電力系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)應用

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關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；電力系統(tǒng)；電力電子器件

電力電子技術(shù)是計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)，伴隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、信息化技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用越來越深入。電力電子技術(shù)的核心是完成電力的互換，通過對電能進行互換和控制，能夠提高電力運用的靈活性與便捷性，讓電能在社會生產(chǎn)與人們生活中發(fā)揮更大的作用。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運用越來越廣泛和深入。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)達國家人們所使用的電能中，有超過58%的電能都是通過電力電子變流設(shè)備處理后輸送出去的。沒有電力電子技術(shù)的支持，發(fā)展現(xiàn)代化高技術(shù)電力系統(tǒng)也就無從談起。直流電通常應用在距離跨度大、電能龐大的電力傳輸上，在利用這種方式進行電能輸送時，輸出端的整流閥以及輸入端的逆變閥均裝配有晶閘管變流設(shè)施。此外，柔性交流輸電也要依托于電力電子設(shè)施才能夠正常運行。當下，電力電子設(shè)施在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應用，在推動電力系統(tǒng)不斷改進和完善上發(fā)揮了重要作用。

1電力電子技術(shù)的發(fā)展

從20世紀50年代中期到70年代末期，電子電力技術(shù)以晶閘管為基礎(chǔ)獲得了大范圍的應用。電力電子技術(shù)在促進現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并對傳統(tǒng)晶閘管進行了優(yōu)化與升級，增加了可控硅整流設(shè)施，該裝置的出現(xiàn)標志著電力電子技術(shù)獲得了質(zhì)的飛躍。在此之后，人類對電能的控制以及變換逐步踏入到以電子電力技術(shù)為核心的變流器時代[1]。因此，可控硅整流設(shè)施的應用預示著電子電力技術(shù)的正式問世。電子電力技術(shù)在被發(fā)明之后，在電力系統(tǒng)中就有著較為廣泛的應用，并在之后經(jīng)歷了三次重大的發(fā)展。基于第一代電力電子技術(shù)生產(chǎn)的最典型器件就是二極管以及晶閘管，當時的電力電子器件都具有體積小、功耗低的特征[2]。在電子電力技術(shù)出現(xiàn)之后，對傳統(tǒng)的汞弧整流器產(chǎn)生了巨大沖擊，并在極短的時間內(nèi)完全取代了汞弧整流器，為電力電子技術(shù)的未來發(fā)展提供了巨大幫助。此外，通過電力二極管的使用，還能夠有效強化電路的性能，具體表現(xiàn)為縮小電路對電能的損耗，同時改善電能的利用效率[3]。隨著電子電力技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，當下整流二極管的類型豐富多樣，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也更加完善和強大。緊接著到20世紀70年代末期，產(chǎn)生第二代電力電子器件，這一代的電子電力器件在原有功能基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了自動關(guān)斷功能[4]。于此同時，相比較于初代的可控性電子電力器件，這一代的器件的開關(guān)速度有了質(zhì)的飛躍，能夠滿足更多的高頻率開關(guān)運行電路中。電力電子技術(shù)在發(fā)展到20世紀90年代時，出現(xiàn)了第三代電力電氣器件，并且隨著電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展和完善，對電子電力器件的結(jié)構(gòu)和造型有了更加嚴格的要求，使得第三代電力電子器件的體積更加微小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局也更加密實。同時在應用需要標準越來越苛刻的背景下，還將不同類型的電力電子器件組合成一個模塊，有效提升了電力電子器件運用的靈活性與便捷性。緊接著依托于集成模塊，將用于控制電力電子技術(shù)的不同電力器件聯(lián)系起來，使之形成集成電路。伴隨著功率集成電路的問世，進一步推動了電力電 子技術(shù)向高頻化、標準化、智能化以及集成化方向邁進[5]。

2電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用

2.1靜止無功補償裝置

通常情況下，該補償裝置主要實現(xiàn)的功能是強化輸電系統(tǒng)的可靠性、提高電能品質(zhì)以及閃變抑制等。以往交流電網(wǎng)中使用的機械控制效果不理想，不僅控制動作遲緩、不連續(xù)，同時精準性也較低，隨著靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)的運用，有效解決了這樣的問題，在改善輸電系統(tǒng)的輸電效能、潮流控制水平、保障電力系統(tǒng)可靠性與降低系統(tǒng)振蕩上發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。當下，主流的靈活交流輸電裝置主要有靜止無功補償器、靜止同步補償器等[6]。晶閘管控制電抗器是靜止無功補償裝置中的一種，該電抗器主要包含了兩個晶閘管與一個電抗器，前者并聯(lián)后與后者串聯(lián)起來，在調(diào)整晶閘管觸發(fā)延遲角參數(shù)后，就能夠得到不同的電流值，從而實現(xiàn)對電抗器基波無功功率的無極變更[7]。如圖1所示為晶閘管控制電抗器的接線示意圖。和靜止無功補償器相比較，靜止同步補償器擁有更加優(yōu)秀的調(diào)節(jié)速度、運行范圍更廣泛，同時在引入多電平與PWM技術(shù)等手段之后，能夠顯著降低補償電流中的諧波占比率。能夠取得這樣的效果，主要是由于在電網(wǎng)上并聯(lián)了一個自換相橋式電路，對相橋式電路中的電壓相位以及幅值進行更改，就能夠控制無功電流的收發(fā)量，從而進行動態(tài)無功補償。

2.2高壓直流輸電技術(shù)

高壓直流輸電是指將發(fā)電廠產(chǎn)生的交流電，利用換流器轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡笠劳杏谳旊娋€纜將直流電傳輸?shù)侥康牡兀o接著將直流電變換為交流電，輸送給各個用戶。通過高壓直流輸電進行電力傳輸具有非常大的優(yōu)勢，不僅能夠提高電能傳輸?shù)墓β剩瑫r也能夠有效降低線路建造成本，還可以加強對電能傳輸?shù)目刂?，因此，高壓直流輸電能夠很好的滿足現(xiàn)階段高電壓大流量、遠距離輸電以及異步聯(lián)網(wǎng)的需求。相比較于交流輸電線路，直流輸電線路不僅擁有消耗費用少、電能損耗率低的優(yōu)勢，在電能輸送過程中還具有很好的穩(wěn)定性，能夠進行額定頻率不相等電網(wǎng)的相互連接，一方面能夠進行地表以下以及海底電纜輸電，另一方面也可以很好的控制潮流，還可以實現(xiàn)輸電設(shè)施的分級分期構(gòu)建，也能夠為后期的增容擴建提供支持。根據(jù)直流聯(lián)絡(luò)線方式的不同，可以將直流輸電工程劃分為四個方面，即單級、雙極與同級聯(lián)絡(luò)線、背對背直流輸電模式。如圖2所示為雙極聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)原理圖。

2.3有源電力濾波器

有源電力濾波器是依托于瞬時無功功率理論實現(xiàn)的，該濾波器的主要工作途徑分為以下幾步[8]：（1）在補償目標中尋找出諧波電流等分量；（2）根據(jù)獲得的分量屬性，補償設(shè)施會產(chǎn)生一個與該分量數(shù)值相同、極性不同的補償分量；（3）利用產(chǎn)生的分量將諧波電流中的分量中和掉，使得導入到電網(wǎng)中的電流僅僅涵蓋基波分量。有源電力濾波器在實際應用過程中具有較大優(yōu)勢，一方面能夠產(chǎn)生很好的動態(tài)響應速度，另一方面所具備的補償功能靈活多變，同時補償特性還不會被電網(wǎng)阻抗所限制，在抑制諧波方面發(fā)揮了重要的作用。事實上，有源電力濾波器涵蓋了兩個部分，分別是指令電流運算電路以及補償電流發(fā)生電路。其中，指令電流運算電路主要功能是尋找出補償目標中的諧波電路等分量；補償電路發(fā)生電路是依照獲得的分量值，發(fā)出與此相對應的補償電流。有源電力濾波器的電路類型通常選擇PWM變流器，以圖3所示為三相PWM變壓器工作示意圖。

3結(jié)語

綜上所述，通過電力電子技術(shù)的運用，有效推動了我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。在現(xiàn)代計算機技術(shù)與電力技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，電力電子技術(shù)也在各種新技術(shù)支持下獲得了更好的發(fā)展。但是，當下電力電子技術(shù)在實際運用過程中，其穩(wěn)定性依舊無法滿足設(shè)計需求，這也是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新要重點解決的問題，保障電力系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。

參考文獻

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[6]楊濤.綜述現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展現(xiàn)狀[J].科技風,2020(05):196.

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[8]周龍,韓欽,扎西頓珠,商永尚.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的新型應用研究[J].內(nèi)江科技,2019,40(09):29+35.

作者：頡風 單位：包頭供電局