；電子系統(tǒng)；應(yīng)用

前言

電力系統(tǒng)是社會發(fā)展與經(jīng)濟平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)的技術(shù)革新不僅意味著電力服務(wù)的提升，同時也代表著能源的進一步優(yōu)化與利用率的提高。當下，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為了推進電力系統(tǒng)發(fā)展的主要力量。從我國情況來說，電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)可以排得上當下專用通信網(wǎng)規(guī)模第一，且發(fā)展完善的網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上成形的電信網(wǎng)絡(luò)也就代表了當下電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的范本。由此可知，電力電子技術(shù)的在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景與發(fā)展情況直接決定了電力系統(tǒng)的未來。

1、綜述電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展歷史

第一只晶閘管是上世紀50年代末期問世的，以此為出發(fā)點，電力電子技術(shù)的發(fā)展逐漸加快。從傳統(tǒng)的電能變換與控制入手，從旋轉(zhuǎn)變流機組和靜止離子變流器進入了各類電力電子器件所構(gòu)建成的變流器時代。從電力二極管與晶閘管(SCR)代表的第一代電力電子器件，到組合若干個電力電子器件加以輔助元件構(gòu)成的模塊形成的第二代電力電子器件，再到集成了驅(qū)動、控制、保護與功率器件的功率集成電路（PIC）的第三代電力電子器件。40多年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展一直是所有國家高科技競爭領(lǐng)域的最激烈區(qū)域，電力電子技術(shù)的發(fā)展決定了國家電力系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，也就決定了國家發(fā)展與社會發(fā)展的當下與未來。

2、電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

隸屬于電工技術(shù)的分支，電力電子技術(shù)包括了強電技術(shù)與弱電技術(shù)兩方面。作為影響社會發(fā)展與工業(yè)基礎(chǔ)的技術(shù)，電力電子技術(shù)在國民經(jīng)濟中的巨大影響力不需多言，從總體上來分，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可歸納為：電能生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的應(yīng)用，電能輸配環(huán)節(jié)上的應(yīng)用、電能存儲環(huán)節(jié)上的應(yīng)用和電力通訊上的應(yīng)用。可以說，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是貫徹其整個系統(tǒng)的。

2.1 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

從發(fā)電系統(tǒng)上來說，電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要集中在對發(fā)電機等設(shè)備進行的技術(shù)革新。通過對大型發(fā)電子的運行特性進行分析與技術(shù)攻關(guān)，電力電子技術(shù)已經(jīng)可以做到對其進行靜止勵磁控制。而在水力發(fā)電機與風力發(fā)電機方面，則可以做到變速恒頻勵磁。特別是對發(fā)電機風機水泵的變頻調(diào)速的技術(shù)應(yīng)用，有效地提升了發(fā)電效率與穩(wěn)定性。詳細來說，對于發(fā)電環(huán)節(jié)的機組勵磁控制與變頻調(diào)速，改變了過去需要依靠勵磁機才能完成這一控制的狀況，簡化了設(shè)備流程，應(yīng)用靜止勵磁對發(fā)電機組實現(xiàn)了快速高效調(diào)節(jié)。而晶閘管整流在自并勵靜止勵磁中的應(yīng)用，有著結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，可靠且造價低廉的優(yōu)勢。這些技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的應(yīng)用，有力地推進了技術(shù)的升級改造，提高了發(fā)電效率與系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，降低了發(fā)電成本。

在水力發(fā)電與風力發(fā)電方面，變頻電源的應(yīng)用主要是作用于轉(zhuǎn)子，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子來達到調(diào)節(jié)勵磁電流頻率，進而實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整水力風力發(fā)電最大功率的目的。保證最大功率始終處于穩(wěn)定有效范圍，并能實現(xiàn)消除風速變化帶來的頻差。而對于水力發(fā)電過程中，水源頭壓力不同而造成的差異，單位時間內(nèi)水力流動速度帶來的影響，都會直接影響水力發(fā)電機組的發(fā)電狀態(tài)與效率?？梢哉f，變頻電源的應(yīng)用完美地解決了以上問題，是電力電子技術(shù)在電力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)案例。而在火電廠，發(fā)電環(huán)節(jié)中風機水泵耗電量直接影響了其發(fā)電效率。經(jīng)統(tǒng)計，火電廠的風機水泵耗電量占去了廠用電的65%。變頻調(diào)速則直接解決了這個問題，它通過調(diào)整發(fā)動機組轉(zhuǎn)動時的勵磁頻率，實現(xiàn)發(fā)電機組電流頻率同轉(zhuǎn)速的目標，也就實現(xiàn)了發(fā)電機組時刻處于最大功效運作的目標。目前來說，能夠生產(chǎn)出高壓大容量變頻器的企業(yè)還在少數(shù)，但可以預(yù)見，在不久的將來，這將成為電力系統(tǒng)的必然技術(shù)設(shè)備配備。而由此帶來的發(fā)電效率與運行狀態(tài)優(yōu)化也將進一步提升電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

基于此，在高壓電與低壓電轉(zhuǎn)換的過程中，電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在使用風機水泵變頻機替代原有變頻器。從應(yīng)用來說，目前這一技術(shù)還屬于初步應(yīng)用階段，但其應(yīng)用前景與未來價值非常吸引人。太陽能發(fā)電控制機組也成為了電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一個發(fā)展方向，在太陽能發(fā)電機組工作時，由于發(fā)電機組自身所需要的電力相對較多，這部分損耗直接拉低了發(fā)電機組的工作效率。這也就意味著，太陽能發(fā)電機組在進行電能轉(zhuǎn)換時，大功率的電流轉(zhuǎn)換器自身運轉(zhuǎn)所需要的電能已經(jīng)影響到了其電力生產(chǎn)效率。目前電力電子技術(shù)在這方面主要是把太陽能電池陣列直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通過配備最大功率跟蹤功能的逆變器，來實現(xiàn)降低太陽能發(fā)電機組自身電能損耗的目的。考慮到不同國家與地區(qū)的實際情況，電力電子技術(shù)在這方面的應(yīng)用所采用的規(guī)格與標準也不同，目前我國是選用10-15W獨立系統(tǒng)。

2.2 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸配環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

就當下來說，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸配環(huán)節(jié)中的應(yīng)用主要是：柔性交流電技術(shù)、高壓直流電技術(shù)與靜止無功補償器的應(yīng)用上。

2.2.1 柔性交流輸電技術(shù)

通過電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的兩相結(jié)合，對電力系統(tǒng)輸配過程中的電壓、參數(shù)（如線路阻抗）、相位角、功率潮流的不間斷調(diào)節(jié)控制技術(shù)即為柔性交流輸電技術(shù)。這一技術(shù)的主要作用在于大幅度降低在電能輸送過程中的損耗，眾所周知，解決了電能輸送過程中的大量損耗，直接就能提升電能應(yīng)用的效率。再加上柔性交流輸電技術(shù)還能提高系統(tǒng)的輸電穩(wěn)定性，這一技術(shù)也成為了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的范例。

2.2.2 高壓直流輸電技術(shù)

這一技術(shù)屬于最近關(guān)注度非常高的電力電子應(yīng)用技術(shù)。其主要的作用在于，使用該技術(shù)后，在同等技術(shù)條件下，輸送電能的損耗遠低于交流所造成的損耗。從技術(shù)層面上分析，這是由于直流的狀態(tài)下，電流穩(wěn)定，沒有變化，也就沒有了相應(yīng)的電抗壓降，整個輸送過程中的整體壓降也就小了。在實際應(yīng)用上，通過對直流輸電線路首尾兩端接入大功率的晶閘管、半控型器件相控整流和有源逆變器這三種設(shè)備都是以三相全控橋電路作為基本工作單元。這一安裝設(shè)計也就形成了一個三相橋變換器串并聯(lián)組合成的復(fù)合結(jié)構(gòu)變換器，在此之下，眾多晶閘管串聯(lián)后組成了每個三相橋變換器中的三相上下橋臂。這一技術(shù)投資低，且運行穩(wěn)定性非常高，甚至完全不需要考慮是否穩(wěn)定這一問題，所以這一技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。

2.3 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中電信通訊方面的應(yīng)用

目前所通用的電力通信技術(shù)可分為：微波電力通信技術(shù)、無線擴頻電力通信技術(shù)、電力載波電力通信技術(shù)與光纖通信技術(shù)。總體來說，電力通信承接了語音、數(shù)據(jù)、寬帶、辦公自動化與IP等電信服務(wù)，同時還決定了是否能保護自動裝置、保障設(shè)備運行安全與是否能提供完成電力市場化的所有需要數(shù)據(jù)?？梢哉f，電信通訊方面的應(yīng)用水平，決定了電力系統(tǒng)的自動化程度，也屬于電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要部分。目前來說，要想實現(xiàn)更好的電力系統(tǒng)自動化，面對越來越復(fù)雜的管網(wǎng)與通訊安全要求，電力電子技術(shù)在電力通信方面需要達到穩(wěn)定可靠與高效的服務(wù)要求。從整體性能上相比，只有現(xiàn)代光纖技術(shù)可以滿足以上要求，并能有效帶領(lǐng)電力系統(tǒng)向數(shù)字化技術(shù)轉(zhuǎn)變?；诖?，電力電子技術(shù)在光纜與SDH傳統(tǒng)上的通信設(shè)備技術(shù)革新與升級意義非凡。

眾所周知，電力系統(tǒng)分為生產(chǎn)電、輸送電、分配電與消費電四大塊。電網(wǎng)本身的民生服務(wù)性質(zhì)，造成了電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋大江南北各個角落。電力網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜與全面覆蓋性，讓其成為了重要的網(wǎng)絡(luò)運輸載體，從上世紀七八十年代開始，電力特種光纜就已出現(xiàn)。這種光電復(fù)合式光纜最初只是在電力桿塔上作為傳輸信號的載體，但人們發(fā)現(xiàn)這類光纜安全性大，難以被破壞，同時運行穩(wěn)定，可直接在當前的電力系統(tǒng)桿塔上進行安裝，施工成本低。自此以后，逐漸發(fā)展出光纖通訊。

發(fā)展到今天，目前特種光纖主要是應(yīng)用的OPGW與ADSS技術(shù)，借力于電力系統(tǒng)本身的線路，實現(xiàn)了頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面的優(yōu)化，有著強大的應(yīng)用優(yōu)勢。如對于OPGW而言，在超過110kV檔距較大（250M以上）的高壓線路上非常適用，外層應(yīng)用鎧包裝，不會受高壓電蝕與降解影響，維護操作簡易，機械強度高。但考慮到OPGW光纖在安裝時必須全線停電，所以不能在原有的線路上直接加裝，而應(yīng)在電路規(guī)劃設(shè)計時，就直接一次性到位。當然，OPGW也有其短板，如使用過程中無法適應(yīng)過大的電路，否則容易短路，越大的電流條件下，OPGW用的良導體鎧裝越多，由此帶來的成本直接約束了其應(yīng)用范圍。

ADSS光纜為介質(zhì)自承光纜，其應(yīng)用主要集中在在220kV、110kV、35kV電壓等級線路上。與特種光纖相比，ADSS可以有效地滿足電力輸電，垂度小的要求。一般來說，標準配置下的ADSS光纜有144芯。其主要性能特點在于其內(nèi)光纖張力從理論上來說為0，這也就意味著絲毫不能有拉扯。同時ADSS不具備導電特性，所以可以在線路完成后進行后期加裝，不需要斷電。作為一種玻璃絲材質(zhì)的光纜，其伸縮率可適應(yīng)的溫差范圍很大，哪怕是在極限溫度下，依然具有非常優(yōu)越的光學特性。直徑小，質(zhì)量小，耐電蝕的ADSS光纜可以有效降低高壓感應(yīng)電場對于光纜的電腐蝕作用，使用壽命長。由于其質(zhì)量小，其所受到的冰與風的作用力也小，對桿塔的影響力也相應(yīng)更小。在實際應(yīng)用中，ADSS所具備的新型材料與外形設(shè)計，使其光滑阻力小的特點更為突顯，空氣動力特性更為優(yōu)越，是構(gòu)建電力通訊系統(tǒng)中的重要部分。

3、結(jié)束語

綜上所述，電力系統(tǒng)在生產(chǎn)電，輸送電，配置電與消費電的過程中，電力電子技術(shù)功不可沒。越來越發(fā)達的電力系統(tǒng)對于電力電子技術(shù)的要求也越來越高，兩相促進下，電力電子技術(shù)的發(fā)展將越來越快。在可預(yù)見的將來，電力電子技術(shù)必然成為促進電力系統(tǒng)升級換代的關(guān)鍵技術(shù)，電力系統(tǒng)也將在電力電子技術(shù)的支撐下，更為高效，更為可靠地擔當起為經(jīng)濟與社會發(fā)展保駕護航的重任。

[1]姜建國.喬樹通.郜登科.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化.2014（03）.

[2]余紅.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù).2012（10）.

[3]李偉，林麗，向超.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2015（03）.

（編輯 文新梅）

The Application of Power Electronics Technology in Power System

LIUJiandong
(Specialized SecondarySchool,Jingjiang214500，China)

Under the background of the information age,the range of computer applications is expanding.In power systems, power electronics technology continues to upgrade and update,which also makes the power system technology advances.The renewal of technology encourages power system to pay attention to power electronics technology applications.The article brieflytalks about the application ofelectronic technologyin electric power systemapplication.

power electronics technology；electronic systems；application

G712

B

1672-0601（2015）06-0119-03

劉建東(1970-)，男，江蘇省靖江市，畢業(yè)于江蘇廣播電視大學，本科，實驗師。研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)的理論和實踐教學的改進，計算機硬件維修，電力電子技術(shù)的應(yīng)用等。