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電子技術在電力系統中的應用:電力電子技術在電力系統中的應用研究

【摘 要】電力電子技術在電力系統中有著非常廣泛的應用。據統計，發達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能經過一次以上電力電子變流裝置的處理。離開電力電子技術，電力系統的現代化是不可想象的。直流輸電在長距離、大容量輸電時有很大優勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置。柔性交流輸電亦依靠電力電子裝置才得以實現。無功補償和諧波抑制對電力系統有重要意義，晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）都是重要的無功補償裝置。靜止同步補償器（STATCOM）、有源電力濾波器（APF）等新型電力電子裝置具有更為優越的無功補償和諧波補償的性能。直流電源和不間斷電源（UPS）還用作發電廠和變電所的保護電源、事故電源和備用電源。電力電子裝置在電力系統中隨處可見。

【關鍵詞】電力系統；電力電子技術；應用；淺析

1、電力電子技術的發展

電力電子技術分為器件的制造技術和電力電子電路的應用電路（變流技術）。電力電子器件經歷了半控型（第一代電力電子器件）、全控型（第二代電力電子器件）和復合型（第三代電力電子器件）的發展過程，把驅動、控制、保護電路和功率器件集成在一起，構成功率集成電路（PIC），目前其功率較小，但其代表了電力電子技術發展的一個重要方向。

1.1 電力電子變換技術

電力電子變換電路的基本功能是將電網的電能轉換為負載需要的形式，不論電路拓撲結構如何，其基本轉換電路只有4種形式：（1）整流電路AC―DC：（2）斬波電路DC―DC：（3）逆變電路DC―AC：（4）交流變換電路AC―AC。

1.2 電力電子控制技術

電力電子控制電路的基本功能是應用自動控制理論和計算機技術來提高系統的性能，一般的控制方式有：相控方式，頻控方式，斬控方式，相頻控制方式及斬頻控制方式，先進的控制方式對改進變換電路的性能和效率是必不可少的關鍵技術之一。

隨著自關斷器件的普遍應用，電力電子電路向高頻化反向發展，一些新的電路拓撲形式比如諧振型逆變電路、矩陣式逆變電路等不斷涌現。PWM控制對推動電力電子技術的發展起了歷史性作用，其它控制方式比如應用靜止/旋轉坐標變換的矢量控制、瞬時無功功率控制、自適應控制、采用狀態觀測器的控制、模糊控制、神經元控制等，這使得電力電子系統的控制技術發展到一個嶄新的階段。目前應用越來越廣的基于微處理器的數字控制技術在很多方面取代了模擬控制，是控制技術的一個新的發展方向。

2、電力電子技術的應用

2.1 在發電環節中的應用

電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。

2.1.1 大型發電機的靜止勵磁控制

靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點，被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節，因而具有其特有的快速性調節，給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。

2.1.2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁

水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速變隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

2.1.3 發電廠風機水泵的變頻調速

發電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并不完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業不多，國內有不少院校和企業正抓緊聯合開發。

2.2 在輸電環節中的應用

電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網的穩定運行特性。

2.2.1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術

直流輸電具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優勢。1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術正式應用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。

2.2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術

FACTS技術的概念問世于20世紀80年代后期，是一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統的穩定水平。

2.3 在節能環節的運用

2.3.1 變負荷電動機調速運行

電動機本身挖掘節電潛力只是節電的一個方面，通過變負荷電動機的調速技術節電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節電方較完善。目前，交流調速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調速，我國正在推廣應用中。

2.4改造傳統產業和發展機電一體化等新興產業

根據世界上較為發達的國家進行的預測和判斷，今后將有百分之九十以上的電能需要利用電力電子技術進行處理之后，才可以進行使用。電力電子技術與百分之九十五的現代的工業以及各種民用的機電設備有很大的關系。特別指出的是，電力電子技術是一個用弱電來控制強電的載體，同樣也是計算機技術與機電設備之間進行接口的重要瓶頸。該技術可以為傳統產業和新興產業將來采用微電子技術創造有利的條件和強大的技術支持，還可以為將來充分發揮計算機技術的優勢奠定強有力的技術條件和基礎。

電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域，只有不斷的加大已有研究成果的技術應用和運行投入，不斷改善經濟可行性，才能大幅度提高電力系統的穩定水平，產生巨大效益。文中概述性地介紹電力電子技術在電力系統中的各類應用，重點在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。

電子技術在電力系統中的應用:淺析電子技術在電力系統中的應用

摘 要：電子技術的快速發展，使得其在電力系統上被廣泛的應用。本文結合實際情況，有針對性地介紹了電子技術及應用領域，重點探索其在電力系統中的發電、輸電、配電環節的應用。

關鍵詞：電力電子技術；電力系統應用

一、電力電子技術

電子技術是應用于電力系統中的一門新興對的電子技術，是一個以計算機技術、電路技術、功率半導體器件和現代控制技術為基礎的技術平臺，其主要研究電力的變化情況。20世紀80年代，柔性交流輸電（FACTS）概念被提出。從此以后，電子技術在電力系統領域的應用研究得到了更為廣泛的關注，同時多種電子設備相繼出現。

二、在電力系統領域電子技術發揮的作用

電力系統領域，電子技術的作用主要涵蓋以下幾個方面：

（一）電子技術有優化電能的配置和使用的作用

電子技術能夠有效地處理電能，在電能的配置與使用方面，電子技術發揮著重要的作用。所以，為了優化電能的配置，提高電能使用時的高效節能性，將電子技術應用到電力系統領域是明智之舉。

（二）電子技術促進傳統產業的改造

目前的電能絕大多數都要通過電子技術處理完成后再使用，再加上現在的計算機接口很多都采用的是機電設備，這為傳統產業的制造創造了良好的發展條件。

（三）電子技術能夠促進自身的發展

隨著電子技術的廣泛應用，給其自身的發展，尤其是給其高頻化和變頻技術的發展創造了極有利的條件。另一方面，電子技術加快了其自身智能化的進程。這種發展將成為電子技術巨大變革的“導火線”。

三、電力系統中電子技術的應用

（一）電子技術在電力系統發電環節的應用

發電環節的主要機器設備是發電機組，電子技術在此環節的應用主要是改善運行中的發電機組設備的性能，主要的應用包括：

1.大型發動機的靜止勵磁控制。靜止勵磁具有以下幾方面的優點：結構較為簡單；運行效率高，工作成果可靠性較高；造價低廉。同時也因為靜止勵磁的這些優點，使得其在各大電力系統得到廣泛關注和應用。和傳統的靜止勵磁不同，現代的這一技術大多采用晶閘管整流自并勵的方式，因而能夠快速調節，為發揮先進控制規律提供了強有力的條件。

2.水力發電機及風力發電機的變速恒頻勵磁。風力發電機的有效功率和風速有著線性化規律，水力發電機器運行時的有效功率要根據其水頭的壓力和流量進行評估判定。使正在運行的機組能夠隨時讓自勵磁電流的頻率改變，使其在和轉子轉速疊加之后能夠讓輸出的頻率保持穩定，從而得到最大的有效輸出功率。

3.風機中水泵的調頻調速。發電機廠的風機水泵運行效率不高且使用率較低，要想節約能源，可通過高壓變壓器調節風機中水泵的頻率。

4.太陽能的發電控制系統。太陽能是近幾年發現的新能源，其特點是能源豐富且可再生，環保的綠色能源。利用太陽能進行發電，需要用到逆變器，它是將太陽能發電的核心所在，因為它可將直流電轉化成我們所需要的交流電。太陽能陣列如圖1：

（二）電子技術在發電環節的應用

1.柔性交流輸電技術。柔性交流輸電技術出現在20世紀80年代后期，近年來發展速度很快。柔性交流輸電技術是基于電力電子技術和現代控制技術的一種交流電輸出技術，快速靈活對電力功率、潮流系統參數、電壓等的調節控制，從而大大提高了輸電線路的輸電效率，降低輸電耗損，并且環保節能。

2.高壓直流的輸電技術。世界上第一項有關晶閘管換流閥試驗的工程于1990年在瑞典建成，這標志在直流輸電領域電子技術開始得到正式應用。從這以后的直流輸電工程，普遍使用晶閘管換流閥。隨著技術的迅速發展，新研發的HVDC技術在輸電過程中不再使用換流變壓器，而是采用IGBT、CTO等可關變壓器件。同時高壓直流輸電采用脈寬調制技術，在較短的電能輸送距離內，中型直流輸電工程因此更具競爭力。

3.靜止無功補償器在發電環節中的應用。靜止無功補償器采用的是固態開關，取代了早先使用的電氣開關，從而實現高效率地控制電容器、電抗器運行的目的。靜止無功補償器主要包括晶閘管投切電容器、電抗器和晶閘管控制電抗器。

（三）配電環節應用到的電子技術

目前，配電環節重點要解決的問題是如何改善供電的可靠性能，提高電能的質量。在配電環節中電子技術最廣泛的應用當屬用戶的電力技術，在配電系統中結合現代控制與電力電子兩大技術。在配電環節中用戶電力技術通過在交流輸出電系統的應用，提高供電的可靠性能以及配電時的電能輸出能力。FACTS是電力電子技術在配電環節的另一廣泛應用，主要作用是加強輸電系統的可靠性。

（四）電子技術在節能環節的應用

節能環節一般涉及到如何調節負荷電動機速度以及電動機本身因素兩個方面。只有結合這兩方面內容，才能突顯出電動機的節能效果。根據現在實際情況分析，不難發現如今的變負荷風機、水泵都是采用交流調速這項技術，然而這項技術在國內還不怎么推廣。另一方面，變負荷機械中一般是通過調速來控制風流量及水流量。這種方法取得很好的成效，并且調速范圍廣，精度和效率高。然而它的成本較高，并且其產生的高次諧波會污染電網。即使這樣，社會生活中、冶金及礦山等部門還是應用和推廣這門技術。

四、總結

目前在電力系統的多個領域，都有應用電子技術，并且隨著電力系統的發展，電子技術在其中的應用得到了更為廣泛的關注、推廣和應用。相信隨著計算機技術發展、新電子元器件的研發，電子技術的發展空間將會更加寬廣，技術性能將會更加成熟、完善，進而在電力系統的控制方面起到更關鍵的作用。

電子技術在電力系統中的應用:淺談電力電子技術在電力系統中的應用

摘要：電力電子技術正在不斷發展，新材料、新結構器件的陸續誕生，計算機技術的進步為現代控制技術的實際應用提供了有力的支持，在各行各業中的應用越來越廣泛。電力電子技術在電力系統中的應用研究與實際工程也取得了可喜成績。

關鍵詞：直流輸電；電力電子；發電機

1 前言

電力電子技術是一個以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現代控制技術為支撐的技術平臺。經過50年的發展歷程，它在傳統產業設備發行、電能質量控制、新能源開發和民用產品等方面得到了越來越廣泛的應用。最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術是直流輸電（HVDC）。自20世紀80年代，柔性交流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。本文介紹了電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。

2 電力電子技術的應用

自20世紀80年代，柔性交流輸電（FACTS）概念被提出后，電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注，多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。

2.1 在發電環節中的應用

電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。

2.1.1 大型發電機的靜止勵磁控制

靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點，被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節，因而具有其特有的快速性調節，給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。

2.1.2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁

水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速變隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

2.1.3 發電廠風機水泵的變頻調速

發電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并不完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業不多，國內有不少院校和企業正抓緊聯合開發。

2.2 在輸電環節中的應用

電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了電力網的穩定運行特性。

2.2.1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術

直流輸電具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優勢。1970年世界上第一項晶閘管換流器，標志著電力電子技術正式應用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。

2.2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術

FACTS技術的概念問世于20世紀80年代后期，是一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制，大幅度提高電力系統的穩定水平。

20世紀90年代以來，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS技術用于實際電力系統工程。其輸出無功的大小，設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以較早得到應用。

2.3 在配電環節中的應用

配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，是在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術?？梢詫FACTS設備理解為FACTS設備的縮小版，其原理、結構均相同，功能也相似。由于潛在需求巨大，市場介入相對容易，開發投入和生產成本相對較低，隨著電力電子器件價格的不斷降低，可以預期DFACTS設備產品將進入快速發展期。

2.4 在節能環節的運用

2.4.1 變負荷電動機調速運行

電動機本身挖掘節電潛力只是節電的一個方面，通過變負荷電動機的調速技術節電又是另一個方面，只有將二者結合起來，電動機節電方較完善。目前，交流調速在冶金、礦山等部門及社會生活中得到了廣泛的應用。首先是風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量具有顯著的效果。國外變負荷的風機、水泵大多采用了交流調速，我國正在推廣應用中。

變頻調速的優點是調速范圍廣，精度高，效率高，能實現連續無級調速。在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節電率一般可達30%左右。其缺點主要為：成本高，產生高次諧波污染電網。

2.4.2 減少無功損耗，提高功率因數

在電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等都屬于感性負載，這些設備在運行時不僅消耗有功功率，而且還消耗無功功率。因此，無功電源與有功電源一樣，是保證電能質量不可缺少的部分。在電力系統中應保持無功平衡，否則，將會使系統電壓降低 ，設備破壞，功率因數下降，嚴懲時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。

3結束語

文中概述性地介紹電力電子技術在電力系統中的各類應用，重點在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。

電子技術在電力系統中的應用:電力電子技術在電力系統中的應用和發展研究

【摘要】電力電子技術是建立在電子學、電力學和控制學三個學科基礎之上的一門新型學科，是強電和弱點的橋梁，在電力系統中有著廣泛的應用。在本文中，主要介紹了電力電子技術在電力系統中的應用，并依據它在應用中產生的負面影響提出了發展解決方案。

【關鍵詞】電力電子；電力系統；應用；發展

電力電子技術主要是用半導體電子器件進行功率變換、控制及開斷電路的應用技術，主要包括電力電子變換技術和電力電子控制技術兩個方向。其中電力電子變換技術主要是以電力電子變換電路作為基礎，實現將電網的電能轉換為負載需要的形式的基本功能，不論電路拓撲結構如何，其基本轉換電路只有4種形式：

（I）整流電路AC-DC；

（2）斬波電路DC―DC；（3）逆變電路DC-AC：（4）交流變換電路ACAC。電力電子控制技術是以電力電子控制電路為基礎，應用自動控制理論和計算機技術來提高系統的性能，一般的控制方式有：相控方式，頻控方式，斬控方式，相頻控制方式及斬頻控制方式。先進的控制方式對改進變換電路的性能和效率是必不可少的關鍵技術之一。

一、電力電子技術在發電環節中的應用

發電環節中涉及到電力系統中及發電機組的多種設備，改善這些設備的運行特性主要就是采用電力電子技術手段。

1、大型發電機的靜止勵磁控制

晶閘管整流自并勵方式被采用在靜止勵磁摔制上。它的優點是：結構簡單、可靠性高、造價低。因而世界各大電力系統均采用靜止勵磁控制。這種方式可省去勵磁機的中間慣性環節，可達到快速調節的效果，使其良好控制性為先進的控制規律提供了最有利條件。

2、水力、風力發電機的變速恒頻勵磁

水頭壓力和流量是決定水利發電的有效功率的兩個主要因素，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速便隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的j次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效助率，可使機組變速運行。通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定千頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

3、發電廠風機水泵的變頻調速

發電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電最約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并不完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業不多，國內有不少院校和企業正抓緊聯合丹發。

二、電力電子技術在輸電環節中的應用

1、電力電子器件應用于高壓輸電系統大幅度改善了電力網的穩定運行特性。直流輸電

具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優勢。高壓直流輸電通常采用可控整流和有源逆變的方式實現兩個交流電網的互聯。不僅可以實現電能大容量、遠距離的傳送、兩區域電網非同步互聯，還可通過控制實現功率的緊急援助、抑制低頻振蕩、提高交流系統的動態穩定性等。

2、柔性交流輸電系統（FACTS）是綜合利用現代電力電子技術、微電子技術、通訊技術和現代控制技術對電力系統的潮流和參數進行靈活快速調節控制，增加系統可控度與提高輸電容量的交流輸電系統。用于配電系統柔性交流輸電技術為用戶電力技術CPT。柔性交流輸電技術是一種用于遠距離輸電的靜態電力電子裝置，核心是FACTS控制器?；贔ACTS產品包括靜止無功補償品、靜止調相機、統一潮流控制器、晶閘管可控串聯補償器、靜止快速勵磁器等。高壓直流輸電技術等用IGBT等可關斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷送電的問題。電力電子技術是FACTS和CPT同的技術基礎。

三、電力電子技術在節能環節的運用

1、變負荷電動機調速運行

節電的一個方面就是挖掘電動機的節電潛能，另一個方面是通過變負荷電動機的調節技術節電，只有二者結合才能夠達到最好的節電效果。我國目前的電動機節電技術已經比較完善，交流調速技術在冶金、采礦等方面的普及使得電動機節電效果更為顯著。用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量，這種手段在風機、泵等復合機械中使用更能體現出其優越性。交流調速在國外的變負荷風機、水泵中以及得到廣泛的應用，而我國在這一方面則相對滯后一些。

調速范圍廣，精度高，效率高是變頻調速的主要特點，這使得無級調速能夠實現，而且在調速過程中轉子損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，節電率一般可達30%左右。當然，任何事物都有兩面性，節能的同時，增加成本是不可避免的，另外調節過程中產生的產生高次諧波污染電網也不容忽視。

2、減少無功損耗，提高功率因數。

在電氣設備中，感件負載包括變壓器和交流異步電動機等，運行過程中這些設備在消耗有功功率的同時還會存在無功功率的消耗。因此，無功電源作為保證電能質量不可缺少的一部分，其作用與有功電源是一樣的。無功平衡是電力系統運行中必須遵循的平衡原則，若是打破這個平衡，那么就意味著系統電壓下降，設備破壞，功率因數下降，嚴重時會引起電壓崩潰，系統解裂，造成大面積停電事故，進而造成無法預計的損失。所以，當電力網或電氣設備無功容量不足時，應增裝無功補償設備，提高設備功率因數。

四、電力電子技術在電力系統應用中所產生的負面影響及解決方案

1、電力電子技術在電力系統應用中產生的負面影響

21世紀科技的發展日新月異，電力電子技術的發展更是掀開了科技歷史的新的一頁。但是，隨著電力電子裝置的普及，一些負面的影響也逐漸浮出水面。這些負面影響中，諧波污染諧波產生的危害最受人們的關注，這主要是因為諧波的存在會降低電能產生和傳輸環節的效率，進而影響到電網上的用電設備，使它們不能夠正常、有序的運行，進而影響人們的生產和生活。比如，諧波的存在會引起振動、產生噪聲以及電機過熱甚至燒毀等。諧波很容易使電網上無功補償電容器和系統中的電抗器產生諧振，從而燒毀電容器及電抗器，諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，使自動控制系統失效：同時諧波還會對通信系統產生干擾，嚴重的可以導致信息丟失、通訊設備中斷等。

2、發展解決方案

目前，無源濾波器與有源濾波器是諧波抑制的兩種主要的途徑，用無源電力濾波器進行抑制諧波、補償無功和提高電網的功率因數，但濾波效果受電力系統阻抗的影響較大，且只能消除特定次數的諧波，還可能與系統發生串、并聯諧振，導致諧波放大，使設備過載甚至燒毀，而且裝置笨重，體積大，有效材料消耗多。與無源電力濾波器相比，有源電力濾波器具有更大的優勢，有源電力濾波器不僅能補償各次諧波，還可同時補償無功功率、抑制閃變、調節和平衡三相不平衡電壓。濾波特性不受系統阻抗和頻率的影響，可消除與電網阻抗發生串、并聯諧振的危險，且對外電路的諧振具有阻尼作用，能對變化的諧波進行迅速的動態跟蹤補償。

電子技術在電力系統中的應用:淺談電力電子技術在電力系統中的應用

摘要：近年來，不斷進步的計算機技術為現代控制技術在實際生產、生活中提供了強有力的技術支持，新的材料和結構器件又促進了電力電子技術的飛速發展，且在各行業中得到廣泛的應用。本文就電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用進行了詳細的闡述。

關鍵詞 電力電子技術；電力系統；應用

以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現代控制技術為支撐依據的電力電子技術經過半個世紀的發展，目前在新能源開發、電能質量控制和民用產品等多個行業應用越來越廣泛。直流輸電是最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術。20世紀80年代之后，提出了柔性交流輸電（FACTS）概念，于是電力電子技術在電力系統中的應用研究引起的很大的關注，許多介紹和總結相關設備的基本原理和應用現狀層出不窮，相繼又出現了多種設備。筆者按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。

1 在發電環節中的應用

發電機組的多種設備在電力系統的發電環節都會被涉及到，如何改善這些設備的運行特性就需要電力電子技術參與應用。

1.1 大型發電機的靜止勵磁控制靜止勵磁結構簡單、可靠性高以及造價相對較低 ，采用晶閘管整流自并勵方式，在世界的各大電力系統被廣泛采用。省去勵磁機這個中間慣性環節，使其擁有了特有的快速性調節。這樣使得控制規律的方法和更加先進，效果更加良好。

1.2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁

水頭壓力和流量決定了水力發電的有效功率，抽水蓄能機組最佳轉速變會隨著水頭的變化幅度而變化。風速的三次方與風力發電的有效功率成正比，隨風速的變化，風車捕捉最大風能的轉速也發生變化。所以機組變速運行，即調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定，從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項應用的技術核心。

1.3 發電廠風機水泵的變頻調速

發電廠的廠用電率平均8%，風機水泵耗電量約是火電設備總耗電量的65%，不僅耗量大且運行效率低，為了節能，在低壓或高壓變頻器使用時可以使風機水泵變頻調速，從而減少電量的消耗。目前來講，低壓變頻器技術以達到一定 的水平，國內外的生產廠家也比較多，只是系列產品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設計和生產的企業還是比較少，需要院校和企業抓緊聯合開發，以滿足生產需求。

2 在輸電環節中的應用

被稱為“硅片引起的第二次革命”就是電力電子器件應用于高壓輸電系統，這樣使得電力網的穩定運行特性大幅度的改善。

2.1 直流輸電（HVDC）和輕型直流輸電（HVDC Light）技術

流輸電相對遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電優勢獨特，因為其不僅輸電容量大、穩定性好等優點而且控制調節非常靈活，從。1970年世界上第一項晶閘管換流器之后，世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥，這也是電力電子技術正式應用于直流輸電的里程碑。

2.2 柔性交流輸電（FACTS）技術

20世紀80年代后期，FACTS技術的概念問世，這是項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可以靈活控制交流輸電功率潮流，使得電力系統的穩定水平大大的提高。

20世紀90年代后，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS技術用于實際電力系統工程。其設備結構簡單，控制方便，成本較低，所以應用較早。

2.3 在配電環節中的應用

如何加強供電可靠性和提高電能質量是配電系統迫切需要解決的問題，電能質量控制既要抑制各種瞬態的波動和干擾，還要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術就是用戶電力（Custom Power）技術或稱DFACTS技術，它是電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用。其實FACTS設備的縮小版就是DFACTS設備，因為其原理、結構、功能是相似。由于市場較大的需求，所以使用會日益的廣泛，再加上電力電子器件價格日益降低，可以預計DFACTS設備產品將迅速進入快速發展期3 在節能環節的運用

3.1 變負荷電動機調速運行

要想在節能環節有所成就，就必須從電動機本身和變負荷電動機的調速技術的應用兩方面入手，只有二者結合起來，電動機的節能才能達到良好的效果。

目前，變負荷的風機、水泵采用交流調速在國外居多，在我國還需要進一步推廣應用。風機、泵類等變負荷機械中采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量收到良好的效果，其調速范圍廣，精度高，效率高，可以實現連續無級調速且在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，可以達到30% 的節電率，缺點就是成本較高，產生高次諧波污染電網，即使這樣，并不影響其在在冶金、礦山等部門及社會生活中應用推廣。閥門控制和變頻控制水泵流量如圖1、圖2所示。

3.2 減少無功損耗，提高功率因數

在電氣設備中，屬于感性負載的變壓器和交流異步電動機，在運行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的設備，作為保證電能質量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統中應保持無功平衡，不然就會系統電壓降低、功率因數下降、設備遭到破壞 ，嚴重時還會造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發生，當電力網或電氣設備無功容量不足時，增裝無功補償設備，提高設備功率因數勢在必行。

4 結論

總之，電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域，只有不斷的加大已有研究成果的技術應用和運行投入，不斷改善經濟可行性，才能大幅度提高電力系統的穩定水平，產生巨大效益。

作者簡介：施偉明（1982-）男，漢，廣東肇慶人，懷集縣新成電力發展有限公司，電氣工程及其自動化，本科學歷，工程經濟方向。