电力电子技术在电力系统中的应用

刘建东

(江苏省靖江中等专业学校,江苏靖江214500)

电力电子技术在电力系统中的应用

刘建东

(江苏省靖江中等专业学校,江苏靖江214500)

信息时代的大背景下，计算机应用的范围不断扩展，在电力系统中，电力电子技术的不断升级与更新，也让电力系统的技术日新月异。技术的更新促进了电力系统对于电力电子技术应用情况的关注，本文浅谈当下电力电子技术在电力系统中的应用情况。

电力电子技术；电子系统；应用

前言

电力系统是社会发展与经济平稳运行的基础，电力系统的技术革新不仅意味着电力服务的提升，同时也代表着能源的进一步优化与利用率的提高。当下，电力电子技术在电力系统中的应用已经成为了推进电力系统发展的主要力量。从我国情况来说，电力系统通信网络可以排得上当下专用通信网规模第一，且发展完善的网络，在此基础上成形的电信网络也就代表了当下电力电子技术在电力系统中应用的范本。由此可知，电力电子技术的在电力系统的应用前景与发展情况直接决定了电力系统的未来。

1、综述电力电子技术在电力系统中的发展历史

第一只晶闸管是上世纪50年代末期问世的，以此为出发点，电力电子技术的发展逐渐加快。从传统的电能变换与控制入手，从旋转变流机组和静止离子变流器进入了各类电力电子器件所构建成的变流器时代。从电力二极管与晶闸管(SCR)代表的第一代电力电子器件，到组合若干个电力电子器件加以辅助元件构成的模块形成的第二代电力电子器件，再到集成了驱动、控制、保护与功率器件的功率集成电路（PIC）的第三代电力电子器件。40多年来，电力电子技术的发展一直是所有国家高科技竞争领域的最激烈区域，电力电子技术的发展决定了国家电力系统的可靠性与稳定性，也就决定了国家发展与社会发展的当下与未来。

2、电力电子技术在电力系统中的应用

隶属于电工技术的分支，电力电子技术包括了强电技术与弱电技术两方面。作为影响社会发展与工业基础的技术，电力电子技术在国民经济中的巨大影响力不需多言，从总体上来分，电力电子技术在电力系统中的应用可归纳为：电能生产环节上的应用，电能输配环节上的应用、电能存储环节上的应用和电力通讯上的应用。可以说，电力电子技术在电力系统中的应用是贯彻其整个系统的。

2.1 电力电子技术在电力系统生产环节中的应用

从发电系统上来说，电力电子技术的应用主要集中在对发电机等设备进行的技术革新。通过对大型发电子的运行特性进行分析与技术攻关，电力电子技术已经可以做到对其进行静止励磁控制。而在水力发电机与风力发电机方面，则可以做到变速恒频励磁。特别是对发电机风机水泵的变频调速的技术应用，有效地提升了发电效率与稳定性。详细来说，对于发电环节的机组励磁控制与变频调速，改变了过去需要依靠励磁机才能完成这一控制的状况，简化了设备流程，应用静止励磁对发电机组实现了快速高效调节。而晶闸管整流在自并励静止励磁中的应用，有着结构简单，性能稳定，可靠且造价低廉的优势。这些技术在电力系统发电环节的应用，有力地推进了技术的升级改造，提高了发电效率与系统运行稳定性，降低了发电成本。

在水力发电与风力发电方面，变频电源的应用主要是作用于转子，通过调整转子来达到调节励磁电流频率，进而实现动态调整水力风力发电最大功率的目的。保证最大功率始终处于稳定有效范围，并能实现消除风速变化带来的频差。而对于水力发电过程中，水源头压力不同而造成的差异，单位时间内水力流动速度带来的影响，都会直接影响水力发电机组的发电状态与效率。可以说，变频电源的应用完美地解决了以上问题，是电力电子技术在电力发电系统中应用的优质案例。而在火电厂，发电环节中风机水泵耗电量直接影响了其发电效率。经统计，火电厂的风机水泵耗电量占去了厂用电的65%。变频调速则直接解决了这个问题，它通过调整发动机组转动时的励磁频率，实现发电机组电流频率同转速的目标，也就实现了发电机组时刻处于最大功效运作的目标。目前来说，能够生产出高压大容量变频器的企业还在少数，但可以预见，在不久的将来，这将成为电力系统的必然技术设备配备。而由此带来的发电效率与运行状态优化也将进一步提升电力系统发电环节的质量。

基于此，在高压电与低压电转换的过程中，电力电子技术的应用主要体现在使用风机水泵变频机替代原有变频器。从应用来说，目前这一技术还属于初步应用阶段，但其应用前景与未来价值非常吸引人。太阳能发电控制机组也成为了电力生产环节的一个发展方向，在太阳能发电机组工作时，由于发电机组自身所需要的电力相对较多，这部分损耗直接拉低了发电机组的工作效率。这也就意味着，太阳能发电机组在进行电能转换时，大功率的电流转换器自身运转所需要的电能已经影响到了其电力生产效率。目前电力电子技术在这方面主要是把太阳能电池阵列直流电转换为交流电，通过配备最大功率跟踪功能的逆变器，来实现降低太阳能发电机组自身电能损耗的目的。考虑到不同国家与地区的实际情况，电力电子技术在这方面的应用所采用的规格与标准也不同，目前我国是选用10-15W独立系统。

2.2 电力电子技术在电力系统输配环节中的应用

就当下来说，电力电子技术在电力系统输配环节中的应用主要是：柔性交流电技术、高压直流电技术与静止无功补偿器的应用上。

2.2.1 柔性交流输电技术

通过电力电子技术与控制技术的两相结合，对电力系统输配过程中的电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的不间断调节控制技术即为柔性交流输电技术。这一技术的主要作用在于大幅度降低在电能输送过程中的损耗，众所周知，解决了电能输送过程中的大量损耗，直接就能提升电能应用的效率。再加上柔性交流输电技术还能提高系统的输电稳定性，这一技术也成为了电力电子技术在电力系统中应用的范例。

2.2.2 高压直流输电技术

这一技术属于最近关注度非常高的电力电子应用技术。其主要的作用在于，使用该技术后，在同等技术条件下，输送电能的损耗远低于交流所造成的损耗。从技术层面上分析，这是由于直流的状态下，电流稳定，没有变化，也就没有了相应的电抗压降，整个输送过程中的整体压降也就小了。在实际应用上，通过对直流输电线路首尾两端接入大功率的晶闸管、半控型器件相控整流和有源逆变器这三种设备都是以三相全控桥电路作为基本工作单元。这一安装设计也就形成了一个三相桥变换器串并联组合成的复合结构变换器，在此之下，众多晶闸管串联后组成了每个三相桥变换器中的三相上下桥臂。这一技术投资低，且运行稳定性非常高，甚至完全不需要考虑是否稳定这一问题，所以这一技术的应用前景非常广阔。

2.3 电力电子技术在电力系统中电信通讯方面的应用

目前所通用的电力通信技术可分为：微波电力通信技术、无线扩频电力通信技术、电力载波电力通信技术与光纤通信技术。总体来说，电力通信承接了语音、数据、宽带、办公自动化与IP等电信服务，同时还决定了是否能保护自动装置、保障设备运行安全与是否能提供完成电力市场化的所有需要数据。可以说，电信通讯方面的应用水平，决定了电力系统的自动化程度，也属于电力电子技术在电力系统中应用的重要部分。目前来说，要想实现更好的电力系统自动化，面对越来越复杂的管网与通讯安全要求，电力电子技术在电力通信方面需要达到稳定可靠与高效的服务要求。从整体性能上相比，只有现代光纤技术可以满足以上要求，并能有效带领电力系统向数字化技术转变。基于此，电力电子技术在光缆与SDH传统上的通信设备技术革新与升级意义非凡。

众所周知，电力系统分为生产电、输送电、分配电与消费电四大块。电网本身的民生服务性质，造成了电网网络覆盖大江南北各个角落。电力网络的复杂与全面覆盖性，让其成为了重要的网络运输载体，从上世纪七八十年代开始，电力特种光缆就已出现。这种光电复合式光缆最初只是在电力杆塔上作为传输信号的载体，但人们发现这类光缆安全性大，难以被破坏，同时运行稳定，可直接在当前的电力系统杆塔上进行安装，施工成本低。自此以后，逐渐发展出光纤通讯。

发展到今天，目前特种光纤主要是应用的OPGW与ADSS技术，借力于电力系统本身的线路，实现了频率资源、路由协调、电磁兼容等方面的优化，有着强大的应用优势。如对于OPGW而言，在超过110kV档距较大（250M以上）的高压线路上非常适用，外层应用铠包装，不会受高压电蚀与降解影响，维护操作简易，机械强度高。但考虑到OPGW光纤在安装时必须全线停电，所以不能在原有的线路上直接加装，而应在电路规划设计时，就直接一次性到位。当然，OPGW也有其短板，如使用过程中无法适应过大的电路，否则容易短路，越大的电流条件下，OPGW用的良导体铠装越多，由此带来的成本直接约束了其应用范围。

ADSS光缆为介质自承光缆，其应用主要集中在在220kV、110kV、35kV电压等级线路上。与特种光纤相比，ADSS可以有效地满足电力输电，垂度小的要求。一般来说，标准配置下的ADSS光缆有144芯。其主要性能特点在于其内光纤张力从理论上来说为0，这也就意味着丝毫不能有拉扯。同时ADSS不具备导电特性，所以可以在线路完成后进行后期加装，不需要断电。作为一种玻璃丝材质的光缆，其伸缩率可适应的温差范围很大，哪怕是在极限温度下，依然具有非常优越的光学特性。直径小，质量小，耐电蚀的ADSS光缆可以有效降低高压感应电场对于光缆的电腐蚀作用，使用寿命长。由于其质量小，其所受到的冰与风的作用力也小，对杆塔的影响力也相应更小。在实际应用中，ADSS所具备的新型材料与外形设计，使其光滑阻力小的特点更为突显，空气动力特性更为优越，是构建电力通讯系统中的重要部分。

3、结束语

综上所述，电力系统在生产电，输送电，配置电与消费电的过程中，电力电子技术功不可没。越来越发达的电力系统对于电力电子技术的要求也越来越高，两相促进下，电力电子技术的发展将越来越快。在可预见的将来，电力电子技术必然成为促进电力系统升级换代的关键技术，电力系统也将在电力电子技术的支撑下，更为高效，更为可靠地担当起为经济与社会发展保驾护航的重任。

[1]姜建国.乔树通.郜登科.电力电子装置在电力系统中的应用[J].电力系统自动化.2014（03）.

[2]余红.电力电子技术在电力系统中的应用[J].煤炭技术.2012（10）.

[3]李伟，林丽，向超.电力电子技术在电力系统中应用[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015（03）.

（编辑 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

刘建东(1970-)，男，江苏省靖江市，毕业于江苏广播电视大学，本科，实验师。研究方向：应用电子技术的理论和实践教学的改进，计算机硬件维修，电力电子技术的应用等。