電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)是新興的一種電子技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用到電力電子領(lǐng)域，而且隨著變頻技術(shù)的研究和發(fā)展，電力電子的發(fā)展有了更有力的保障，目前，電子電力技術(shù)的作用主要在發(fā)電，輸電，配電等各個環(huán)節(jié)。下面看看電力電子技術(shù)在各個環(huán)節(jié)運用的基本情況。

在發(fā)電環(huán)節(jié)的運用

電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善 這些設(shè)備的運行特性為主要目的。

(一) 大型發(fā)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(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。

(二) 水力、風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻勵磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭 壓力和流量，當(dāng)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(zhuǎn) 速亦隨之發(fā)生變化。 風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)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(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。 此項應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。

(三)發(fā)電廠風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為 8%，風(fēng)機水泵耗電量約占火電設(shè)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(fēng)機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品。

(四)太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能，是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電，無論是獨立系統(tǒng) 還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實施的陽光計劃以 3～4kW 的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國實施的送電到鄉(xiāng)工程則以 10～15kW 的獨立系統(tǒng) 居多，而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠(7.2MW)等。

在輸電環(huán)節(jié)的運用

(一)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS) 交流輸電或電網(wǎng)的運行性能。已應(yīng)用的 FACTS 控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調(diào)相機(STATCON)、靜止快速勵磁器 (PSS)、串聯(lián)補償器(SSSC)等。近年來，柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、 巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)也對 FACTS 進行了深入 的研究和開發(fā)。

(二) 高壓直流輸電技術(shù)(HVDC) 流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力。此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，由于采用了可關(guān)斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可 用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺、海島) 供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)， 并用于接入。

近年來， 直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用 IGBT 等可關(guān)斷電力 電子器件組成換流器， 應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進行無源逆變，解決了用直流輸電向無 交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設(shè)備，降低造價。

(三) 靜止無功補償器(SVC) SVC 是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān)， 實現(xiàn)快速、 頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC 可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。

在配電環(huán)節(jié)的運用

配電系統(tǒng)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(zhì)量。電能 質(zhì)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(tài)的波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力 (CustomPower)技術(shù)。用戶電力技術(shù)(CP)技術(shù)和 FACTS 技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型 新式電力電子技術(shù)。 采用 FACTS 的核心是加強交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力;發(fā)展 CP 的目的是在配電系統(tǒng)中加強供電的可靠性和提高供電質(zhì)量。 CP 和 FACTS 的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和功能上也相同，其差別僅是額定電氣值不同，目前二者已逐漸融合于一體，即所謂的 DFACTS 技術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，固態(tài) 斷路器(SSCB)，故障電流限制器(FCL)，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)等。

我國電力電子技術(shù)的發(fā)展

1. 配電自動化前景

配電網(wǎng)自動化智能電網(wǎng)投資重中之重： 配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個環(huán) 節(jié)， 其實現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。配電自動化是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。從投資構(gòu)成上我們預(yù)計，智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上，配網(wǎng)自動化將占 40%左右，是智能電網(wǎng)投資的重中之重。 我國配網(wǎng)自動化處于初級階 段：配網(wǎng)自動化在我國處在起步階段，國內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動化率不足 10%，目 前國外配網(wǎng)自動化的比例達到 60%-70%，國內(nèi)仍剛