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电力电子系统在控制技术中的应用策略研究陈博

发表时间：2020/6/29 来源：《电力设备》2020年第5期作者：陈博

[导读] 摘要：电力电子技术作为现代科技高速发展下的产物，推动着电力系统的发展，将现代化的电子技术与电力行业紧密结合，对现代电力行业当中的新技术的应用和开发产生直接影响，更与人民群众的日常生活、社会的和谐稳定息息相关。

        （国网辽源供电公司吉林辽源 136200）
        摘要：电力电子技术作为现代科技高速发展下的产物，推动着电力系统的发展，将现代化的电子技术与电力行业紧密结合，对现代电力行业当中的新技术的应用和开发产生直接影响，更与人民群众的日常生活、社会的和谐稳定息息相关。
        关键词：电力电子系统；控制技术；应用策略
        1电力电子技术的发展
        我国电力电子技术的发展主要分为两个阶段：一是传统的电力电子器件；二是现代电力电子器件。传统的电力电子器件主要是由电力二级管和晶闸管构成，在当时的年代该器件是电力电子技术中最具代表性的器件，具有体积小、功率低的优势，深受工业企业的技术认可。在此基础上衍生出了很多相关的技术器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管等。这些器件的引入在很大程度上促进了我国电力电子技术的发展，在当时为工业企业的发展作出了巨大的贡献。与传统的电子电力器件不同，现代化电力电子器件更符合现代化工业发展的要求，主要将微电子技术和电力技术相结合，研发了一种全新的电力电子器件，能够实现高频、全控的技术目标。现代化电力电子器件的研制是为了紧跟现代化技术发展的步伐，该种技术能够更好地满足人们对电力电子技术的要求，使得工业化生产的元件更加人性化。由此，我们得到的技术产物主要有：功率晶闸管、可关闭晶闸管，等等。现阶段，我国的电力电子技术正朝着成熟化方向发展，该技术也在很多工业领域得到了应用，并对各个行业领域的发展起到了很大的促进作用。
        2电力电子技术的分类
        当前，电力电子技术在电气工程中的应用十分广泛。对电力电子技术进行分类，按照其功能类型划分可分为电力电子制造技术和电力电子变流技术两类：前者主要针对电力电子器件的制造，后者则主要包括对电力的整流、斩波、逆变等功能。其中，电力电子制造技术范围覆盖较广且专业性较强。由于电力电子技术具有大功率的特性，因此在一些工业电气工程领域应用较为突出[2]。电力电子器件包括电子元件、电子电路、电子装置和电子系统。电力电子器件的制造通常采用晶硅类半导体材料，应用相关理论基础，结合半导体器件工艺制造而成。随着科技的快速发展，现今的电力电子技术中广泛采用微电子学技术，该项技术结合电子学基础理论，并延续传统电力电子器件的特点，能够满足电能转换实际需求。当前，将电子学基础理论应用到电力电子技术中，能够实现电能转换、电能控制、控制显示、信息集成处理等诸多功能。电子学基础理论在电力电子技术领域的应用，也为电力电子技术提供了更加广阔的发展空间。将不同领域中应用的电路进行整合，从而形成具备多用途的电力电子装置。将电力电子装置、配套设施、负载进行组合能够形成一个电力电子系统，从而实现机电一体化的电能应用。
        3电力电子系统在控制技术中的应用策略
        3.1电路保护设备的应用
        电路保护设备作为电气系统中的重要组成部分，对整个电气系统的正常运行产生直接影响。当电力电子电路出现问题期间，电路保护设备能够对其产生有效的保护作用，及时作出与之相应的保护措施。现阶段，常见的电路保护设备包括高效熔断器、继电器等等。然而，随着电子领域技术水平的不断提升，电力电子构件逐渐向更加轻便、小巧的方向发展，同时其功率也变得越来越大。因此，传统电路保护设备已经难以满足当下日益提升的要求。将电力电子系统应用于电路保护设备当中，有效结合电路检验设备相关信息，在检验到电路电流期间，能够快速完断电保护，大幅提升保护工作的质量和及时性。
        3.2在输电环节中的应用
        3.2.1直流输电技术和轻型直流输电技术
        直流输电相对远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电优势独特。直流输电技术和轻型直流输电技术是目前输电环节中的重要方式，也是降低输电损耗和提高输电效率的关键手段。

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在实际经营过程中得到了广泛的应用并取得了积极的效果。结合直流输电技术和轻型直流输电技术的特点来看，电力电子技术在其中发挥了重要的支撑作用，电力电子技术是构成直流输电技术和轻型直流输电技术的关键，也是保证直流输电技术和轻型直流输电技术能够得以正常运转的基础，在实际应用过程中，为直流输电技术和轻型直流输电技术提供了必要的技术支持。
        3.2.2柔性交流输电技术
        柔性交流输电技术主要用于提高电网输送能力和改善电网运输性能。柔性交流输电技术发展至今，控制器已有数十种之多。例如: SVC、SVG、STATCOM 等等。将这些设备投入输电网中，可以为输电网补充无功功率，防止系统因电压降落而造成大面积停电。相比于传统的并联电容补偿方式，SVC 向系统补偿的无功功率不会因系统电压降落而大幅减少，具有明显优势。
        3.3在发电环节中的应用
        电力电子技术在发电环节应用中的主要目的是改善电力系统在发电环节设备的运行效率，主要应用于发电厂风机水泵的变频调速、光伏发电、发电机组励磁等（1）发电厂风机水泵的变频调速当前对发电厂风机水泵实现变频控制，从而减少点亮的消耗，目前采用高压或低压变频器，其中低压变频器已经发展成熟变频器可以实现对大电动机的控制，避免启动时的电压冲击，减少了电动机出现故障，降低了对电网的容量要求和无功损耗。为了节约能源，应该大力推广变频调速技术，同时加大力度研发高压变频器，以满足生产的需求（2）光伏电站。利用电力电子技术能够将太阳能发电产生的电能进行转化，相当于一个大功率的转换器，电力电子主要有PWM和PFM两种方法，其中PWM为常用的控制方法。光伏直流变换器分直接变换和间接变换两大类（3）发电机组励磁。目前大型发电机组使用的是静止励磁技术，具有经济运行、结构简单稳定性强的特点，主要使用晶闸管整流自并励的方式工作，静止励磁技术已广泛应用各大电力系统中，与传统励磁机相比，可实现快速的调节。目前我国的水利发电技术运用大型发电机组，可以实现励磁电流动态的调整，并且电力系统还可有效调节对水流量以及水龙头的压力，很大程度上提高了发电机组的发电效率、发电质量以及发电水平。
        3.4在电能储存中的应用
        电能储备的作用在于应对用电高峰期时能够有充足的后备能源供应能力，这对保证电力系统稳定运行有着至关重要的作用，是保障居民正常用电的前提。在我国的电能储备方案中，抽水储能方案运用广泛。电力电子装置作为可以控制抽水速度的主要手段，在抽水储能过程中占据重要地位。在水力发电的抽水储能过程中，随着水流的不断变化，上下流水位落差高度也会随着发生变化，这是一个动态过程，如果按照一定的抽水速度运行，抽水储能的效率就会大幅降低。而电力电子装置则可以根据励磁调节系统的变化情况对工作转子的频率与幅值进行调节。电力电子装置在空压储能方面也有着极为广泛的应用。电力系统的用电量在用电高峰期和用电低峰期是有区别的，可以利用电力电子装置中的变频驱动技术对实时用电量和电能进行储备和释放，大幅提高电能的使用效率。
        4结束语
        综上所述，电力电子系统作为处理电力变换的新兴科学技术，能够有效实现电力功率的转化，其应用范围、应用领域不断扩大，成为影响这个电气行业发展的关键内容。虽然，现阶段电力电子系统的应用水平得到良好发展，其应用成果极为突出，但是其对其的应用仍然存在巨大研究空间。相关领域需要建立科学发展观，在完善现有应用方式的基础上，对其应用范围、应用质量进行不断探索。
        参考文献
        [1]王鹏凯.基于电力电子技术在电力系统中的应用研究[J].中国战略新兴产业,2018( 16) : 119.
        [2]蒋泽甫,李楠,张彦,刘文霞,孙志勇.现代电力电子技术在智能电网中的应用[J].电子世界,2019(2):207.
        [3]李红钧.电力电子技术在电动车驱动系统中的应用[J].自动化与仪器仪表,2018(5):65-67.