电力电子技术试卷在电力系统中电力电子技术的应用

电力电子技术试卷在电力系统中电力电子技术的应用 摘 要：近些年来，随着计算机技术的不断进步与发展，现代计算机技术为现代的控制技术提供了强有了的技术支持。于此同时，新材料和结构器件的研究及使用极大地促进了电力电子技术的发展，使得电力电子技术在各行业中有了广泛的运用。本文的重点是介绍电力电子技术在电力系统中的运用，分别阐述电力系统中的“发电环节”、输电环节、“配电环节”以及“节能环节”四个环节中电力电子技术的运用。本文的提出，旨在为有关电力部门提供一点理论上的依据。 关键词：电力系统；电力电子技术；应用 1 电力电子技术的发展 随着20世纪50年代末第一只晶闸管的问世，电力电子技术便登上了历史舞台，在这以后的几年里，电能的控制经历了从旋转交流机组到电力电子器件构成的交流器机组的转变，这一过程的转变标志着电力电子技术的真正诞生。在随后的几十年里，电力电子技术依次经历了第一代电力电子器件、第二代电力电子器件以及第三代电子器件的过渡。在第一代电力电子器件中，电力二极管和晶闸管作为典型的代表器件，这些器件的小体积、低功耗等优点使得他们有了极其广泛的运用，第一代电力电子器件的普及为电力系统的发展起到了巨大的推动作用。随着可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、电力晶体管(GTR)、静电感应晶体管(SIT)、MOS控制晶闸管(MCT)、电力场控晶体管(MOSFET)等通断两态双可控器件的问世，标志着电力电子器件已经实现了从第一代到第二代的过渡，之后，由于电力电子技术发展的要求，又进入到了第三代电力电子器件的时代，相比第一、二代电力电子器件，第三代电力电子器件有着明显的优势，因为它更注重电力电子技术的环保性、节能性、自动性以及智能型。 2 电力电子技术在电力系统中的应用 上个世纪80 年代，由于相关技术的不断发展及更新，提出了柔性交流输电理念，因为这个概念的提出，使得很多的研究人员开始将注意力转向电力电子技术在电力系统中的应用上来，也正因为如此，在以后很短的一段时间里，相继出现了多种电力设备，这为电力系统的发展提供了契机。根据自身多年的工作经验以及其他研究人员的研究成果，笔者将从电力系统中的“发电环节”、输电环节、“配电环节”以及“节能环节”四个环节分别阐述电力电子技术的应用。 2.1 电力电子技术在发电环节中的应用 电力系统的发电环节是一个比较复杂的环节，因为它的运行涉及到发电机组的很多种设备，在发电环节容易出现问题，正因为如此，将电力电子技术应用到发电环节就显得很有必要，在此环节中，电力电子技术的主要目的是为了改善这些设备的运行特性。在静止励磁的环节中，通常都会采用晶闸管整流自并励连接方式，因为这样做除了具有设备结构简单、工作运行时可靠性高的优点外，还能降低该过程的的造价，因此晶闸管整流自并励方式已经被世界很多大型电力系统所采用。电力电子技术的介入，省去了励磁机环节，使其大大的加快了自身的调节性能，不仅如此，还为其提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。水头压力和流量是决定水力发电有效功率的因素，当水头压出现较大的变化幅度时，机组的最佳转速变将会受到较大影响。虽然与水力发电不完全一致，但是风力发电有着相似的变化特点，因为在风力发电系统中，风力发电的有效功率和当时的风速的三次方成正比关系，风速的变化将直接影响到风车能捕捉到的最大风能。通过以上水力和风力发电系统中的一些特点的分析，我们知道，如果想获得最大的有效功率，可以通过将机组变速来实。变频电源是这项应用的技术核心。另外，在电力系统的发电环节，可以通过使用一些较低电压或高压的变频器来使水泵实现变频调速，这样做可以达到一定的节能目的。正因为低压变频技术的这些优点，使得它一度成为一个研究的热点，如今，该技术已经非常的成熟，国内外已经有了很多的生产厂家。但是同时具备高压大容量变频器设计很生产的企业却很少，这方面的技术还有待我们的深入研究。 2.2 电力电子技术在输电环节中的应用 在高压输电系统中，通过将电力电子技术运用进去，引发了一次电力系统中的革命，这次革命被称之为“硅片引起的第二次革命”，因为电力电子器件的应用，极大地改善了电力网的稳定性。相比交流输电，直流输电具有很明显的三个优点：输电容量大；稳定性好；容易控制。正因为如此，在电力输送的环节，通常都是采用直流输电。对于一些距离较远的电力输送以及一些特殊的电力输送，高压直流输电拥有其自身独特的优势。1970 年第一项晶闸管换流器的问世，标志着电力电子技术正式应用到直流输电环节，从那以后，世界上所有的新建直流输电系统基本上都是采用晶闸管换流阀。从此，电力电子技术正式迎来了它在电力输送环节中的应用巅峰期。FACTS 技术是在电力电子技术的基础上发展出来的一项输电技术，FACTS 技术是在 20 世纪80 年代后期发展出来的。它除了可以灵活的对交流输电功率进行控制外，还可以极大地提高电力系统的稳定性。 2.3 电力电子技术在配电环节中的应用 在目前的配电系统中，供电可靠性和电能质量是两个重要的环节，但是目前世界上还没有几个发电系统能将这两者存在的问题处理的很好，所以，如何保证供电的可靠性以及提高电能的质量是配电系统中迫切需要解决的问题。在这两个环节中，电能质量的保证显得更为棘手，因为要实现对电能质量的控制，除了要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求外，更要抑制各种瞬态的波动和干扰的影响。电力电子技术在一定程度上能够满足这些要求，DFACTS 技术就是电力电子技术配电系统中应用的一个体现，它结合了现代控制技术，在某种意义上，可以把 DFACTS 技术认为是 FACTS 技术的缩小版本，因为他们的原理以及结构都是相同的，最主要的是他们的功能大体相似。 2.4 电力电子技术在节能环节中的应用 （1）变负荷电动机调速运行：电力电子技术能够在节能环节中起到变负荷电动机调速运行的作用，变频调速具有以下几个方面的优点：调速范围广；精确度和效率高；能实现连续无级调速。正是因为以上的优点，使得在调速过程中降低了转差损耗，节电率通常都可以达到35%左右。 （2）减少无用功损耗，提高功率因数：在电气设备中，对于一些感性负载，例如变压器和交流异步电动机，他们在工作的时候，不像其他的电气设备一样，他们不仅要消耗有功功率，还要消耗一部分的无功功率，对于无功功率这一部分能量，它的消耗对实际的电能生产是没有任何帮助的，但是在电力系统中却要保持无功功率的平衡，因为这样能够阻止系统中的电压降低，对电气设备起到了保护作用。所以，电力网或者电气设备一旦出现无功功率容量不足时，应该及时的增加相关的无功功率补偿设备，以便提高设备的功率因数。 3 结语 本文主要从电力系统的四个环节（“发电环节”、输电环节、“配电环节”以及“节能环节”四个环节）分别阐述了电力电子技术的应用，虽然这几个环节已经较全面的概括了电力电子技术在电力系统中的应用情况，但是希望相关的研究者继续深化这方面的研究，为世界电力系统的快速稳定