电力电子技术在电力系统中的应用

颉风

（包头供电局 内蒙古自治区包头市 014060）

电力电子技术是计算机技术在电力系统中的具体体现，伴随着现代计算机技术、信息化技术的不断创新和发展，电力电子技术在电力系统中的应用越来越深入。电力电子技术的核心是完成电力的互换，通过对电能进行互换和控制，能够提高电力运用的灵活性与便捷性，让电能在社会生产与人们生活中发挥更大的作用。电力电子技术在电力系统中的运用越来越广泛和深入。相关数据显示，在发达国家人们所使用的电能中，有超过58%的电能都是通过电力电子变流设备处理后输送出去的。没有电力电子技术的支持，发展现代化高技术电力系统也就无从谈起。直流电通常应用在距离跨度大、电能庞大的电力传输上，在利用这种方式进行电能输送时，输出端的整流阀以及输入端的逆变阀均装配有晶闸管变流设施。此外，柔性交流输电也要依托于电力电子设施才能够正常运行。当下，电力电子设施在电力系统中有着非常广泛的应用，在推动电力系统不断改进和完善上发挥了重要作用。

1 电力电子技术的发展

从20 世纪50年代中期到70年代末期，电子电力技术以晶闸管为基础获得了大范围的应用。电力电子技术在促进现代电力系统发展上发挥了至关重要的作用，并对传统晶闸管进行了优化与升级，增加了可控硅整流设施，该装置的出现标志着电力电子技术获得了质的飞跃。在此之后，人类对电能的控制以及变换逐步踏入到以电子电力技术为核心的变流器时代[1]。因此，可控硅整流设施的应用预示着电子电力技术的正式问世。

电子电力技术在被发明之后，在电力系统中就有着较为广泛的应用，并在之后经历了三次重大的发展。基于第一代电力电子技术生产的最典型器件就是二极管以及晶闸管，当时的电力电子器件都具有体积小、功耗低的特征[2]。在电子电力技术出现之后，对传统的汞弧整流器产生了巨大冲击，并在极短的时间内完全取代了汞弧整流器，为电力电子技术的未来发展提供了巨大帮助。此外，通过电力二极管的使用，还能够有效强化电路的性能，具体表现为缩小电路对电能的损耗，同时改善电能的利用效率[3]。

随着电子电力技术的不断创新与发展，当下整流二极管的类型丰富多样，能够实现的功能也更加完善和强大。紧接着到20 世纪70年代末期，产生第二代电力电子器件，这一代的电子电力器件在原有功能基础上，实现了自动关断功能[4]。于此同时，相比较于初代的可控性电子电力器件，这一代的器件的开关速度有了质的飞跃，能够满足更多的高频率开关运行电路中。

图1：晶闸管控制电抗器的接线示意图

图2：双极联络线系统原理图

图3：三相PWM 变压器工作示意图

电力电子技术在发展到20 世纪90年代时，出现了第三代电力电气器件，并且随着电力系统的进一步发展和完善，对电子电力器件的结构和造型有了更加严格的要求，使得第三代电力电子器件的体积更加微小，内部结构布局也更加密实。同时在应用需要标准越来越苛刻的背景下，还将不同类型的电力电子器件组合成一个模块，有效提升了电力电子器件运用的灵活性与便捷性。紧接着依托于集成模块，将用于控制电力电子技术的不同电力器件联系起来，使之形成集成电路。伴随着功率集成电路的问世，进一步推动了电力电子技术向高频化、标准化、智能化以及集成化方向迈进[5]。

2 电力电子技术在电力系统中的应用

2.1 静止无功补偿装置

通常情况下，该补偿装置主要实现的功能是强化输电系统的可靠性、提高电能品质以及闪变抑制等。以往交流电网中使用的机械控制效果不理想，不仅控制动作迟缓、不连续，同时精准性也较低，随着灵活交流输电系统技术的运用，有效解决了这样的问题，在改善输电系统的输电效能、潮流控制水平、保障电力系统可靠性与降低系统振荡上发挥了关键性的作用。当下，主流的灵活交流输电装置主要有静止无功补偿器、静止同步补偿器等[6]。

晶闸管控制电抗器是静止无功补偿装置中的一种，该电抗器主要包含了两个晶闸管与一个电抗器，前者并联后与后者串联起来，在调整晶闸管触发延迟角参数后，就能够得到不同的电流值，从而实现对电抗器基波无功功率的无极变更[7]。如图1 所示为晶闸管控制电抗器的接线示意图。

和静止无功补偿器相比较，静止同步补偿器拥有更加优秀的调节速度、运行范围更广泛，同时在引入多电平与PWM 技术等手段之后，能够显著降低补偿电流中的谐波占比率。能够取得这样的效果，主要是由于在电网上并联了一个自换相桥式电路，对相桥式电路中的电压相位以及幅值进行更改，就能够控制无功电流的收发量，从而进行动态无功补偿。

2.2 高压直流输电技术

高压直流输电是指将发电厂产生的交流电，利用换流器转变为直流电，之后依托于输电线缆将直流电传输到目的地，紧接着将直流电变换为交流电，输送给各个用户。通过高压直流输电进行电力传输具有非常大的优势，不仅能够提高电能传输的功率，同时也能够有效降低线路建造成本，还可以加强对电能传输的控制，因此，高压直流输电能够很好的满足现阶段高电压大流量、远距离输电以及异步联网的需求。相比较于交流输电线路，直流输电线路不仅拥有消耗费用少、电能损耗率低的优势，在电能输送过程中还具有很好的稳定性，能够进行额定频率不相等电网的相互连接，一方面能够进行地表以下以及海底电缆输电，另一方面也可以很好的控制潮流，还可以实现输电设施的分级分期构建，也能够为后期的增容扩建提供支持。

根据直流联络线方式的不同，可以将直流输电工程划分为四个方面，即单级、双极与同级联络线、背对背直流输电模式。如图2所示为双极联络线系统原理图。

2.3 有源电力滤波器

有源电力滤波器是依托于瞬时无功功率理论实现的，该滤波器的主要工作途径分为以下几步[8]：

（1）在补偿目标中寻找出谐波电流等分量；

（2）根据获得的分量属性，补偿设施会产生一个与该分量数值相同、极性不同的补偿分量；

（3）利用产生的分量将谐波电流中的分量中和掉，使得导入到电网中的电流仅仅涵盖基波分量。

有源电力滤波器在实际应用过程中具有较大优势，一方面能够产生很好的动态响应速度，另一方面所具备的补偿功能灵活多变，同时补偿特性还不会被电网阻抗所限制，在抑制谐波方面发挥了重要的作用。事实上，有源电力滤波器涵盖了两个部分，分别是指令电流运算电路以及补偿电流发生电路。其中，指令电流运算电路主要功能是寻找出补偿目标中的谐波电路等分量；补偿电路发生电路是依照获得的分量值，发出与此相对应的补偿电流。

有源电力滤波器的电路类型通常选择PWM 变流器，以图3 所示为三相PWM 变压器工作示意图。

3 结语

综上所述，通过电力电子技术的运用，有效推动了我国电力系统的快速发展。在现代计算机技术与电力技术迅猛发展的背景下，电力电子技术也在各种新技术支持下获得了更好的发展。但是，当下电力电子技术在实际运用过程中，其稳定性依旧无法满足设计需求，这也是今后电力电子技术创新要重点解决的问题，保障电力系统的高效、稳定运行。