探析电路系统中电力电子技术的应用

曾健洪 段金成 赵志晓 蔺兰翔

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2101-5640-7570

摘  要：电力电子技术主要包括电子变流技术以及电子器件制造技术等，目前在电路系统中广泛应用。基于此，本文先简单介绍了电力电子技术内容，然后强调了在电路系统中应用电力电子技术的优势，最后提出了在电路系统中电力电子技术的具体应用。以期能够不断开发先进的电力电子技术，引进先进的电子元件，完善电路系统，推动电力事业的发展。

关键词：电路系统  电力电子技术  发电输电  电路保护

中图分类号：TM1                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）03（c）-0001-3

Application of Power Electronic Technology in Circuit System

ZENG Jianhong   DUAN Jincheng   ZHAO Zhixiao   LIN Lanxiang*

（Heilongjiang University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150022 China）

Abstract： Power electronic technology mainly includes electronic converter technology and electronic device manufacturing technology， which is widely used in the circuit system. Based on this， this paper first briefly introduces the content of power electronic technology， then emphasizes the advantages of power electronic technology in the circuit system， and finally puts forward the specific application of power electronic technology in the circuit system. In order to continuously develop advanced power electronic technology， introduce advanced electronic components， improve the circuit system， and promote the development of power industry.

Key Words： Circuit system; Power electronic technology; Power generation and transmission; Circuit protection

电力电子技术在我国各行各业中广泛应用，且逐渐发展成熟。在电力事业中广泛应用电子器件、微电子技术等，显著提高了系统的稳定性，丰富电路系统功能，具有较高应用价值。电力电子技术具有重量、容量和体积小的优势，在维护过程中操作便捷，使其具备更广泛的发展空间。因此本文针对电力电子技术在电路系统中的应用展开研究，以期能够通过技术和元件的应用，提高电路系统的稳定性。

1  电力电子技术内容

在我国电力电子技术的应用已经有数十年，目前广泛应用于各行各业中。电力电子技术的应用方式多种，最具代表性的包括晶闸管、GTO以及IGBT等，在电路系统中应用电力电子技术能够促进电能的转化，减少能耗，强制化控制电能。在应用方式上，可以分为集成化控制和全控化控制。全控化是应用于有自动断电需要的系统中，在这类系统中，电子元件由于不支持长期运行或其他因素，会定时自动断开，全面控制电子元件，能够掌握电子元件状态，若发生状态超标会自动断开[1]。集成化控制是由多種元件构成，具有综合性表现，先利用计算机设备为终端，将电子元件数据整合在计算机上，利用集成成果得到系统运行曲线，辅助判断系统的运行情况。在传统电路系统中使用电力电子技术，能够取代传统普通晶闸管，在特定条件下具备更高的应用价值。

2  在电路系统中应用电力电子技术的优势

2.1 减少电力能耗

随着电路系统广泛应用，在社会各个领域中电力能源均得到广泛应用，且形成大量电能消耗，针对电能浪费问题的管理受到了全社会的关注。通过电力电子技术能够从技术层面上进行治理。形成电耗的原因在于电能转化过程中，由于电能转化率较低造成电能被浪费。利用电力电子技术提高电能转化率，能够减少电能消耗。利用计算机设备数据化监测电能，及时处理造成电能消耗的位置，从而减少电力能耗。

2.2 电气控制

在电路系统中，电气控制是利用强电和弱电的关系进行电气控制，强电作为输出电力，利用弱电进行强电的控制，能够达到良好的控制效果，提高可靠性以及安全性。电力电子技术作为弱电对强电控制的关键技术，通过对生产产能进行电力能源的控制。如利用仪表设备监控热量流程以及生产原料，使得产能保持较高水平，控制电力能源行为。如控制电力能源生产上对于运作准确性和效率的控制，可使用计算机设备检测，保证控制策略准确有效。电力电子技术能够实现弱电控制强电，控制效果良好，覆盖范围广，具有突出优势。

2.3 方便更新系统

电路系统在运行过程中需要定期更新，传统模式并不能实现更新系统的作用，每次更新都需要较大工程量，造成成本损耗较多。使用电力电子技术能够避免发生成本损耗，应用电力电子技术能够将设备和元件作为独立的模块，各模块具备可调控能力，便于更新替换，系统的灵活性高。在出现新需求时，使用电力电子技术进行调整模块，实现系统的更新。

3  在电路系统中电力电子技术的具体应用

3.1 发电环节

在发电环节中使用的电力电子技术主要体现在变频调速、静止励磁、水利和风力机。（1）变频调速。变频调速作为新能源发电的重要形式，但我国目前仍然是以火力发电为主，火力发电消耗大量资源和能源，电能转化率较低[2]。（2）静止励磁。作为常见的电子电路技术，通过静止励磁能够提高电路系统的稳定性，常见晶闸管整流方案，该方案可有效实现大型发电机的发电。（3）水利和风力机。在新能源发电中，风能和水能作为主要关注要点，在发电中风能和水能发电的控制相对困难，借助于电力电子技术能够提高控制效果。如水利发电中，通过电力电子技术测量流量以及压力，计算能源发电恒频励磁状态，按照变速恒频励磁的标准，保证发电机保持最佳运行的状态。在风能发电中，使用电力电子技术能够通过功率大小和风速成正比的关系控制风能，从而提高风能获取量，将清洁能源转化为电能。在风力发电中使用电力电子技术改变火力发电中变频调速方式，能够满足发电实际需要，将能耗控制在最低水平。

3.2 输电环节

在输电环节中，电能安全问题受到了重点关注。输电环节中，多种风险因素会引发安全隐患，如果没有妥善处理，将安全风险控制在最低。电力企业在输送患者中采取安全防护技术进行电能的运输，并取得了理想的效果。现阶段安全防护是通过硬件设施实现，在长期运行状态下，硬件设备可能会出现多种故障，难以达到良好的安全防护效果。这时要利用电力电子技术监控安全防护设施，充分了解设备状态以及运行数据，一旦发现异常情况，要及时处理[3]。电力电子技术在监控安全防护设施外，也能实现柔性交输电技术以及直流输电技术，这两项技术具备强大的稳定性，具备控制相位、电压以及阻抗的能力，从而优化输电环节，减少安全事故的发生。其中直流输电技术具有较高的稳定性，且输电容量大，输电环节中使用晶闸管换流器，能够解决不同频率的输电需要，保证电力系统稳定输电，能够支持远距离输电和不同频率系统输电。柔性交流输电技术主要进行交流输电，使用电力电子技术灵活控制相位、电位以及电阻，操作方便，输出无功，能够提高电力系统的稳定性。同时由于设备简单，成本较低，已经在电路系统中得到广泛应用。

3.3 配电环节

配电环节重点强调供电质量以及供电可靠性，若无法满足将会给配电环节造成直接影响。通过对电力电子技术，对配电环节传输电能的质量和方向进行监测，能够实时获取配电速率、配电电压等数据，通过这部分数据能够判断配电环节是否存在瞬态干扰或者波动。若发现干扰和波动需要立即处理，提高电能供给安全性以及配电质量。面对配电环节对于供电可靠性和电能质量的高要求和高标准，要使用最少的资源配送安全可靠的电能，从而实现抗干扰的作用。使用用户电力技术，和柔性交流输电技术接近，具备同样的工作原理。在配电网中使用串联补偿器、并联补偿器以及有源滤波器，实现补偿负荷、补偿系统以及抑制谐波。在配电环节中，电力电子技术的使用可以提高输电效率以及发电效率，构建一个智能化、信息化、自动化的配电网。

3.4 节能环节

为践行我国可持续发展方针，还需要加大力度节约能源，减少能源消耗，利用技术手段实现节能的目的。在电路系统中应用电力电子技术，主要在电动机中使用技术实现负荷转变，从而对电力能源实现有效控制，调节设备转速，从而将电能消耗降低到最小。通过使用变频器调节发电系统，提高发电效率，改良发电机发电特性。由于变频调速具备良好的特性，能够提高节电率至30%。我国正大力推广变负荷电动机，但由于成本较高，且容易出现高次谐波，对电网稳定性产生负面影响，还需要谨慎。同时要不断提高发电量以及电网运输量，在发电系统中，发电机输电量以及发电量都受到容量的局限，提高cosφ，能够减少电力系统无功功率以及无功电流，让发电机可以正常发出有功功率以及有功电流。此外在电力系统中存在电动机负载，运行期间会从电网获得无功功率，无功功率占用输电线、变压器以及发电机容量，造成有功功率减少，对发电效率造成影响。使用无功补偿装置提供无功功率，能够减少索取电网，提高功率因数和资源利用率，减少电能消耗。最后需要将电路其中中半导体器件等更换为具备变频功能的器件，将频率和电压变为可调电源电压和频率，在发电系统中改用变频器也能有效节约能源，提高资源利用率。

3.5 控制功能

电力电子技术的应用最大作用在于控制功能的实现，提高电路系统整体的可控性，具有突出应用价值。首先在电路系统中安装过电流保护装置预防过电流问题的发生，过电流作为常见的故障事故，具有严重的安全威胁。对于这一问题，传统电路系统会通过过电流保护中断继电器和熔断器，保证过电流等问题得到控制。在现代视野中，由于电力设备规格减小，传统方法无法适用，需要使用电力电子技术进行弥补。采取电力电子技术驱动信号替代自动化技术，利用桥臂互锁保护装置，能够让系统稳定运行[4]。在过电流情况下，能够按照指标检测，若发现过电流问题，将会断开设备保护系统。其次使用有源电力滤波器，作为硬件设备的一种，具备无功电流、谐波数量检测的重要作用。使用濾波器检测电路系统的补偿元件，对检测结果进行分析，获得等分量谐波电流，利用谐波电流以及补偿装置分量电流，使得谐波分量以及电流分量能够互相抵消，从而运行电流变为基波电流，具备良好的电流稳定性，避免谐波电流的干扰性。最后使用PWM控制技术，作为调整脉冲宽度的技术，能够改变电路系统波形[5-6]。

4  结语

综上所述，在电路系统中应用电力电子技术具有减少电力能耗、电气控制、方便更新系统的优势。在电路系统中电力电子技术主要应用于发电环节、输电环节、配电环节、节能环节、控制功能、保护环节、建设智能电网中。为保证电路系统的稳定运行，还要重视日常维护，提高技术人员综合素养，定期和不定期进行电路检测。在电路系统运行过程中，使用先进技术进行实时监控，第一时间察觉电路系统的异常情况，及时维修，保证系统稳定安全。

参考文献

[1] 于莉.浅谈电力电子技术在新能源发电中的应用[J].电子元器件与信息技术，2020，4（07）：111-112.

[2] 方莹.电力电子技术在新能源领域中应用探究[J].电子测试，2020（10）：133-134.

[3] 李振国.电力电子技术在电路系统中的应用探析[J].信息系统工程，2019（01）：82.

[4] 刘禹延.电力电子技术在电路系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（15）：238.

[5] 张喜玲. 电力电子扰动技术在谐振接地系统中的应用研究[D].中国矿业大学，2019.

[6] 俞祥虎. 行为级模型电路系统的健康管理[D].电子科技大学，2019.