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电力系统的电力电子化趋势分析与探讨常乐

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：常乐

[导读] 摘要：电力电子技术是利用电力电子元器件实现对电能变换和控制的技术，主要研究电力变换，即常说的整流、逆变、直流变换、交流变换和变频，也可以说是研究电源的技术。

        泰州三新供电服务有限公司泰兴分公司江苏省泰兴市 225400
        摘要：电力电子技术是利用电力电子元器件实现对电能变换和控制的技术，主要研究电力变换，即常说的整流、逆变、直流变换、交流变换和变频，也可以说是研究电源的技术。电力电子技术发展先后经历了整流器、逆变器和变频器时代，现已进入全控型半导体复合器件时代，即已经由传统电力电子时代进入现代电力电子时代，其发展以低频向高频技术方向转变，随着智能技术的发展，随之而来的必将是智能电力电子技术时代。
        关键词：电力系统；电力电子化；电力电子负荷
        引言
        随着科技的不断进步，电力系统技术也在不断的发展。在人口迅速增长，经济活动日益增多的背景下，对电力系统和电能的要求越来越高。作为传统电力系统的基础载体，电子电工技术也在不断的完善和深化，更好的支撑和促进了电力系统的发展。
        1 电力电子技术的概念及现状
        在电力系统的整体构成中，电子技术是一项较为常见的技术内容，其主要是对系统中的电子元件进行控制和转换，进而提升电力系统工作效率。电子学、电工原理和自动化控制技术等联合在一起，构成了电力电子技术的整体框架和内容，而制造技术和变流技术是电力电子技术的核心内容。电力电子技术包括两方面内容：电子器件制造和电力电子在电路中的实际运用。随着科技水平的不断提高，电子器件制造和电力电子的实际运用获得了十足的进步和发展。现在电力电子技术在电气控制领域的应用正处在自动化控制阶段，一些智能化水平较高的技术也在不断加强和电气控制的结合。在电气系统工作状态下，智能化技术能够实现数据的监测和调节功能。而针对电气自动化系统建设的反馈机制，主要起到应对突发情况并快速展开调节和修复的作用。与此同时，智能化技术的应用也减轻了人员的工作强度，缓解了人力资源紧缺的问题。目前我国的电力电子技术已经初步完成了构成功率集成于电路的目标，尽管在电功率方面还有所不足，但是其发展前景依然非常广阔。
        2 电力电子技术在电力系统中的应用
        2.1 在软开关控制装置中的应用
        电力电子技术和电力系统的改进和创新，使得系统对电磁兼容和效率的标准变得逐渐的严格，具有增强的针对性，因此人们需要在电力装置的轻量化和便捷化方面做出重大突破和发展，传统电力系统对变压器等设备占用空间大小情况进行优化和完善工作主要是通过开关来实现的，但是在这个过程中，对开关实施高频率的转换操作会造成巨大的损耗，并降低开关的使用寿命，对电路效率的有效提高造成明显制约。同时还会产生电磁干扰的问题，进而对电力系统的正常运行造成影响。但是利用软开关控制装置能够避免这个问题，在减噪和降低损耗方面具有很大的作用。根据相关试验数据显示，在开关频率超过1MHz的时候，系统的整体性能会达到最佳水平。
        2.2 输电环节
        可控硅换流阀取代高压直流输电中的汞弧换流器，使得电力电子技术正式应用于直流输电，其后又采用GTO、IGBT等可关断器件，以及脉宽调制（简称为PWM）等技术，省去了换流变压器，使整个换流站可以搬迁，使中型直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力，还可避免换相失败，可应用于向孤岛系统供电。柔性交流输电技术（指电力电子技术与现代控制技术结合，以实现对电力系统电压、阻抗、相位角、功率潮流的连续调节控制），是上世纪八十年代后期出现的新技术，近年来在世界上发展迅速，它可以大幅提高输电线路的输送能力、可靠性和稳定性，降低损耗。高压直流输电，包括换流器、换流变压器、滤波器、无功补偿设备等。它通过换流站的整流电路将三相正弦交流电变为直流电，经过输电线路的输送，到达配电站，再经过逆变电路将直流电变为交流电，并分配给用户使用。

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高压直流输电包括轻型直流输电、特高压直流输电、柔性直流输电等，适合于远距离大容量送电，在西电东送、南北互供等方面发挥了重要作用。
        2.3 节能降损环节的应用
        变负荷电动机调速运行方式、控制无功损耗方式是电力系统中常用的调节损耗的方式，这两种损耗方式是电工电子系统环节降低损耗的两种控制方法。在电力系统中控制耗能最好的方式就是降低电动机耗能，通过使用技术将变负荷电动机进行调速，进而据可以有效的控制耗能。目前对于变负荷中主要采用技术调控，主要调控方面有：风、水流等方面，从整体上提高了调节效率和进度，扩大了适用范围，甚至还实现了无极调速。这项技术虽然整体上能降低耗能，具有一定的优点同时也不可避免存在一些缺点，例如：占总投资比重达，容易造成污染，对于变负荷电动机的使用效果还需要不断的进行研究、实验。电动机两个设备，它们在工作时共同发挥作用，在保证正常供电的情况下保证电路的运行安全。电力系统在运行过程中必要保障平衡和稳定，才能保障电气设备的使用安全,因此，可以在运行过程中采取措施，采用无功补偿装置，对系统进行控制，还能提升使用功率。
        2.4 在PWM控制技术中的应用
        在PWM（Pulse Width Modulation，对脉冲的宽度进行调制）控制技术方面，电力电子技术得到了充分体现。PWM控制技术的主要内容是通过对脉冲宽度进行合理调节来获取对应的波形信息。面积等效原理是PWM技术的重要依据，就是在控制力的影响下，确保形状不同、面积相等的窄脉冲在某一阶段中，能够和最终的相应波保持高度的一致性。出现这种情况的原因主要是，PWM逆变器装置的电流与电压谐波分量造成的转矩脉冲对固定转子产生了一定作用，并因此限制了逆变器工作频率。由于PWM控制技术本身的适用性特点，在逆变电路中得到了广泛的应用。
        3 电力系统电力电子化的趋势与制约因素
        在这个过程中仍然存在以下制约因素。a．政策与应用需求。一方面，电力电子器件价格敏感度较小，产品线较长;电力电子设备的一次性投资高，使用年限较长，产品迭代速度较慢，使得国产化电力电子器件得到市场关注不多。因此需要注重电力电子技术积累，保证国内电力电子市场正常发展，确保在新能源、电动汽车大规模发展时，不在电力电子技术上受限。另一方面，电力系统的电力电子化变革在国家整体发展规划方面一直欠缺，因此有必要研究制定统一的电力系统电力电子化发展规划，协调电力系统与其他部门、产业共同发展。b．资金与相关技术。一方面，电力系统电力电子化是一种长期的发展过程，涉及系统的方方面面，系统升级投资大，且有些直接效益不明显，如各级储能站的建设;有些短期效益不明显，如电动汽车充电桩。为了保证电力系统的安全稳定性，应确保系统电力电子化变革的资金和技术满足长期发展要求;另一方面，电力电子化相关的技术分布十分广泛，涉及诸多领域，且各领域方向之间多有联系。电力电子研究的方向划分和整体统筹难度较大，迫切需要制定电力电子技术发展路线图，统一协调电力电子技术发展。
        结束语
        电子电工技术由于其专业基础性及行业适用性，一直都是现在和未来研究的重点。电力电子器件的发展关乎电子电力技术的整体发展，电子电工技术的基本设备设施系统在电源、调速、电力配电几个方面得到了广泛的运用。这一技术的运用无论是对于传统工业来说还是电子技术，还是一些高科技的发展行业的发展都有直接的关系。
        参考文献
        [1]苏敏.电子电工技术在电力系统的应用与探究[J].电子技术与软件工程，2015(01):251-252.
        [2]高雪英.电力系统中电子电工技术及网络化技术的运用研究[J].信息记录材料,2019, 20(05):122-123.