浅谈电力电子技术在电力系统中的应用

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  【摘 要】 电力电子器件及电力电子技术在现代电网的发展中发挥着非常重要的作用。从电力电网的发展史来看,几乎都是以电力电子器件的发展过程作为基础。到了现在,随着计算机技术、单片机技术以及新材料、新器件的发现,电力电子技术也得到了长足的发展,计算机技术的进步和广泛应用为现代控制技术的广泛应用提供了有力的广阔的空间和有力的后盾支持。
  【关键词】 电力电子;电力系统;技术应用
  电力电子技术是一门系统综合化的现代化技术,主要包括半导体技术、计算机技术、自动化技术。电力电子技术经过多年的发展和跨领域结合已经广泛应用于不同领域,其中结合了微型计算机控制技术和自动化控制技术的电力技术已经取得了显著成就。伴随着新技术和新工艺的不断涌现,电力电子技术将会在电力系统中取得“史无前例”的成就。电力电子技术是在半导体技术上发展而来的,电力电子技术的出现为连接强弱电构建了一座稳健的桥梁。经过近半个世纪的发展和进步,电力电子技术应经广泛应用在人们日常生活中。
  一、电力电子技术的应用对于电力系统的重要意义
  电力电子技术和计算机技术以及自动化控制技术密不可分,电力电子技术的应用能够提高电力系统的效率,增强控制电力系统自我控制的能力,提高电力系统的服务质量。电力电子技术应用于电力系统主要意义在于以下几个方面:
  (1)提高电力系统自动智能化程度。电力电子设备的应用为电力电子技术的发展提供了崭新的契机,同时加快了电力系统自动智能化步伐。特别是模糊控制和智能化控制的发展为电力电子设备的发展提供了足够的助力。
  (2)提高经济效益和社会效益。电力电子技术的发展能够提高设备和系统的工作效率和能源转化效率。此外,还能够有效降低财力和物力的支出,缩短运行周期,同时还能够提供更为放心的电力资源,赢得良好的社会效益。
  (3)完善产业结构和管理形式。电力电子系统的影响并不只是存在于技术层面,而且对电力企业的产业形式也产生了重大影响。电力电子技术使得电力产业成为新型产业,提高企业整体的完善性。
  二、電力电子技术在电网中应用状况
  电力电子技术作为电工技术中的新技术,是强电技术和弱电技术的配合,在国民经济中起着十分重要的作用,对于可预见到的未来输电系统将出现的发生革命性改变,会产生非常巨大的影响。就现而言,电力电子技术的应用领域涉及到的环节包括如下:电能的生产环节、电能的输配送环节、电能的存储等等。其中在发电系统方面:电力电子技术在这个环节的应用以改善发电机等多种设备的运行特性为主、加以进行系统的功率条节。主要表现在,大型发电机的静止励磁控制,水力、风力发电机的变速恒频励磁,发电厂风机水泵的变频调速。由于晶闸管整流的原理在自并励静止励磁中结构较为简单,具有可靠地性能、价格低等优点,导致它可以在电力系统中成长。而在水力、风力发电机的控制方面,应用变频电源来调整转子励磁电流的频率,从而调整水力、风力发电的最大有效功率,在一定的稳定范围内得到了保持,甚至消灭风速的不同变化所引起的频差。由于火电厂耗电量中电泵的耗电量很大,几乎占到了用电总和的65%,加之效率低下,这种效率问题可以被变频调速解决。但是目前能生产高压大容量变频器的企业不多,能够精确应用的更不多。对于新能源中的太阳能发电控制系统,太阳能电池阵列直流电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功能的逆变器,不同的国家地区的规格制度不同,我国采用的是10~15kW的独立系统。
  三、电力电子技术在电力系统中的具体应用
  电力电子技术在电力系统中的应用范围极为广泛,按照电力系统的工作过程,电力电子技术的应用可以分为四个方面的应用。电力电子技术能够提高企业服务质量,降低经济成本,提高经济效率和能源利用率。
  1、电力电子技术在电力系统发电阶段的应用
  电力电子技术在电力系统发电阶段的应用应该以系统运行的安全性和可靠性为根本目标,以提高发电效率为计算关键,提高科学管理的控制力度。电力电子磁技术、变频调速技术、太阳能技术和直流调速技术都为电力系统发电提供了理论和技术方面的支持。
  2、电力电子技术在电力系统输电阶段的应用
  电力电子技术在电力系统输电阶段的应用主要表现在两个方面:HDVC(HVDC传输系统是一个将AC转换为DC进行长距离、高电压大容量传输的系统技术的应用和柔性交流输电技术的应用)。其中HDVC技术又可以分为两方面技术:常规HDVC技术和HDVCLight技术。这种输电技术最大的优势是能够实现远距离输电,而且对环境要求较低,能够实现大容量可靠性较高而且极为灵活的电力输送。此外,此种电力电子技术还能够有效降低系统停止运行的可能性。柔性交流输电技术又叫做FACTS技术,是发展最为迅速的电力电子技术,而且能够最大限度的实现和控制技术的无缝结合。此外,柔性交流输电技术可以实现对电力系统大部分参数的控制,比如电压功率和电流等参数,有效提高输电状况,降低电能在输电线路中的损耗,提高系统整体稳定性和可靠性以及安全性[3]。
  四、电力电子技术在电力系统中的应用
  1、电力系统配电阶段的应用
  电力电子技术在电力系统配电阶段的应用主要是为了提高供配电的可靠性,最终达到提高供电质量的目的。电力电子的特点就是实现弱电对强电的控制,实现对电压电流和功率的精确控制,杜绝谐波干扰。电力电子技术的工作原理和柔性交流输电技术相同,不但能够兼容性各种电力标准,而且配电性能和效果大大提高。电力电子技术在配电阶段的应用最为广泛[3],而且发展前景更为广阔。
  2、电力系统绿色节能方面的应用
  变频调速的出现使得交流调速发展到了新的阶段,传统调速难以避免的会有功率损耗,但是变频调速实现了无功损耗的调速。电力电子技术通过变频调速可以极为有效的提高电机自动化控制的效率。据不完全统计,变频调速不仅具有精确的调速能力,而且具有节能效果,节能效率可以达到30%。无功损耗是电力电子一个优势,使得电力设备运行在一个更为平稳的工作状态下,避免系统崩溃现象产生,同时保证供电可靠性。
  3、在电力系统中的发展方向
  电力电子技术在电力系统具有广阔的发展前景,电力电子技术必须和能源相互结合起来,实现“科学”的发展,并且结合太阳能,风能等自然能源,提高我国能源利用率。电力电子技术节能应该和我国能源节约相互结合起来,实现综合化管理。电力电子技术应该向机电一体化方向发展,形成覆盖全国的电力电子技术体系,为电力系统的发展打下坚实的基础。
  五、结束语
  随着人类对客观事物的认识在发展,技术在不断进步,材料也在进步。作为电力系统通信中最富特色的电力电子器件,也在不断发展和完善,新的电力电子技术也不断出现在我们的面前;同时,电力系统对电力电子技术的需求也趋向多元化、高标准化。可以预见,在未来相当长一段时间内,电力电子技术将在电力系统中大规模的改进使用。我们也完全可以相信,电力电子技术会有着更加辉煌的明天,在电力系统中将继续承担着重任。
  参考文献:
  [1]赵涛,张丽华,徐开芸,高金凤.PSpice在电力电子技术教学改革实践中的应用[J].电力系统及其自动化学报,2009(3):11~12.
  [2]周文龙.关于电力电子技术在电力系统中应用的发展趋势及探究[J].城市建设,2012(14):110~111.
  [3]闫涛,惠东,许守平,王杨.基于电力电子模块技术的电力储能接入系统研究[J].河北电力技术,2009:31~33.
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