电力电子技术在电力系统中的应用探讨
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吴大江1由 分享
摘要 近年来，不断进步的计算机技术为现代控制技术在实际生产、生活中提供了强有力的技术支持，新的材料和结构器件又促进了电力电子技术的飞速发展，且在各行业中得到广泛的应用。本文就电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用进行了详细的阐述。
关键词 电力电子技术；电力系统；应用
中图分类号TM1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）38-0147-02。
以功率半导体器件、电路技术、计算机技术和现代控制技术为支撑依据的电力电子技术经过半个世纪的发展，目前在新能源开发、电能质量控制和民用产品等多个行业应用越来越广泛。直流输电是最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术。20世纪80年代之后，提出了柔性交流输电（FACTS）概念，于是电力电子技术在电力系统中的应用研究引起的很大的关注，许多介绍和总结相关设备的基本原理和应用现状层出不穷，相继又出
现了多种设备。笔者按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
1 在发电环节中的应用
发电机组的多种设备在电力系统的发电环节都会被涉及到，如何改善这些设备的运行特性就需要电力电子技术参与应用。
1.1 大型发电机的静止励磁控制
静止励磁结构简单、可靠性高以及造价相对较低 ，采用晶闸管整流自并励方式，在世界的各大电力系统被广泛采用。省去励磁机这个中间惯性环节，使其拥有了特有的快速性调节。这样使得控制规律的方法和更加先进，效果更加良好。
1.2 水力、风力发电机的变速恒频励磁
水头压力和流量决定了水力发电的有效功率，抽水蓄能机组最佳转速变会随着水头的变化幅度而变化。风速的三次方与风力发电的有效功率成正比，随风速的变化，风车捕捉最大风能的转速也发生变化。所以机组变速运行，即调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定，从而获得最大有效功率。变频电源是此项应用的技术核心。
1.3 发电厂风机水泵的变频调速
发电厂的厂用电率平均8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的65%，不仅耗量大且运行效率低，为了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定 的水平，国内外的生产厂家也比较多，只是系列产品还不够完整。但是高压大容量变频器设计和生产的企业还是比较少，需要院校和企业抓紧联合开发，以满足生产需求。
2 在输电环节中的应用
被称为“硅片引起的第二次革命”就是电力电子器件应用于高压输电系统，这样使得电力网的稳定运行特性大幅度的改善。
2.1 直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDC Light）技术
流输电相对远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电优势独特，因为其不仅输电容量大、稳定性好等优点而且控制调节非常灵活，从。1970年世界上第一项晶闸管换流器之后，世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，这也是电力电子技术正式应用于直流输电的里程碑。
2.2 柔性交流输电（FACTS）技术
20世纪80年代后期，FACTS技术的概念问世，这是项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可以灵活控制交流输电功率潮流，使得电力系统的稳定水平大大的提高。
20世纪90年代后，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其设备结构简单，控制方便，成本较低，所以应用较早。
2.3 在配电环节中的应用
如何加强供电可靠性和提高电能质量是配电系统迫切需要解决的问题，电能质量控制既要抑制各种瞬态的波动和干扰，还要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术就是用户电力（Custom Power）技术或称DFACTS技术，它是电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用。其实FACTS设备的缩小版就是DFACTS设备，因为其原理、结构、功能是相似。由于市场较大的需求，所以使用会日益的广泛，再加上电力电子器件价格日益降低，可以预计DFACTS设备产品将迅速进入快速发展期。
3 在节能环节的运用
3.1 变负荷电动机调速运行
要想在节能环节有所成就，就必须从电动机本身和变负荷电动机的调速技术的应用两方面入手，只有二者结合起来，电动机的节能才能达到良好的效果。
目前，变负荷的风机、水泵采用交流调速在国外居多，在我国还需要进一步推广应用。风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量收到良好的效果，其调速范围广，精度高，效率高，可以实现连续无级调速且在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，可以达到30% 的节电率，缺点就是成本较高，产生高次谐波污染电网，即使这样，并不影响其在在冶金、矿山等部门及社会生活中应用推广。阀门控制和变频控制水泵流量如图1、图2所示。
3.2 减少无功损耗，提高功率因数
在电气设备中，属于感性负载的变压器和交流异步电动机，在运行的过程中是有功功率和无功功率均消耗的设备，作为保证电能质量不可缺少的部分无功电源与有功电源是一样的，所以在电力系统中应保持无功平衡，不然就会系统电压降低、功率因数下降、设备遭到破坏 ，严重时还会造成大面积的停电事故，为防止这样的事情发生，当电力网或电气设备无功容量不足时，增装无功补偿设备，提高设备功率因数势在必行。
4 结论
总之，电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域，只有不断的加大已有研究成果的技术应用和运行投入，不断改善经济可行性，才能大幅度提高电力系统的稳定水平，产生巨大效益。
参考文献
[1]郑锦彪.浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与研究[J].黑龙江科技信息，2007(5).
[2]张建诚，陈志业，梁志瑞.现代电力电子技术在电力系统中的应用[J].电力情报，1999(3).
[3]陈贤明，许和平，戴军.电力电子技术在电力系统中的应用[J].水电厂自动化，1996(2).
关键词 电力电子技术；电力系统；应用
中图分类号TM1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）38-0147-02。
以功率半导体器件、电路技术、计算机技术和现代控制技术为支撑依据的电力电子技术经过半个世纪的发展，目前在新能源开发、电能质量控制和民用产品等多个行业应用越来越广泛。直流输电是最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术。20世纪80年代之后，提出了柔性交流输电（FACTS）概念，于是电力电子技术在电力系统中的应用研究引起的很大的关注，许多介绍和总结相关设备的基本原理和应用现状层出不穷，相继又出
现了多种设备。笔者按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
1 在发电环节中的应用
发电机组的多种设备在电力系统的发电环节都会被涉及到，如何改善这些设备的运行特性就需要电力电子技术参与应用。
1.1 大型发电机的静止励磁控制
静止励磁结构简单、可靠性高以及造价相对较低 ，采用晶闸管整流自并励方式，在世界的各大电力系统被广泛采用。省去励磁机这个中间惯性环节，使其拥有了特有的快速性调节。这样使得控制规律的方法和更加先进，效果更加良好。
1.2 水力、风力发电机的变速恒频励磁
水头压力和流量决定了水力发电的有效功率，抽水蓄能机组最佳转速变会随着水头的变化幅度而变化。风速的三次方与风力发电的有效功率成正比，随风速的变化，风车捕捉最大风能的转速也发生变化。所以机组变速运行，即调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定，从而获得最大有效功率。变频电源是此项应用的技术核心。
1.3 发电厂风机水泵的变频调速
发电厂的厂用电率平均8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的65%，不仅耗量大且运行效率低，为了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定 的水平，国内外的生产厂家也比较多，只是系列产品还不够完整。但是高压大容量变频器设计和生产的企业还是比较少，需要院校和企业抓紧联合开发，以满足生产需求。
2 在输电环节中的应用
被称为“硅片引起的第二次革命”就是电力电子器件应用于高压输电系统，这样使得电力网的稳定运行特性大幅度的改善。
2.1 直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDC Light）技术
流输电相对远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电优势独特，因为其不仅输电容量大、稳定性好等优点而且控制调节非常灵活，从。1970年世界上第一项晶闸管换流器之后，世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，这也是电力电子技术正式应用于直流输电的里程碑。
2.2 柔性交流输电（FACTS）技术
20世纪80年代后期，FACTS技术的概念问世，这是项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可以灵活控制交流输电功率潮流，使得电力系统的稳定水平大大的提高。
20世纪90年代后，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其设备结构简单，控制方便，成本较低，所以应用较早。
2.3 在配电环节中的应用
如何加强供电可靠性和提高电能质量是配电系统迫切需要解决的问题，电能质量控制既要抑制各种瞬态的波动和干扰，还要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术就是用户电力（Custom Power）技术或称DFACTS技术，它是电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用。其实FACTS设备的缩小版就是DFACTS设备，因为其原理、结构、功能是相似。由于市场较大的需求，所以使用会日益的广泛，再加上电力电子器件价格日益降低，可以预计DFACTS设备产品将迅速进入快速发展期。
3 在节能环节的运用
3.1 变负荷电动机调速运行
要想在节能环节有所成就，就必须从电动机本身和变负荷电动机的调速技术的应用两方面入手，只有二者结合起来，电动机的节能才能达到良好的效果。
目前，变负荷的风机、水泵采用交流调速在国外居多，在我国还需要进一步推广应用。风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量收到良好的效果，其调速范围广，精度高，效率高，可以实现连续无级调速且在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，可以达到30% 的节电率，缺点就是成本较高，产生高次谐波污染电网，即使这样，并不影响其在在冶金、矿山等部门及社会生活中应用推广。阀门控制和变频控制水泵流量如图1、图2所示。
3.2 减少无功损耗，提高功率因数
在电气设备中，属于感性负载的变压器和交流异步电动机，在运行的过程中是有功功率和无功功率均消耗的设备，作为保证电能质量不可缺少的部分无功电源与有功电源是一样的，所以在电力系统中应保持无功平衡，不然就会系统电压降低、功率因数下降、设备遭到破坏 ，严重时还会造成大面积的停电事故，为防止这样的事情发生，当电力网或电气设备无功容量不足时，增装无功补偿设备，提高设备功率因数势在必行。
4 结论
总之，电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域，只有不断的加大已有研究成果的技术应用和运行投入，不断改善经济可行性，才能大幅度提高电力系统的稳定水平，产生巨大效益。
参考文献
[1]郑锦彪.浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与研究[J].黑龙江科技信息，2007(5).
[2]张建诚，陈志业，梁志瑞.现代电力电子技术在电力系统中的应用[J].电力情报，1999(3).
[3]陈贤明，许和平，戴军.电力电子技术在电力系统中的应用[J].水电厂自动化，1996(2).