电力电子技术在电力生产中的应用

陈雷 黄宇文

摘 要：随着科技的发展，技术的进步，人们对节约能源以及环境保护的需求日益提高，电力电子技术的发展应用起到了关键性的作用。

关键词：电力电子;UPS;直流系统;变频器

1 绪论

电力电子技术是研究电能的变换和利用的技术，是弱电与强电的桥梁。由于电力电子技术迅速发展，新器件、新集成电路不断涌现，新型设备也不断涌现和更新，应用领域在不断扩大。电力电子技术在电动机调速、电气控制、交直流供电电源、发输配电、照明控制、家用电器等诸多领域有着广泛的应用，尤其在电力生产中研究应用占有很重要的位置，在电力生产节能、控制、调节等环节起着重要作用。

2 在电力生产过程中的应用

2.1 交流不停电电源UPS

发电企业交流不停电电源UPS输出为220V不接地单相正弦电源，为发电机组的DCS系统、DAS系统、FSSS系统、测量仪表及重要执行机构如电动执行器、电磁阀等负荷，提供与其他厂用低压交流系统隔离、可靠的独立交流电源。

2.1.1 UPS系统组成

UPS系统的主要组成部分为：整流器、逆变器、旁路变压器、静态开关、手动旁路开关和相应二次控制部分，其中一次系统中的各种期间均采用电力电子器件。

2.1.2 UPS系统组成

UPS系統的正常工作电源由主回路提供，即交流输入经整流器、逆变器后，通过静态开关输送至负载侧，另有直流输入电源逆变作为第一备用电源，交流旁路电源为第二备用电源。

2.1.3 UPS不同条件下的运行方式

（1）常用运行方式，即三相交流工作电源供电时，能提供电压品质稳定的单相电源;一般情况下输入端会配置有隔离变压器，防止杂波影响系统电源质量。

（2）当交流工作失去时，由直流输入电源（一般为蓄电池）接入交流工作电源整流器后，经过逆变器并滤波后，通过静态旁路开关提供品质稳定的单相电源。

（3）如果交流工作电源及直流电源均失去，或者逆变器出现故障时，二者均不能正常供电，此时由交流旁路电源（一般为两相380V）通过变压器调压至220V后，通过静态旁路开关为负载供电。

（4）若整个系统中的静态开关故障或检修时，此时为确保UPS系统负载不失去电源，可投入手动旁路开关为负载供电，同时对静态开关进行隔离，用以检修或更换。

2.2 厂用直流系统

直流电源系统是电力企业厂用电源系统中重要的组成部分，主要用于控制设备及应急设备供电，其对电源品质及可靠性要求非常高。

直流电源系统主要用于高压电气设备的远程控制、信号回路，继电保护设备、自动装置及其他一些重要的直流应急负荷（如事故润滑/密封油泵、直流事故照明和不停电电源直流电源等）的供电。

直流系统由蓄电池组及配套充电柜组成，蓄电池组与充电装置并联运行，向所有直流负载供电。充电柜由若干个直流充电单元组成，使用了大量的电力电子元器件;直流系统在选择配置充电时一般以十小时放电电流作为标准，并考虑一定的冗余，即1000安时的蓄电池，会选择100安培的直流充电柜，并考虑多配置1到2个充电单元作为备用。

2.3 发电机励磁系统

交流同步发电机在工作时主要依靠一个稳定持续的磁场，持续一定的速率切割导线，从而产生持续不断的电能，这套提供稳定可靠磁场的设备即为励磁系统。励磁系统是交流同步发电机正常工作的基础，同时也是影响电能品质的重要因素，它的可靠运行对整个电网都有很大的影响。目前大型发电机组的励磁系统应用最为广泛的是机端自并励三相桥式全控静止励磁系统，这种励磁方式结构最简单，可靠性高。

该系统通过发电机出口配置的励磁变压器降压，将较低的交流电源通过可控硅整流器整流、滤波，形成稳定可靠的直流励磁电流，通过碳刷接入发电机转子回路，实现发电机工作所需的稳定、强大磁场。此系统对电力电子器件的要求是容量大，同时对可靠性和散热性能也有很高的要求。

2.4 高压变频器

高压变频器是应用现代电力电子技术、电力拖动技术以及计算机控制技术等研制开发的高效节能型产品，它采用了先进的输入切分技术、优化的串联多重叠加技术、独特的单相桥式逆变技术、优秀的光纤传导技术、完善的过电压保护技术、波形连续变换技术以及远程通讯控制技术等。

发电企业风机电动机变频器较多采用高压变频器，以达到经济节能、快速调节的效果。一般情况下为通用的独立式高压变频器，主要控制异步交流电动机的速度和转矩，以实现工作设备在适应系统需要的前提下，达到最优的节能效果;同时，变频调速装置也在重载拖动的特定场合可以为电机提供软启动功能，但现阶段已逐步淘汰。

3 结语

本文只阐述了电力电子技术在电力生产中最具有代表性的典型应用，实际上电力电子技术在电力生产中的应用远不止如此，电力电子技术为电力生产的安全，高效、稳定、节能的控制中发挥着非常重要的作用。