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1、电力电子技术在电力系统中的应用lijuan导语：电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、当代控制技术为支撑的技术平台。【摘要】电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、当代控制技术为支撑的技术平台。文章介绍了电力电子技术在电力系统各个环节中的应用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；应用；直流输电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交融，已在国民经济中发挥着宏大作用，对将来输电系统性能将产生宏大影响。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。一、发电环节电力系统的
2、发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。一大型发电机的静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有构造简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因此具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。二水力、风力发电机的变速恒频励磁。水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时尤其是抽水蓄能机组，机组的最正确转速亦随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运
3、行，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。此项应用的技术核心是变频电源。三发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均为8%，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。使用低压或者高压变频器，施行风机水泵的变频调速，可以到达节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有诸多的消费厂家，并有完好的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和消费才能的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧结合开发。四太阳能发电控制系统。开发利用无穷尽的干净新能源太阳能，是调整将来能源构造的一项重要战略措施。大功率太阳能发电，无论是独立系统还是并网系统，通常需要将太阳
4、能电池阵列发出的直流电转换为沟通电，所以具有最大功率跟踪功能的逆变器成为系统的核心。日本施行的阳光方案以34kW的户用并网发电系统为主，我国施行的送电到乡工程那么以1015kW的独立系统居多，而大型系统有在美国加州的西门子太阳能发电厂7.2MW等。二、输电环节一柔性沟通输电技术FACTS柔性的沟通输电技术是上世纪八十年代后期出现的新技术，近年来在世界上开展迅速。柔性沟通输电技术是指电力电子技术与当代控制技术结合，以实现对电力系统电压、参数如线路阻抗、相位角、功率潮流的连续调节控制，进而大幅度进步输电线路输送才能和进步电力系统稳定程度，降低输电损耗。传统的调节电力潮流的措施，如机械控制的移相器、
5、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等，只能实现局部稳态潮流的调节功能，而且，由于机械开关动作时间长、响应慢，无法适应在暂态经过中快速柔性连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。因此，电网开展的需求促进了柔性沟通输电这项新技术的开展和应用。到目前，FACTS控制器已有数十种，按其安装位置可分为发电型、输电型和供电型3大类，但共同的功能都是通过快速、准确、有效地控制电力系统中一个或者几个变量如电压、功率、阻抗、短路电流、励磁电流等，进而增强沟通输电或者电网的运行性能。已应用的FACTS控制器有静止无功补偿器SVC、静止调相机STATCON、静止快速励磁器PSS、串联补偿器SSS
6、C等。近年来，柔性沟通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。国内也对FACTS进展了深化的研究和开发，每年都有数篇论文发表，但是具有自主知识产权的FACTS设备只有清华大学和河南省电力公司结合开发的20Mvar新型静止无功发生器ASVG二高压直流输电技术HVDC1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧阀换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。新一代HVDC技术采用GTO、IGBT等可关断器件，以及脉宽调制PWM等技术。省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输
7、电工程在较短的输送间隔也具有竞争力。此外，可关断器件组成的换流器，由于采用了可关断的电力电子器件，可防止换相失败，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、海岛供电，今后还可用于城市配电系统，并用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。目前，全球已建成的直流输电工程超过60项，其中具有代表性的工程有：1天生桥广州直流输电工程2001年500kV，1800MW，980km2三峡常州直流输电工程2003年500kV，3000MW，890km3三峡广州直流输电工程2004年500kV，3000MW，962km近年来，直流输电技术又有新的开展，轻型直流输电采用IGBT等可关断电力电子器
8、件组成换流器，应用脉宽调制技术进展无源逆变，解决了用直流输电向无沟通电源的负荷点送电的问题。同时大幅度简化设备，降低造价。世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的轻型直流输电工业性试验工程于1997年投入运行。三静止无功补偿器SVCSVC是用以晶闸管为根本元件的固态开关替换了电气开关，实现快速、频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电系统的导纳。SVC可以有不同的回路构造，按控制的对象及控制的方式不同分别称之为晶闸管投切电容器TSC、晶闸管投切电抗器TSR或者晶闸管控制电抗器TCR。我国输电系统五个500kV变电站用的SVC容量在105170Mvar，均为进口设备，型式为TCR加TSC或者机
9、械投切电容器组。国内工业应用的TCR装置大约有20套，容量在1055Mvar，其中一小半为国产设备。低压380V供电系统有各类TSC型国产无功补偿设备在运行，但至今仍没有一套国产的SVC在我国的输变电系统运行。三、配电环节配电系统迫切需要解决的问题是怎样加强供电可靠性和进步电能质量。电能质量控制既要知足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和当代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力CustomPower技术。用户电力技术CP技术和FACTS技术是快速开展的姊妹型新式电力电子技术。采用FACTS的核心是加强沟通输电系统的可控性和增大其电力传输才能;开展C
10、P的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和进步供电质量。CP和FACTS的共同根底技术是电力电子技术，各自的控制器在构造和功能上也一样，其差异仅是额定电气值不同，目前二者已逐渐交融于一体，即所谓的DFACTS技术。具有代表性的用户电力技术产品有:动态电压恢复器DVR，固态断路器SSCB，故障电流限制器FCL，统一电能质量调节器PQC等。四、其他应用一同步开断技术实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。美国西屋公司已制造出13KV、600A、由GTO元件组成的固态开关，安装在新泽西州的变电站中使用。GTO开断时间可缩短到1/3ms，这是一般机械开关无法比较的。如今，由固态开关构成的电容器
11、组的配电系统“软开关已问世。二直流电源很多负载必须使用直流电源，世界上发电总量的2030%以上直流电形式消费，如电镀、电解等需要大容量可控整流电源。有些是可以进步产品质量而用直流电源如直流电弧炉炼钢，直流电焊机。以直流焊机为例，过去直接电焊供电电源是电焊用直流发电机其特殊构造可以实现电流的陡降情况，但它的效率只有30%，重200300kg，以后晶闸管供电的直流焊机效率可达75%重在100kg左右，而采用IGBT高频逆变的直流焊机，效率在85%以上，重量只有2030kg，且其控制特征好，可以实现恒流、恒压焊接，脉冲焊接等工艺要求，保证了焊接质量。三不连续电源UPS和各种ACDC、DCAC开关电源
12、程控交换站，计算机、电视、医疗设备、航天、航海舰艇及家电上，都广泛应用开关电源，这些开关电源都采用高频化技术，使其体积重量大大减小，能耗和材料也大为降低。为进步电源的单位功率密度，开关电源高频化是开展的方向。为减少由于频率进步而使开关损耗增加的问题，进而开展了各种软开关技术。四各种频率的全固态化沟通电源这是为各种工业需要的变频电源。在20世纪80年代末，我国约有20万台60200KW的高频设备，如今用晶闸管中频感应加热装置已完全取代了中频发电机，国内已形成2008000Hz，功率为1003000KW的系列产品。在高频电源方面那么用功率MOSEFT制造出1000KW/15600KHz比利时，用SIT静电感应晶闸管制造出1000KW/200KHz和400KW/400KHz日本的感应加热装置，效率都在90%以上。国内已研制出75KW/200KHz的SIT感应加热装置。这样采用全固态高频感应加热装置可以大大节能。