发电系统中电力电子技术的应用

发电系统中电力电子技术的应用

许晨

宿州职业技术学院安徽宿州234000

摘要：电子电力技术已经渗入到我们日常生活的方方面面，而且给我们带来了极大地方便。电子电力技术的发展变化也是日新月异的。在这短短的几十年里已经取得了极大的进步，我们相信在这高科技极速发展的时代，电力电子技术将会进入一个更高的层次。

关键词：发电系统；电力电子技术；应用

1电力电子技术发展史

1.1整流器时代

在全球范围内交流发电机的普及，它提供了大规模的工业用电，小部分领域使用直流电，主要是用在电解、电动通勤车、电力机车、地下铁路、城市交通电车等领域。硅质整流器有效地实现AC/DC转换，随着时代的发展，硅整流器和晶闸管的取得了很大的发展，应用技术日渐成熟，在中国取得了广泛的应用。

1.2逆变器时代

能源危机一直笼罩着全球。由于节能效果明显、转换效率高、启动快。逆变器由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、电动工具、计算机、电视、照明等家用和生活电器中。虽然电力电子技术可以实现整流和逆变，但频率最低，无法高频工作。

1.3变频器时代

大规模集成电路技术的发展促进了变频器的发展。新型功率器件也运用而生，其中高频器件的开发和双极型晶体管，在电源的技术应用提供了新的机会。科技的发展、新的电子产品的发展，使高频交流电机成为可能，技术让其更加可靠，在高频电子技术、节能材料、机电一体化等发展为电力电子技术的发展奠定了基石。

2制约电力发展的因素

电力的发展还有一些不足之处亟待改机。其一，消费水平不足，电量的消费远远不到世界的人均水平，工业企业发展对电力的需要量大，其二是人均能源资源严重匮乏，能源产出效率低，对煤炭等能源依赖严重，条件差。用电的结构和供电设计有待提高。要实现电力稳步与有规划的发展，就要在全国范围统筹能源等资源的分配和调配，建立起综合的能源系统。2016年国民经济生产总值74.41万亿元。国民经济的完美开局，也带动了整个国内用电量的增长。2016年，全社会用电量5.92万亿千瓦时，同比增长了5.0%，好于此前预期。自2015年开始电力的改革以来，目前电力的改革试点已启动，为进一步推进改革奠定了良好基础，电力的改革的突破值得期待。要加快能源使用技术的发展和电力电子技术等新技术的融合发展，加快创新和快速发展。电能是清洁、优质、高效的能源，大力优化电源和电能可以促进社会生态的良性发展。随着电力电子技术的发展和壮大，为电力带来了颠覆性的变化和新机遇，大大地改变了电力的使用传统。

3发电系统中的应用

3.1发电厂风机水泵的变频调速

在发电厂的风机水泵设备来说，在运行过程中需要消耗大量的电能，甚至会占到整个电厂用电量的60%，但同时所产生的效率还比较低。为了更好的解决风机水泵设备效率低的问题，发电厂也逐渐开始应用变频调速，这对电能利用率的提高具有重要作用。在风机水泵中通过安装高压或低压变频器，实现变频调速，进而达到节能目的，而且变频调速技术的优点主要表现为节能效果明显、调节方便、维护简单等，因此在多个系统中都得到了广泛应用。风力发电中风车能够捕捉到的风速，与转速之间具有一定的相关性，风速三次方与有效功率之间呈正比例关系。因此，通过对转子励磁电流频率进行有效调整之后，就能够实现机组变速运行，确保最终得到的有效功率能够达到最大值，实现输出频率恒定，即励磁电流频率在叠加转子转速后，其定子频率能够有效保持。其中需要注意的是，变频电源是应用变速调频技术的核心部分。就目前的风力发电系统来看，在各种容量的系统中都广泛的应用了电力电子设备。风力发电机装置设备的组成部分包括电气系统、储能设备、塔架、传动系统、风轮、发电机等零部件。在整个风力发电系统当中，需要着重关心的问题就是设计风能利用效率系统，同时还需要保证风力发电机系统的安全、稳定，确保能够正常运行，满足人们的用电需求。

3.2在输电环节中的电子电力技术

在输电系统中使用电力电子技术，就是在高压输电过程中应用新的电子电力技术，在应用后，电力网的运行安全与稳定得到大幅度提升。

3.2.1轻型高压直流输电与高压直流输电

通过转流站就三相交流点转换成直流电，相应的直流输电线路将转换成的直流电输送到另一个换电站，最终再次转换成三相交流点，这种输电方式就是高压直流输电，其优点主要为控制调节灵活、输电稳定性好、容量大等。当前在我国电网联网、西电东送等工程项目中都应用有效应用高压直流电，在“八交五直”交直流并联运行大电网中发挥出了重要作用。

在中型直流输电工程当中通过搬迁流站，这样即使在输送距离较短的项目当中，其也会具有一定的竞争力。同时在换流器当中所使用的各种电力电子期间都是可关断的，这样在实际运行的过程中就可以根据实际情况对电力电子期间进行针对性选择，避免出现换相失败现象，而且对受端系统的容量也没有提出明确的要求，因此供电就可以通过孤立小系统来实现，随着科学技术的发展在未来还可以顺利接入城市配电系统，实现城市供电。直流输电技术在近几年得到了进一步的发展，利用IGBT等器件组成的轻型直流输电能够直接借助脉宽调制技术实现无源逆变，这样一来直流输电向无交流电源负荷点电力输送问题就能够得到很好解决。而且从另一方面来说，相较于直流输电轻型直流输电的设备得到大幅度简化，大大减少了成本支出。1997年，全球第一例轻型直流输电工业性试验工程正式投入运行，其电压源转化器就是由单一IGBT组成。

3.2.2柔性直流输电

柔性直流输电（VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission，VSC-HVDC）技术，它的核心是电压源换流器，使用换流站和直流输电缆，升级、换代了原先的直流输电技术。有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点，柔性直流输电在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有较强的技术优势。就目前全球的电力电子技术来说，柔性直流输电技术也站在了应用领域的制高点，是国际上公认的最具有技术优势的风电场并网手段。

3.2.3柔性交流输电

在1986年，美国电力专家N.G.Hingorani正式提出柔性交流输电技术，也可以将这一技术称为灵活交流输电技术。柔性交流输电技术可以看作是现代电力系统和电力电子技术的结合产物，其中可控硅元件取代了原先所使用的机械式高压开关，其功率大、可靠性高，将具有综合功能的电子电子装置放在整个系统但中的关键位置，进而实现快速、灵活的控制系统当中的主要参数，合理分配输送功率，在减少发电成本的同时，其功率损耗也大大降低。此项技术是实现电力系统安全经济、综合控制的重要手段。目前在电网或交流输电运行中所应用的FACTS控制器，其中含有SSSC（串联补偿器）、PSS（静止快速励磁器）、STATCON（静止调相机）、SVC（静止无功补偿器）等多个零部件。在近几年，巴西、瑞典、日本、美国等国家已经部分超高压输电工程中逐渐应用柔性交流输电技术，我国也逐渐开始深入开发和研究FACTS。

结论

综上所述，电力电子技术广泛应用于电力、家用电器、水力发电、风力发电、原子核能发电、交通等领域，发展势头良好。电力电子技术在社会的发展与人民生活水平的提高上贡献出自身的技术力量，提供了优质的“动力”源泉。随着科技的发展，社会的前进，在对应用技术的研究和电力电子技术的更新方面，将会有更大台阶的提高，人们对于未来电力技术的发展充满希望。

参考文献：

[1]杨灿英.外商直接投资理论与实务[M].南京：南开大学出版社，2016.

[2]黄先海.中国制造业贸易竞争力的测度与分析[J].国际贸易问题，2016（05）.