电力电子技术在电力系统中的应用

　电力电子技术作为电工技术中的一门新技术，它融合了电力与电子技术，是新能源发电的关键性技术，它与新能源发电技术的开发利用及人们的生活水平息息相关。近年来，随着科技水平的不断提高，出现了许多新的结构器件和材料，这些器件和材料被广泛应用于各行各业中，这为电力电子技术在电力系统中的应用拓展了空间，同时也促进了电力电子技术的发展。就目前情况而言，电力电子技术在电力系统中的应用主要包括在发电环节中的应用、输电环节中的应用、配电环节中的应用和节能环节中的应用等，下面我们对此进行详细的探讨。
1、在发电环节中的应用
电力电子技术在发电环节中的应用，主要的目的是为了改善发电环节中设备的运行特性。发电环节中涉及到的机械设备主要包括：发电厂风机水泵、太阳能控制系统、水力和风力发电机、大型发电机等。
1.1 发电厂风机水泵的变频调速
发电厂风机水泵的耗电量占整个发电设备耗电量的一半以上，且其运行的效率非常低。对发电厂风机水泵进行变频调速可以降低其耗电量，从而实现节能。在对发电厂风机水泵进行变频调速时一般采用的是高压或低压变频器，而低压变频技术已经非常成熟，并有完整的低压变频产品，高压变频方面的技术相对来说不是很精湛。
1.2 太阳能控制系统
太阳能作为一种新能源，对人类的贡献可谓十分巨大，它是未来能源结构调整的方向和重要战略方式。大功率太阳能发电，不管是并网还是独立系统，一般都要进行直流电向交流电的转换。因此，太阳能控制系统的核心是逆变器，它具有最大功率跟踪功能。
1.3 水力和风力发电机的变速恒频励磁
水头的流量和压力决定了水力发电机的有效功率，机组的转速随着水头的变化幅度发生变化。风力发电的有效功率与风速之间是三次方正比的关系。对机组进行变速运行，可使风力发电获得最大有效功率。此外，对转子励磁电流的频率进行调整，可确保输出频率恒定。水力和风力发电机的变速恒频励磁技术的核心在于变频电源。
1.4 对大型发电机的静止励磁进行控制
静止励磁具有造价低、结构简单和可靠性强等特点，采用的是晶闸管整流自并励的方式，静止励磁在世界各大电力系统中被广泛应用。电力电子技术对大型发电机的改善，省去了励磁机，从而达到了快速调节的目的，为大型发电机的静止励磁控制创造了有利的条件，并获得了良好的效果。
2、在输电环节中的应用
2.1 轻型直流输电（HVDC Light）和直流输电（HVDC）技术直流输电具有控制调节灵活、输电容量大和稳定性好等特点，在海底电缆输电和远距离输电的过程中，高压直流输电有很
大的优势。随着科学技术的进步，直流输电技术得到了很大的发展，产生了新的突破。轻型直流输电的问世和发展，解决了用直流电输电中所遇到的难题，使得直流电可以向无交流电源的负荷点送电。轻型直流输电应用脉宽调制技术进行无源逆变，它采用的换流器是由IGBT 等可关断电力电子器件组成的，是一种在直流输电基础上的创新技术。
2.2 FACTS 技术
FACTS 技术指的是柔性交流输电技术，它出现于上世纪八十年代后期，它的优势在于可以实现对交流输电功率潮流的控制，提高电力系统的稳定性。部分FACTS 设备的种类及功能，如表1所示。

表1 FACTS 设备的种类及功能
3、在配电环节中的应用
配电环节中的重要问题是如何提高电能质量和加强供电的可靠性，对这一问题的解决是电力电子技术在配电环节中的应用的主要任务。电能质量控制需要满足两方面的要求，分别为：抑制各种瞬态的干扰和波动及满足对频率、电压、谐波的要求。电力电子技术在配电环节中的应用，被称为DFACTS 技术。DFACTS 技术是一种在FACTS 技术的基础上发展而来的新技术。这两种技术功能相近，结构和原理相同。部分DFACTS 设备及其在配电环节中的功能，如表2 所示。
4、在节能环节中的应用
4.1 减少无功损耗，提高功率因素
在电气设备中，变电器等设备在运行时既消耗有功功率还消耗无功功率。因此，无功与有功电源相类似，都是确保电能质量不可或缺的重要组成部分之一。在电力系统中，保持无功平衡具有重要的意义，如果无功没有达到平衡，系统的电压将会降低，功率因数会下降，设备会遭受破坏，甚至会出现电压崩溃和发生大范围的停电事故。所以，增加无功补偿设备在电气设备的无功容量不足时是非常有必要的，这可以提高设备功率的因素。 4.2 变负荷电动机调速运行
电力电子技术在节能环节中的应用，主要包括两个方面，分别为：变负荷电动机的调速技术和电动机本身技术的应用。
目前，水泵和变负荷的风机采用交流调速在我国的应用还不是很广泛，国外对这一技术的应用相对来说比较多。在水泵和风机等机械设备中采用交流调速具有很好的效果，它有效率和精度高、调速范围广的特点，并且具有节能的作用，省电量高达30%，其不足之处是成本较高，产生的高次谐波对电网有污染。但是，尽管如此，它在矿山、冶金和社会生活中的应用依然很广泛。变频控制水泵流量和阀门控制，分别如图1 和图2 所示