电力电子技术在电力系统中的应用

【摘要】随着现代化社会科学、新技术、新设备以及新材料的不断进步和飞越，电力电子技术在数量和质量上都有了本质上的提升，电子电力技术对现代化电网发展起着至关重要的作用。随着电力电子技术的不断发展，将来一定会在电网发展中占据更大的发展优势和发展潜力，并为电子网络的发展带来革命性的改变。笔者就应用学视角对电力电子技术进行了个方面分析，包括近来发展的光传输技术、电力通信的现状、未来电力发展的需求和电力特种光缆的应用。

【关键词】电力电子技术；电力系统；应用；现代化

电力系统的出现至今，极大地改善了全世界生产发展能力、生产方式以及生活质量，工业生产的效率不断提高促进了全球社会生产力水平的极大提高。电力电子技术在电力系统中的运用使得电力系统的运行更加有效率，工作质量也得到了提高，随着现代化科技和材料设备的发展，先进便捷的科学技术在社会生产的各个方面都得到了极大的应用。电力电子技术的渗透和应用使电力系统自工程进入了现代化发展时期，不仅极大地提高了电力系统工作的效率和工作质量，而且节约了以往电力系统的运营花销。电力电子技术在电力系统中的应用是建立在计算机信息技术基础上的一项工程，它不仅需要完备的计算机知识算法体系，更要求工作人员具备高超的计算机技术知识掌握能力作为条件。我国在电力电子技术的开发应用进程中是比较早的国家，现阶段我国的电力通信系统做得十分出色，已经发展成比较完善的现代化电力网络。电力电子技术在电力系统网络中起着决定性的重要作用，因此，本文就近来发展的光传输技术、电力通信的现状、未来电力发展的需求和电力特种光缆的应用四大方面进行研究。

一、电力电子技术在电力网络中的应用现状

电力电子技术作为新时代发展所研制出的新一代电工技术，是由强电技术与弱电技术相结合演化发展而来的。这种新型的电力电技术不仅对国家生产力产生了巨大的变革冲击，更是为国内人民的生活带来了极大的影响。现阶段，电力电子技术的应用已经涉及到种种领域的各个方面，包括电能力的生产环节、电能的输送环节和电能的存储工作等，基本上遍布于电力系统的各个方面。

1.电力电子技术在发电系统中的作用

电力电子技术在电力系统的发电环节中的运用主要是依靠其对发电机等设备相关性能和主要特征的改善以加快系统的功率调节。主要包括大型发电机的静止励磁控制、水利和风力发电机的变速恒频励磁、发电厂风机水泵的调频控制等等。电力电子技术在此环节中应用了晶闸管整流在自并励静止励磁中结构的简易、可靠的性能以及低劣的价格等优点，保证了电力电子技术的发展和受用。在水力发电和风力发电方面，则利用了变频电源来调整电子励磁的转动频率，进而调整水力风力发电的最大有效功率，使其长期保证在稳定的变频范围内，逐渐减少甚至最终消除风力等自然因素对发电转动频率和功率的影响。水电厂内的风机水泵一般情况下耗电量巨大，几乎占整个发电厂用电量的百分之六十五，很容易造成电力能源的损失和浪费，但是使用电力电子技术中的变频调速就可以一定程度上避免这种情况，但是目前国内能够承担起这种技术，生产高压大功率变频器的厂家屈指可数，而对于新能源发电中的太阳能发电系统来说，太阳能电池阵列直流电转换成交流电的工作重点就是具备据大功率跟踪功能的逆变器，根据不同国家和地区，涉笔的规模以及参数可能会有所变化，对于我国来说采用的是10-15KW的独立系统。

2.电力电子技术在电力传输系统中的作用

现阶段我国运用的柔性交流输电技术是将电力电子技术与现代控制技术相结合的，对电力系统的相关电压、参数、相位角和功率潮流进行不间断控制的调节技术。这种技术能够在一定程度上减少电力能源输送过程中的损耗，极大地提高了电力系统输送环节的稳定性。近年来对于高压输电的技术部分，受关注的还要输高压直流输电技术。远距离高压直流输电可以解决很大一部分的问题。在同样的电力能源输送条件下，高压直流输电比交流输电的损耗小得多，因为直流电不需要电流变化，就减少了电抗压降，整体压降也就随之下降，因此，线路投资花费低，且电力输送稳定性极高，几乎不会出现稳定方面的问题。目前情况下，直流输电线路的首末端需要接入大功率的晶闸管，半控型器件和相控整流以及有源逆变器，以三相全控桥电路作为基本单元。

二、电力系统中的几大电力电子技术

1.静止无功补偿装置

静止动态型的无功补偿装置主要应用于提高输电系统的稳定性、提高电能质量、对冲击性的负荷进行无功補偿以及闪变抑制等方面。灵活交流输电系统从根本上改变了以前交流电网只能靠速度缓慢、不直接或者精确性低下的设备进行机械控制的情况。静止无功补偿装置对于提升输电系统的输电功率和潮流控制能力，对电力系统稳定性的保证和改善，改善系统的震荡现状等方面起着重要的作用。现阶段，常见的灵活交流输电系统包括：静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）、可控串联补偿器（TCSC）、晶闸管控制移相器（TCPST）、统一潮流控制器（UPFC）、动态电压调节器（DVR）、超导储能系统（SMES）、不间断电源（UPS）、统一电能质量控制器（UPQC）等。无功功率补偿能够供电系统和负荷的功率参数，减少设备的容量，降低功率的损耗、稳定受电端和电网的电压。

2.高压直流输电技术

所谓高压直流输电技术就是通过一定的转换器将高压电场输出的交流电转换成直流电，再通过输电线路将直流电输送到接收电端，再将直流电变化成交流电以供用户使用。高压直流电的优点是：电能输送功率大、线路造价低下、控制性能优越等。高压直流输电技术是现阶段针对高电压大承载量、异网联入、长距离电能输送等工程具有很大可行性的技术。高压直流输电技术以其特殊的线路造价以及性能优势，很好的摆脱了交流输电中对稳定性的要求问题。

3.有源电力滤波器

有源电力滤波器的基本制造思路是从补偿对象当中进行对谐波电流分量的检测，由补偿装置产生一个和此份量大小相等但极性相反的补偿电流分量，抵消谐波电流分量从而是流入电网的电流只含基波分量，瞬时无功功率理论为它的理论基础。具有动态响应速度快、补偿功能的多元化、补偿特性不受电网阻抗影响等特点，成为了抑制谐波的重要发展方向之一。

三、光纤传输与电力特种光缆的应用

现阶段采用的无线传输技术主要包括微薄、无线扩频、电力载波以及通信光缆，电力通信不仅仅承担着大多数人眼中理解的电话语音通信、IP业务、数据、宽带等业务，更承担着电力生产专业的相关任务。电力通信的自动化程度同时反映了现代化电力电子技术的科技含量。这些业务都需要稳定可靠高效率的传输来支持，而光纤传输正能满足这一点需求。近年来，通信早已转向数字通信技术方面，因此光缆和SDH传输技术和通信设备就倍受重视。

目前的特种光纤主要采用的是比较先进的OPGW和ADSS技术，依靠系统本身已有的线路资源，灵活耐用，且能够具有很大的主动权。其中OPGW适用条件有：高压、大档距，维护简易、搞机械强度，对高压电蚀和降解无影响，建设的一次性规划、避免短路的发生。而介质自承光缆ADSS在220KV、110KV和35KV条件下均可以得到广泛的使用。特种光纤不能满足的电力输电线跨度小、垂度小的要求，介质自承光缆ADSS都可做到，不仅不会造成电力损失，还具有稳定的光学特性。我国的特种光缆运用起于1985年，葛洲坝水电站引进第条OPGW光缆；1990年，西安供电局引进第一条AD-LASH光缆在地上进行捆绑；1995年青岛白山电厂引进第一条ADSS光缆；再到2006年深圳老虎坑电厂引进第一条OPCC光缆。从2006年开始，我国的特种光缆制造工作开始大范围普及。

综上所述，人类的认识发展是永无止境的，随着科学技术的进步，电力电子技术器件在电力系统中的应用也一定会不断完善，不断探索出新的技术使用经验和设备器件支持，新的电力电子技术也一定会不断出现在我们面前。与此同时，电力电子技术在电力系统网络发展中的应用也越来向多元化、现代化、智能化和高标准化发展，可以想到，在未来的时间内，电力电子技术会以更加完善的形式应用在电力系统网络发展中。

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作者简介：路红娟（1966—），女，江苏宜兴人，大学本科，高级工程师，无锡工艺职业技术学院电子信息系教师，研究方向：电力电子技术、电子测量及检测技术。