電力系統中的電力電子技術應用

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關鍵詞：電力電子技術；電力系統；電力電子器件

電力電子技術是計算機技術在電力系統中的具體體現，伴隨著現代計算機技術、信息化技術的不斷創新和發展，電力電子技術在電力系統中的應用越來越深入。電力電子技術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，讓電能在社會生產與人們生活中發揮更大的作用。電力電子技術在電力系統中的運用越來越廣泛和深入。相關數據顯示，在發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備處理后輸送出去的。沒有電力電子技術的支持，發展現代化高技術電力系統也就無從談起。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施。此外，柔性交流輸電也要依托于電力電子設施才能夠正常運行。當下，電力電子設施在電力系統中有著非常廣泛的應用，在推動電力系統不斷改進和完善上發揮了重要作用。

1電力電子技術的發展

從20世紀50年代中期到70年代末期，電子電力技術以晶閘管為基礎獲得了大范圍的應用。電力電子技術在促進現代電力系統發展上發揮了至關重要的作用，并對傳統晶閘管進行了優化與升級，增加了可控硅整流設施，該裝置的出現標志著電力電子技術獲得了質的飛躍。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為核心的變流器時代[1]。因此，可控硅整流設施的應用預示著電子電力技術的正式問世。電子電力技術在被發明之后，在電力系統中就有著較為廣泛的應用，并在之后經歷了三次重大的發展。基于第一代電力電子技術生產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]。在電子電力技術出現之后，對傳統的汞弧整流器產生了巨大沖擊，并在極短的時間內完全取代了汞弧整流器，為電力電子技術的未來發展提供了巨大幫助。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]。隨著電子電力技術的不斷創新與發展，當下整流二極管的類型豐富多樣，能夠實現的功能也更加完善和強大。緊接著到20世紀70年代末期，產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上，實現了自動關斷功能[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速度有了質的飛躍，能夠滿足更多的高頻率開關運行電路中。電力電子技術在發展到20世紀90年代時，出現了第三代電力電氣器件，并且隨著電力系統的進一步發展和完善，對電子電力器件的結構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，內部結構布局也更加密實。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的不同電力器件聯系起來，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電力電子技術在電力系統中的應用

2.1靜止無功補償裝置

通常情況下，該補償裝置主要實現的功能是強化輸電系統的可靠性、提高電能品質以及閃變抑制等。以往交流電網中使用的機械控制效果不理想，不僅控制動作遲緩、不連續，同時精準性也較低，隨著靈活交流輸電系統技術的運用，有效解決了這樣的問題，在改善輸電系統的輸電效能、潮流控制水平、保障電力系統可靠性與降低系統振蕩上發揮了關鍵性的作用。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，前者并聯后與后者串聯起來，在調整晶閘管觸發延遲角參數后，就能夠得到不同的電流值，從而實現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秀的調節速度、運行范圍更廣泛，同時在引入多電平與PWM技術等手段之后，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，主要是由于在電網上并聯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量，從而進行動態無功補償。

2.2高壓直流輸電技術

高壓直流輸電是指將發電廠產生的交流電，利用換流器轉變為直流電，之后依托于輸電線纜將直流電傳輸到目的地，緊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勢，不僅能夠提高電能傳輸的功率，同時也能夠有效降低線路建造成本，還可以加強對電能傳輸的控制，因此，高壓直流輸電能夠很好的滿足現階段高電壓大流量、遠距離輸電以及異步聯網的需求。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、電能損耗率低的優勢，在電能輸送過程中還具有很好的穩定性，能夠進行額定頻率不相等電網的相互連接，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，還可以實現輸電設施的分級分期構建，也能夠為后期的增容擴建提供支持。根據直流聯絡線方式的不同，可以將直流輸電工程劃分為四個方面，即單級、雙極與同級聯絡線、背對背直流輸電模式。如圖2所示為雙極聯絡線系統原理圖。

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）根據獲得的分量屬性，補償設施會產生一個與該分量數值相同、極性不同的補償分量；（3）利用產生的分量將諧波電流中的分量中和掉，使得導入到電網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勢，一方面能夠產生很好的動態響應速度，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阻抗所限制，在抑制諧波方面發揮了重要的作用。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；補償電路發生電路是依照獲得的分量值，發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結語

綜上所述，通過電力電子技術的運用，有效推動了我國電力系統的快速發展。在現代計算機技術與電力技術迅猛發展的背景下，電力電子技術也在各種新技術支持下獲得了更好的發展。但是，當下電力電子技術在實際運用過程中，其穩定性依舊無法滿足設計需求，這也是今后電力電子技術創新要重點解決的問題，保障電力系統的高效、穩定運行。

參考文獻

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[2]彭情，潘元忠，譚文.電力電子技術在電力系統及智能電網發展中的地位與作用[J].輕工科技,2015,31(03):42-43.

[3]沈學良.電力電子技術與諧波抑制、無功功率補償技術研究綜述[J].中國新技術新產品,2017(12):68-69.

[4]林雄金.電力電子技術發展及其在電力系統中的應用探討[J].通訊世界,2013(21):124-125.

[5]曹海彬,徐波,樊志偉，趙樹勇.電力電子技術在電力系統中的應用及前景[J].農家參謀,2019(09):236.

[6]楊濤.綜述現代電力電子技術在電力系統中的發展現狀[J].科技風,2020(05):196.

[7]錢昕.關于電力電子技術在電力系統中的應用研究[J].山東工業技術,2017(04):150.

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

作者：頡風 單位：包頭供電局