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      電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

      時間: 吳大江1 分享
        摘要 近年來,不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)為現(xiàn)代控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,新的材料和結(jié)構(gòu)器件又促進(jìn)了電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,且在各行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本文就電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
        關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù);電力系統(tǒng);應(yīng)用
        中圖分類號TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2011)38-0147-02。
        以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐依據(jù)的電力電子技術(shù)經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展,目前在新能源開發(fā)、電能質(zhì)量控制和民用產(chǎn)品等多個行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。直流輸電是最成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術(shù)。20世紀(jì)80年代之后,提出了柔性交流輸電(FACTS)概念,于是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究引起的很大的關(guān)注,許多介紹和總結(jié)相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀層出不窮,相繼又出
      現(xiàn)了多種設(shè)備。筆者按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié),列舉電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和現(xiàn)狀。
        1 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
        發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)都會被涉及到,如何改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性就需要電力電子技術(shù)參與應(yīng)用。
        1.1 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制
        靜止勵磁結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高以及造價相對較低 ,采用晶閘管整流自并勵方式,在世界的各大電力系統(tǒng)被廣泛采用。省去勵磁機(jī)這個中間慣性環(huán)節(jié),使其擁有了特有的快速性調(diào)節(jié)。這樣使得控制規(guī)律的方法和更加先進(jìn),效果更加良好。
        1.2 水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁
        水頭壓力和流量決定了水力發(fā)電的有效功率,抽水蓄能機(jī)組最佳轉(zhuǎn)速變會隨著水頭的變化幅度而變化。風(fēng)速的三次方與風(fēng)力發(fā)電的有效功率成正比,隨風(fēng)速的變化,風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。所以機(jī)組變速運(yùn)行,即調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率,使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定,從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心。
        1.3 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速
        發(fā)電廠的廠用電率平均8%,風(fēng)機(jī)水泵耗電量約是火電設(shè)備總耗電量的65%,不僅耗量大且運(yùn)行效率低,為了節(jié)能,在低壓或高壓變頻器使用時可以使風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速,從而減少電量的消耗。目前來講,低壓變頻器技術(shù)以達(dá)到一定 的水平,國內(nèi)外的生產(chǎn)廠家也比較多,只是系列產(chǎn)品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的企業(yè)還是比較少,需要院校和企業(yè)抓緊聯(lián)合開發(fā),以滿足生產(chǎn)需求。
        2 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
        被稱為“硅片引起的第二次革命”就是電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng),這樣使得電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行特性大幅度的改善。
        2.1 直流輸電(HVDC)和輕型直流輸電(HVDC Light)技術(shù)
        流輸電相對遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng),高壓直流輸電優(yōu)勢獨(dú)特,因?yàn)槠洳粌H輸電容量大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而且控制調(diào)節(jié)非常靈活,從。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器之后,世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥,這也是電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電的里程碑。
        2.2 柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)
        20世紀(jì)80年代后期,F(xiàn)ACTS技術(shù)的概念問世,這是項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù),可以靈活控制交流輸電功率潮流,使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平大大的提高。
        20世紀(jì)90年代后,國外在研究開發(fā)的基礎(chǔ)上開始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,控制方便,成本較低,所以應(yīng)用較早。
        2.3 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
        如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量是配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題,電能質(zhì)量控制既要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾,還要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求,在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電能質(zhì)量控制新技術(shù)就是用戶電力(Custom Power)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù),它是電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。其實(shí)FACTS設(shè)備的縮小版就是DFACTS設(shè)備,因?yàn)槠湓?、結(jié)構(gòu)、功能是相似。由于市場較大的需求,所以使用會日益的廣泛,再加上電力電子器件價格日益降低,可以預(yù)計(jì)DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將迅速進(jìn)入快速發(fā)展期。
       3 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用
        3.1 變負(fù)荷電動機(jī)調(diào)速運(yùn)行
        要想在節(jié)能環(huán)節(jié)有所成就,就必須從電動機(jī)本身和變負(fù)荷電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用兩方面入手,只有二者結(jié)合起來,電動機(jī)的節(jié)能才能達(dá)到良好的效果。
        目前,變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵采用交流調(diào)速在國外居多,在我國還需要進(jìn)一步推廣應(yīng)用。風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量收到良好的效果,其調(diào)速范圍廣,精度高,效率高,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速且在調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差損耗小,定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大,可以達(dá)到30% 的節(jié)電率,缺點(diǎn)就是成本較高,產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng),即使這樣,并不影響其在在冶金、礦山等部門及社會生活中應(yīng)用推廣。閥門控制和變頻控制水泵流量如圖1、圖2所示。
        3.2 減少無功損耗,提高功率因數(shù)
        在電氣設(shè)備中,屬于感性負(fù)載的變壓器和交流異步電動機(jī),在運(yùn)行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的設(shè)備,作為保證電能質(zhì)量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的,所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無功平衡,不然就會系統(tǒng)電壓降低、功率因數(shù)下降、設(shè)備遭到破壞 ,嚴(yán)重時還會造成大面積的停電事故,為防止這樣的事情發(fā)生,當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無功容量不足時,增裝無功補(bǔ)償設(shè)備,提高設(shè)備功率因數(shù)勢在必行。
        4 結(jié)論
        總之,電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域,只有不斷的加大已有研究成果的技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)行投入,不斷改善經(jīng)濟(jì)可行性,才能大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平,產(chǎn)生巨大效益。
        參考文獻(xiàn)
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        [3]陳賢明,許和平,戴軍.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電廠自動化,1996(2).
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