电力电子技术在电力系统中的应用及发展

2021-03-26蒋羽鹏

电子元器件与信息技术 2021年2期

关键词：晶闸管微网电能

蒋羽鹏

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南昆明 650200）

0 引言

将电力电子技术应用到电力系统之中，不仅能够对电能进行控制和变化，而且还能对电量进行有效调节，甚至获取最大化的经济利益，因此，需要对电力系统中应用电力电子技术进行详细的研究。本文从以下方面对其进行详细的阐述。

1 电力电子技术的发展

1.1 电力电子技术的产生

在上个世纪中期，晶闸管的诞生，为电力电子技术的产生提供基础。从电力电子技术的角度切入，电力系统中的传动技术以电力电子技术为主，并在电力电子技术和晶闸管的混合作用下，导致可控硅整流装置被有效产生，表明电力系统传动技术发生巨大的变革，即由电能变换控制向变流器方向转变。

1.2 电力电子器件的发展

电力电子技术具有举足轻重的地位，对一代电力电子器件来讲，主要代表为晶闸管和电力二极管，该时期的器件特点以体积相对较小、耗能较低等为主。当电力电子技术被产生之后，由于其优势相对明显，从而传统设备被淘汰，电力电子的推广得到重要的基础保障。整流二极管的种类不断增加，第二代电力电子器件的主要特点为自动关断能力，能够使开关速度得到大幅度的提升，并且可以在高频率开关电路中进行应用[1]。而第三代电力电子器件的出现，在原有的基础之上，将体积进行缩小，结构的紧密度更高。同时，电子模块也随之产生，电力器件发展和应用的便利性得到大幅度提升，并为后续集成电路的形成提供重要支撑，从而使电力电子技术向智能化方向进行转变。综上可知，目前对电力电子技术而言，不断向高频处理问题方向进行转变，在节能环保方面具有更突出的优势[2]。

2 电力系统中电力电子技术的重要性

在传统技术的基础上，对技术进行有效的整合，重要性越来越凸显。重要性主要体现在以下方面：第一，电力电子技术能够对电力系统的资源进行合理利用和配置，从而使电能的使用具有明显的优化性；第二，通过对电力电子技术进行有效改造，机电一体化的目标能够有效实现，从而保障了电力系统的良好运行性。同时，在电力电子技术的基础上，机电设备箱高频和变频方向进行转变；第三，由于电力电子技术的发展和改进，电力系统向智能化方向进行转变[3]。

3 电力电子技术在电力系统中的应用

3.1 在输电环节中应用电力电子技术

对电力电子技术进行应用时具体的切入角度为：第一，直流以及轻型直流输电技术，对两者而言，电力电子技术优势都体现在输电量大、稳定性强等方面，这些特点在某些应用场景中具有显著的优势，如通过电缆完成在海底内的输电。对直流输电而言，应用技术以晶闸管触发技术为主，随着光触发晶闸管的应用，光电转换的触发电路板得到省略，直流输电中能够有效应用电力电子技术；第二，柔性交流输电技术，当被有效应用之后，可以使有效控制输电系统的电压和功率等目的得以实现，即全面控制电网，以此来完成输电线路运输能力明显提高的任务，电力系统在灵活性以及稳定性方面的优势都相对明显，电力传输的成本得到明显降低[4]。

3.2 在发电环节中应用电力电子技术

将电力电子技术引入到发电环节之中，具体如下：第一，大型发电机的静止励磁控制，励磁系统是发电机组的主要设备之一，能够对励磁进行合理化的调节，对电力系统来讲，主要对晶闸管进行应用，该晶闸管利用整流自并励的方式来对静止励磁进行控制。另外，电力电子技术能够对励磁机的中间惯性环节进行省略，这样不仅能够增快调节速度，还能够增强控制的效果；第二，水力、风力发电机的变速恒频励磁，对水头压力和流量来讲，能够直接影响水利发电的有效功率，随着水头幅度的改变，机组转速也会出现相应的改变。从风力发电角度来说，风速能够对有效功率产生直接的影响，当输出频率恒定的时候，就能够对最大有效功率进行获得；第三，太阳能发电，又称为光伏发电，输出的电力以直流电为主，但是电压相对较低，需要对电力电子中的BOOST电力进行应用，起到一定的升压效果，之后，对逆变电路进行有效因公，可以转化成交流电。另外，可以对微机进行有效利用，能够对电网相位的变化进行有效跟踪，这样不仅能够对输出电流的大小进行有效调整，还可以对电网的波动进行有效降低[5]。

3.3 在配电环节中应用电力电子技术

对配电系统来讲，其面临的难题为供电的稳定可靠性以及电能的质量。良好电能指的是能够对电压、频率等要求进行有效满足，并且能够有效抑制瞬时波动和干扰。在配电环节中应用电力电子技术，以电能质量控制技术为主，因为电力电子元器件的价格不断降低，技术开发投入和生产成本也随之降低，但具有较大的潜在市场，能够进行快速发展。

3.4 微网并网

由于电力电子技术的迅猛发展，使得微网应运而生。从相关规定中可知，国网需要对微网输送的电力进行接收，并进行一定的经济补偿。随着微网的出现，逆变器的研究也随之不断加深，在未来微网能够对配电网的组织形式进行改变。微网并网逆变器完成分布式电源并网工作时，具有重要的地位和作用，能够使分布式电源并网实现的可能性大幅度增加。因此，对逆变器技术也提出更高的要求。从未来的角度来对微网并网逆变技术发展情境进行分析，能够对控制方法进行有效整合，多算法符合控制得以实现，并且，将能量输送到公共电网的时候，电网无功补偿和谐波的有效清除等工作得以完成[6]。

3.5 在节能环节中应用电力电子技术

在节能环节中应用电力电子技术，电能的利用率得到明显提升，并有效调控变负荷电动机。当电场生产电能的时，由于发电能源发生一定的变化，相关的模块无法进行有效配合，从而无功功率浪费现象屡见不鲜。在对变负荷电动机的运行速率进行合理化的调控，这样可以使电力电子技术更好的应用于生产中，并在生产的电能得到有效的提升，以此来提高电力系统运行质量的目的得以实现。当下，由于电力电子技术的实际应用时间相对较短，所以需要进行不断的研究和完善。另外，变负荷电动机的使用成本非常高，并对电网运行效率产生明显的影响，因此，当前只能在大规模电场中进行有效应用。

4 电力电子技术在电力系统中的未来应用前景

4.1 变压器的改革

当前，我国的变压器以工频变压器为主，工频变压器的特点为效率相对较低、体积较大、专人进行检修等。对电力电子技术来讲，主要对高频变压器进行应用，该变压器的特点以效率相对较高、质量相对较轻、体积相对较小等为主，对器件故障监测技术进行有效应用，从而人力成本得到有效的减少，因此，使变压器向高频化方向转变。在电网中占据主导地位的是低频变压器，特别在大功率电力变压器进行处理过程中，随着IGBT的迅猛发展，该现象得到有效的改善，在未来高频变压器对工频变压器进行取代可以成为现实。

4.2 电能质量调节

在电力电子技术中，为了有效限制系统中的谐波，需要对功率因素调节和动态无功补偿装置进行有效利用，可以在用户需求的基础上，对无功补偿进行有效完成，从而为电网电能质量的稳定状态得到有效保障。当下，有学者认为可以对SVG进行有效利用，可以使电网电压的稳定性得到有效提升，并且在对电网谐波抑制过程中，对载波移相和电压逼近等方法进行有效应用。但是该理论仍然处于理论阶段，在实际中进行应用依据需要较长时间[7]。