張雅娟

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院 武漢 430074）

引言

電力電子技術(shù)是一種集合了電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)化控制三項(xiàng)專業(yè)的電力技術(shù)，在應(yīng)用中主要起到電路優(yōu)化與控制的作用，這一條件下，將電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)當(dāng)中，可以有效降低電路運(yùn)作能耗、提升運(yùn)作安全性、提升能源利用率。因此，為了提升電力系統(tǒng)運(yùn)作質(zhì)量，如何正確應(yīng)用電力電子技術(shù)，是現(xiàn)代相關(guān)領(lǐng)域值得重視的問(wèn)題。

1 電力電子技術(shù)主要內(nèi)容

電力電子技術(shù)的發(fā)展至今已有40余年，通過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)存在多種應(yīng)用形式，其中較具代表性的為IGBT、GTO、晶閘管，三項(xiàng)技術(shù)可以聯(lián)合應(yīng)用，但功能上大同小異，主要起到優(yōu)化電能轉(zhuǎn)化、強(qiáng)化電能控制的作用。在應(yīng)用方式上有二，即全控化、集成化，其中全控化主要應(yīng)用于存在自動(dòng)斷電需要的電路系統(tǒng)當(dāng)中（此類系統(tǒng)中的電子元件因不支持長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作或其他因素影響，必須定時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)），針對(duì)所有電子元件進(jìn)行全面控制，對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行掌控，一旦發(fā)現(xiàn)狀態(tài)超標(biāo)則執(zhí)行自動(dòng)斷開(kāi)命令；集成化主要應(yīng)用于綜合性電氣系統(tǒng)中（此類系統(tǒng)主要由多種電子元件組成，具有綜合性功能表現(xiàn)），應(yīng)用中首先需要借助計(jì)算機(jī)設(shè)備作為終端，將所有電子元件的數(shù)據(jù)信息集成到計(jì)算機(jī)上，其次通過(guò)集成結(jié)果可以得到系統(tǒng)運(yùn)行曲線，以供判斷，如果發(fā)現(xiàn)異常則進(jìn)行控制[1]。

該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用了傳統(tǒng)電路系統(tǒng)控制手段，例如全控化可取代傳統(tǒng)半控型普通晶閘管，在特定條件下具有更高的應(yīng)用價(jià)值。而電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用還有其他表現(xiàn)，基本可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面覆蓋，起到全局管控的作用。

2 電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的功效

2.1 電力能耗優(yōu)化

現(xiàn)代因電路系統(tǒng)的普及，使得電力能源涉及到各個(gè)領(lǐng)域，而在不同領(lǐng)域的電力能源使用情況上來(lái)看，其普遍存在較大電能消耗的現(xiàn)象，所以如何治理這一現(xiàn)象是電路系統(tǒng)應(yīng)用中值得關(guān)注的問(wèn)題。而通過(guò)電力電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)治理目的，即在電耗成因上，大部分電能消耗都是因?yàn)閭鹘y(tǒng)電能轉(zhuǎn)化手段的電能轉(zhuǎn)化率較低，導(dǎo)致部分電能被浪費(fèi)，但通過(guò)電力電子技術(shù)中的手段，可以提升電能轉(zhuǎn)化率，代表電能的利用率提升，電耗自然也被降低。此外，借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備還可以對(duì)電能應(yīng)用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化監(jiān)測(cè)，使一些可能會(huì)造成較大電耗的問(wèn)題可以被及時(shí)處理，同樣起到降低電力能耗的作用[2]。

2.2 電氣控制

電氣控制在原理上是利用弱電與強(qiáng)電之間的關(guān)系，通過(guò)弱電來(lái)控制強(qiáng)電，強(qiáng)電作為電力輸出，在良好的控制條件下，其安全性、可靠性都將提升，因此電力電子技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的重要因素，在現(xiàn)代電路系統(tǒng)中具有較高地位。在應(yīng)用形式上，電力電子技術(shù)的弱電控制強(qiáng)電可以分為兩類，即對(duì)電力能源生產(chǎn)產(chǎn)能進(jìn)行控制，例如通過(guò)儀表等設(shè)備對(duì)電能生產(chǎn)原料的化學(xué)反應(yīng)、熱量流程進(jìn)行監(jiān)控，使其始終保持在高標(biāo)準(zhǔn)水平上；對(duì)電力能源生產(chǎn)行為進(jìn)行控制，例如對(duì)電力能源生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備運(yùn)作效率、運(yùn)作準(zhǔn)確性進(jìn)行控制，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)完成檢測(cè)，確?？刂撇呗詼?zhǔn)確性。此外，除電力電子技術(shù)以外，雖然還存在其他可實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，但是在功能表現(xiàn)上，電力電子技術(shù)控制效果更加優(yōu)秀，且覆蓋面廣泛，說(shuō)明該項(xiàng)技術(shù)具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.3 利于系統(tǒng)更新

電路系統(tǒng)的應(yīng)用并不是一成不變，其也強(qiáng)調(diào)“與時(shí)俱進(jìn)”的原則，說(shuō)明該系統(tǒng)應(yīng)用存在更新需求。但在傳統(tǒng)模式上，電路系統(tǒng)具有固化特征，每次更新都必須“大費(fèi)周章”，且存在較大的成本損耗，而采用電力電子技術(shù)則可以避免此類現(xiàn)象發(fā)生，即電力電子技術(shù)的應(yīng)用可以將電路系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備、元件等定義為模塊，此時(shí)介于模塊可調(diào)控性能，代表整個(gè)系統(tǒng)的靈活性更高，相應(yīng)在出現(xiàn)更新需求時(shí)，直接通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)更新目的。

3 電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 各環(huán)節(jié)應(yīng)用

目前，電力電子技術(shù)在電路系統(tǒng)中基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，可以對(duì)其各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，相應(yīng)體現(xiàn)出以上功效，例如發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)、節(jié)能環(huán)節(jié)等。下文將對(duì)四個(gè)環(huán)節(jié)中電力電子技術(shù)應(yīng)用表現(xiàn)進(jìn)行分析。

1）發(fā)電環(huán)節(jié)

電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用表現(xiàn)有三，即靜止勵(lì)磁、水利和風(fēng)力機(jī)、變頻調(diào)速。①靜止勵(lì)磁：靜止勵(lì)磁是電子電路技術(shù)的應(yīng)用形式之一，具有提升電路系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，應(yīng)用方式上主要采用晶閘管整流方案，該方法面對(duì)現(xiàn)代較普遍的大型發(fā)電機(jī)運(yùn)作由良好應(yīng)用，而面對(duì)小型發(fā)電機(jī)也可以采用相似方法來(lái)產(chǎn)生作用；②水利和風(fēng)力機(jī)：在現(xiàn)代新能源發(fā)電領(lǐng)域中，水能與風(fēng)能是重點(diǎn)關(guān)注的新能源，但以往兩項(xiàng)能源在發(fā)電應(yīng)用中普遍存在控制難度大的問(wèn)題，而通過(guò)電力電子技術(shù)，可以起到優(yōu)化控制難度的作用，即針對(duì)水利發(fā)電，將電力電子技術(shù)應(yīng)用于水頭中可以檢測(cè)其壓力與流量，相應(yīng)計(jì)算出能源發(fā)電的變速恒頻勵(lì)磁狀態(tài)，這一條件下依照變速恒頻勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)，可以始終保持發(fā)電機(jī)的最佳狀態(tài)。針對(duì)風(fēng)能發(fā)電，電力電子技術(shù)可以依照“功率的大小正比于風(fēng)速的三次方”的邏輯對(duì)風(fēng)能獲取進(jìn)行控制，保障風(fēng)能獲取量最大化，同時(shí)還具有提升風(fēng)能-電能轉(zhuǎn)化率的作用；③變頻調(diào)速：除新能源發(fā)電形式以外，現(xiàn)代主要發(fā)電方式還是火力發(fā)電，而火力發(fā)電存在較大能耗，且其中相當(dāng)一部分的能耗均來(lái)源于變頻調(diào)速，但通過(guò)電力電子技術(shù)，可以改變傳統(tǒng)火力發(fā)電變頻調(diào)速運(yùn)行方式，并保障變頻調(diào)速運(yùn)作與實(shí)際需求吻合，實(shí)現(xiàn)能耗最小化[3]。

2）輸電環(huán)節(jié)

輸電環(huán)節(jié)是指電能輸送至用戶的通道，在該環(huán)節(jié)中電能安全是值得重視的問(wèn)題，即輸電過(guò)程當(dāng)中，電力會(huì)因?yàn)槎喾N因素的影響而出現(xiàn)問(wèn)題，如果不能妥善處理，將使得該環(huán)節(jié)安全性降低。針對(duì)這一問(wèn)題，現(xiàn)代電力企業(yè)采用了相應(yīng)的電力輸送安全防護(hù)技術(shù)來(lái)避免影響因素與輸送中的電力能源接觸，且取得了良好的效果，但長(zhǎng)期來(lái)看因?yàn)榘踩雷o(hù)技術(shù)均通過(guò)硬件設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，而硬件設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作下可能會(huì)發(fā)生故障，無(wú)法起到安全防護(hù)效果，此時(shí)可以利用電力電子技術(shù)對(duì)安全防護(hù)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)異常，可以第一時(shí)間進(jìn)行管理。此外，電力電子技術(shù)除了能夠?qū)旊姲踩雷o(hù)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)以外，還實(shí)現(xiàn)了直流輸電技術(shù)、利益能柔性交輸電技術(shù)，兩項(xiàng)技術(shù)中前者具有輸電量大、穩(wěn)定性強(qiáng)的作用，后者可以增強(qiáng)輸電過(guò)程中對(duì)電壓、阻抗、相位的控制力，從根本上對(duì)該環(huán)節(jié)運(yùn)作進(jìn)行了優(yōu)化。

3）配電環(huán)節(jié)

配電環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要強(qiáng)調(diào)供電可靠性與供電質(zhì)量，如果配電環(huán)節(jié)不滿足而其中任意一項(xiàng)指標(biāo)，都會(huì)導(dǎo)致負(fù)面影響的產(chǎn)生。在這一點(diǎn)上，通過(guò)電力電子技術(shù)的控制，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電環(huán)節(jié)中電能傳輸方向、質(zhì)量，獲取其中電壓、速率等數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)人工可以判斷當(dāng)前配電環(huán)節(jié)是否存在瞬態(tài)波動(dòng)、干擾等負(fù)面影響，如果存在則可以及時(shí)處理，由此保障配電質(zhì)量、提升電能供給安全性。

4）節(jié)能環(huán)節(jié)

綜上可見(jiàn)，現(xiàn)代電力能源生產(chǎn)當(dāng)中普遍存在較大的電能消耗，因此就產(chǎn)生了節(jié)能要求，需要通過(guò)相應(yīng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這一條件下，可以將電力電子技術(shù)應(yīng)用于電路系統(tǒng)當(dāng)中（主要應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)內(nèi)）實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)變功能，此功能可以對(duì)電力能源進(jìn)行有效控制，合理控制設(shè)備轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電能消耗最小化。

3.2 控制應(yīng)用

綜上可見(jiàn)，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)中具有良好的控制能效表現(xiàn)，但這并不是全部，下文將對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的其他控制表現(xiàn)進(jìn)行分析，即過(guò)電流保護(hù)裝置控制、有源電力濾波器應(yīng)用、PWM控制技術(shù)應(yīng)用。

1）過(guò)電流保護(hù)裝置控制

過(guò)電流是電路系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)的故障問(wèn)題，具有一定的安全威脅性，針對(duì)這一問(wèn)題傳統(tǒng)電路系統(tǒng)主要采用過(guò)電流保護(hù)裝置來(lái)中斷熔斷器、電流繼電器等設(shè)備，確保問(wèn)題不會(huì)惡化，在通過(guò)人工維修來(lái)解決這一問(wèn)題。但在現(xiàn)代視角下，因?yàn)殡娏υO(shè)備規(guī)格不斷減小，傳統(tǒng)方法不再適用，所以需要通過(guò)電力電子技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷，即通過(guò)電力電子技術(shù)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)去除自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)橋臂互鎖保護(hù)裝置，該裝置首先在適用性上與現(xiàn)代系統(tǒng)吻合，其次在發(fā)生過(guò)電流條件下，其可以依照指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)過(guò)電流特征，將自動(dòng)斷開(kāi)相關(guān)設(shè)備。

2）有源電力濾波器應(yīng)用

有源電力濾波器是電力電子技術(shù)下的硬件設(shè)備之一，其具有分析、檢測(cè)電路諧波數(shù)量和無(wú)功電流的作用。原理上，首先濾波器可以對(duì)電路系統(tǒng)補(bǔ)償元件進(jìn)行檢測(cè)，并分析檢測(cè)結(jié)果，由此可得等分量諧波電流，其次通過(guò)補(bǔ)償裝置、諧波電流對(duì)電流進(jìn)行分量，使得電流分量、被檢測(cè)諧波分量互相抵消，此時(shí)可使運(yùn)行電流變成基波電流，這種電流的穩(wěn)定性良好，不同于諧波電流具有一定干擾性。

3）PWM控制技術(shù)應(yīng)用

PWM控制技術(shù)是一種對(duì)脈沖寬度設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，使電路系統(tǒng)波形進(jìn)行改變的技術(shù)。原理上PWM主要利用面積等效原理，使面積相同、形狀不同的窄脈沖與慣性環(huán)節(jié)接觸，保障所有導(dǎo)出響應(yīng)波的一致性，這一表現(xiàn)代表電力系統(tǒng)穩(wěn)定性得到提升，且在控制中可以采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，無(wú)需過(guò)多操作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)電路系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過(guò)研究了解到：電力電子技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，現(xiàn)已進(jìn)入成熟階段，其各種應(yīng)用形式，可以對(duì)電路系統(tǒng)運(yùn)作進(jìn)行優(yōu)化；分析了電力電子技術(shù)的主要功效，可見(jiàn)該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于電路系統(tǒng)運(yùn)作的重要性；分析了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的應(yīng)用及控制應(yīng)用，闡述該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方式、原理。