电力电子技术的应用状况.doc

电力电子技术的应用状况 摘 要：介绍了电力电子技术的发展和在电力系统发电输电配电等各系统中的应用并预测了其发展趋势及在电力系统中的应用前景。关键词: 电力电子技术；电力系统 Application of Power electronic Technology in electric Power SystemsAbstract：The paper describes the development and the application of power electronic technology in electric power systems。Future development trend is given in the paper too。Key words：power electronic technology； electric power systems ；Transmission前 言电力电子技术是综合了电子技术控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。作为一门学科其发展始于1956年贝尔实验室发明晶闸管，其后经历了上世纪六七十年代的整流器时代，七八十年代的以0-100HZ的GTR,GTO为主角的变频调速、高压直流输出、静止或无功补偿等中低频范围应用的逆变器、变频器时代，至八九十年代以功率MOSFET和IGBT为代表,集高频高压和大电流于一身的功率半导体复合器件的出现,表明以低频技术处理问题为主的传统电力电子技术已进入以高频技术处理问题为主的现代电力电子时代。电力电子技术是电工技术中的新技术,是电力与电子技术强电和弱电技术的融合,已在国民经济中发挥着巨大作用,对未来输电系统性能将产生巨大影响。目前电力电子技术的应用已涉及电力系统的各个方面,包括发电环节输配电系统储能系统等等。 其有关最新研究成果介绍如下。1、发电系统电力电子技术在发电环节的应用以改善发电机组等多种设备的运行特性为主。1）大型发电机的静止励磁控制。晶闸管整流自并励静止励磁结构简单，可靠性高造价低，已为世界各大电力系统广泛采用。因省去中间惯性环节励磁机，故而调节快速，利于先进的控制规律充分发挥作用。2) 水力、风力发电机的变速恒频励磁。为获得水力、风力发电的最大有效功率，应使机组变速运行。作为技术核心的变频，电源通过调整转子励磁电流的频率使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。3）发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均为8%而风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%且运行效率低，但若用变频调速则可节能。低压变频器技术已非常成熟，但可生产高压大容量变频器的企业不多。4）太阳能发电控制系统。太阳能电池阵列直流电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功能的逆变器，日本以34KW的户用并网发电系统为主，我国以1015KW的独立系统居多，美国则有7.2MW太阳能发电厂的大型系统。2、输入系统2.1 柔性交流输电技术电力电子技术与现代控制技术结合的柔性交流输电技术对电力系统电压、参数、相位角、功率潮流的连续调控可大幅降低输电损耗，提高输电能力和系统稳定水平。FACTS控制器已有数十种，包括静止无功补偿器、静止调相机、串联补偿器、晶闸管控制串联电容器、统一潮流控制器可转换静止补偿器，都是通过快速、精确、有效地控制电力系统中一个或几个变量如电压功率阻抗短路电流励磁电流等来增强交流输电或电网的运行性能。近年来柔性交流输电技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用，国内也有深入的研究和开发，但只有清华大学和河南省电力公司联合开发的新型静止无功发生器 具有自主知识产权。2.2 高压直流输电技术远距离高压直流输电优越性很多;相同的电压和导线截面下输出极限功率大,传送相同的功率时损耗小、压降小、线路投资低。但直流输电线路首、末端要接入晶闸管相控整流和有源逆变器，它们都以三相全控桥电路为基本单元，即由多个三相桥变换器串、并联组合成复合结构变换器，每个三相桥变换器中A、B、C、三相上下桥臂由许多晶闸管串联组成。 1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成标志着电力电子技术正式用于直流输电，此后新建直流输电工程均采用晶闸管换流阀新一代HVDC 技术采用GTO等可关断器件及脉宽调制等技术。因省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可使中型直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力。而且可关断电力电子器件可避免换相失败，对受端系统的容量没有要求。故可用于向孤立小系统、海上石油平台海岛、城市配电系统供电以及接入燃料电池光伏发电等分布式电源。目前全球已建直流输电工程超过60项，其典型工程有：巴西伊泰普直流输电工程，丹麦直流输电工程有世界最长的242km海底电缆。电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展而应用领域更加广泛，应用性能更加完善可靠，并引起了电力系统的重大变革，新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿。参 考 文 献1 陈 坚 电力电子变换和控制技术。北京：高等教育出版社，2004。2 崔学祖