“互联网+”背景下电子技术在电网系统智能化建设中的应用

蔡永石

(江苏联合职业技术学院南京工程分院,江苏 南京 211135)

0 引言

近年来,受市场需求增加的影响,电子技术快速发展,市场上的各类产品类型逐渐多样化,为各领域的应用提供支持。 数据显示,我国电子元件及电子专用材料制造行业利润从2017 年的1 062.76 亿元增长至2020 年的1 328.8 亿元。 2020 年,我国电子元件及电子专用材料制造行业利润同比增长5.9%。 在科技驱动的背景下,电子技术向智能化与集成化发展,通过与人工智能的有效结合,使得智能终端具有更强大的功能,为实际应用提供支持。 现结合电气电子技术的应用发展进行分析。

1 研究电子技术应用的意义

基于智能电网和能源互联网快速发展的背景,电子技术的应用需求不断扩大。 以能源互联网为例,其主要是以电力系统为核心,搭建智能电网,采用先进信息和通信技术以及电力电子技术,构建分布式智能能量管理系统,实现对分布式能源设备实施广域协调控制,助力能源互补,全面提高能效率水平,构建智慧能源系统。 现代化智能电网指的是基于计算机电子控制的电力系统,而传统意义的电力系统控制源以机电为主。 随着智能电网的建设和发展,智能电网需要面对和传统控制源的磨合。 无法继续使用机电控制源,采用计算机控制系统是主要趋势。 这需要进行电气电子技术的创新和应用,综合利用电力电子与信息技术等,并且通过技术融合和创新提升应用的水平,创造更多的价值。

2 电网系统智能化建设中电子技术的应用问题

2.1 如何实现电子技术智能化

未来,智能电网和能源互联网的发展水平会更高,对电气控制及技术的应用需求更高,为有效适应多样化需求,必须加大电子技术的智能化研究。 从发展的角度来说,清洁能源的并网规模会不断扩大。 各类清洁能源和传统电能共存,会给电网的稳定性,带来极大的影响。 这需要有强大的保障系统,为电网智能化运行提供支持。 一般来说,在智能电网的发展背景下,高级配电自动化的概念提出,涉及高级配电运行自动化以及配电管理自动化。 通过配电网安全监控和数据采集以及电压无功控制等的实现,为自动化的实现提供支持,全面提高系统运行的水平,创造更多的应用效益和价值。 电子技术的具体应用分析,需要结合建设实际情况,探索实现电子技术智能化的方案。

2.2 电子技术单独使用效果差

电网系统智能化的实现,单纯使用电子技术,无法达到使用需求。 电子技术在电气控制中的应用,多数是与各类技术结合,助力柔性交流输电和高压直流输电等的实现,并且为电气系统稳定运行控制提供保障。在实际应用方面,需要和通信技术等结合应用,通过配置性能的装置,实现电气控制的功能,保障电子技术的应用价值得到发挥,促使控制自动化和智能化目标实现。 未来的应用场景下,电子技术在电气控制中的应用要求不断提高,同时也面临很多技术挑战,需要技术人才加大电子技术的应用研究和创新,适应智能电网的发展,助力能源互联网的发展。 通过技术的不断升级和优化,创造更多的效益与价值。 对当前的电子技术在电气控制中的应用问题进行总结和分析,分析技术应用问题产生的原因,提出优化和解决的措施,高效化推进和落实各项工作,创造技术应用效益。

3 电网系统智能化建设问题的解决方案

3.1 案例概述

近年来,各地区不断加大智能电网的建设。 2020年,国家电网公司累计总投资为26 000 亿元。 从建设的角度分析,实现了电气电子和通信技术等的有效融合,促使各项功能的实现。 从电网系统智能化建设的角度分析,需要电子电气技术的支持。 现以智能电网的发展为背景,分析如何利用电气电子技术解决电网系统智能化建设问题。 现结合具体实践,分析电气电子技术的应用。

3.2 电子技术的应用方案

3.2.1 输配电领域

智能电网对电能质量与电网系统运行状态的稳定性有很高的要求。 若想保证这些要求的实现,电力系统需要无功补偿与谐波抑制技术等的配合。 创新驱动下,很多新型电力电子装置出现,例如超导无功补偿装置等。 除此之外,长距离和大容量输电概念和应用,使得直流输电方式的应用更为广泛。 在特高压直流输电线路的建设中,送电端的整流阀与受电端的逆变阀通常使用晶闸管变流装置。 这些基于电子技术装置的应用,使得输电网的运行水平得到提高,能够增加电网的输送容量,并且增强可靠性。 在配电网系统中使用电子装置,能够防范电网瞬间停电和瞬时电压跌落以及电压闪变等的出现,达到改善供电效果的目的,实现电能质量的有效控制。

3.2.2 电源领域

使用的电子装置能够提供给负载很多直流电源和恒频交流以及变频交流电源。 构建的智能电网系统,比如变电所的操作屏和蓄电池充电等,主要使用的是交直流电源或者高频开关电源等。

3.2.3 新能源与分布式发电领域

电气控制中的电子技术应用,主要是借助各类电力电气器件,实现对电能的变换和控制,具有很好的节能效果,能够减少机电设备的体积,同时提高工作效率。 构建的智能电网系统,发电和输电以及变配电等为重要组成部分,在保证电网安全稳定运行的前提下,积极使用清洁能源。 若想保证多能源应用下的电网稳定运行,必须解决很多技术问题,实现智能调度是必然。 随着清洁能源的调度上网,很多清洁能源具有不稳定特点,影响了电网运行的安全性。 采用柔性交流输电技术,可保护电网安全。 在半导体功率元器件的高压化和大容量化发展背景下,电子产业形成了以SVC 为代表的柔性交流输电技术和以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术,同时涌现出以高压变频为代表的电气传动技术以及基于智能开关的同步开断技术等,为智能电网安全稳定运行提供支持。

3.3 电网系统智能化中新型电子技术

3.3.1 FACTS-柔性交流输电技术

柔性交流输电技术作为新能源和清洁能源接入电网系统的关键技术,实现了电力电子技术和通信技术以及控制技术等的集成化利用,形成了快速控制交流输电的新型技术。 柔性交流输电技术的应用,使用了大功率且高性能的电力电子元件,制作为可控的有功电源和无功电源、电网一次设备等,结合实际需求应用,实现对输电系统的电压阻抗和相位角以及功率等的灵活控制,使得原来不可控的电网可被全面化控制,不仅增强了电力系统的高度灵活性,还可保障系统运行的安全稳定性,促使输电线路的能力得到增强。 随着智能电网的发展,基于电力电子和分布式能源隔离技术等的柔性输电系统,应用需求也不断增加,带动着电子技术的应用,通过将电子技术和现代化技术手段相互结合,实现对电力系统参数的有效调节控制,降低运输的损耗,保证电力系统安全稳定运行。

3.3.2 高压直流输电技术

一般来说,轻型直流输电系统使用的是GTO 和IGBT 等可关断的器件组成换流器,使得中型的直流输电工程的应用竞争力得到增强,尤其是短距离运输。利用可关断器件组成的换流器,还可以用于孤立小系统供电,例如海上石油平台。 未来,随着技术的发展,还可以应用到城市配电系统,接入分布式电源。 在实际应用中,能够解决清洁能源上网稳定性问题。 目前,高压直流输电技术在远距离输电方面占据着重要的地位,发挥着积极的作用。

3.3.3 能量转换技术

未来,低能耗和低排放是发展的主要方向。 若想实现发展的目标,加大能量转换技术的创新和应用,具有重要的意义。 目前,国内集中开发大规模风电场的并网技术,大范围光伏发电的可靠并网是主要方向。由于我国能量转换技术处于研究起步阶段,面临很多技术挑战,有很多问题需要进行研究。 在实际应用中采用的关键技术,主要为间歇式电源的能量转换技术和中压大功率风机变流器技术等。

3.4 电网系统中常用的电子控制技术

电子技术在电气控制中的应用,常用的电子控制技术主要如下。

3.4.1 PWM 控制技术

在实际应用中采用PWM 控制技术,能够提高电气控制能力,同时提高工作效率,促进技术更新,为电气自动控制实现提供支持。 脉冲宽度可反应电脉冲的频率,发挥着电气控制的积极作用。 实际应用方面,采用PWM 控制技术手段助力电气控制,可获得不错的效果。 基于PWM 控制技术的电气电子应用,具有稳定性优势,不仅可对稳压电源实现开关的作用,还可以处理电气控制自动化。

3.4.2 过流电保护设备

电气系统运行时设备受到环境因素或者其他因素的影响,常见运行故障。 故障的出现可能会产生漏电等情况,给设备造成损坏,过流电保护能够发挥保护的作用。 电子技术在电气自动化控制中应用,配置过流电保护设备,发挥积极的作用。 若想实现对电路故障的有效防范,例如短路或者断路等,构建安全稳定的电气系统是关键,这需要注重实现过流电保护设备的应用价值。 过电流可保护设备,也能够保障设备的安全使用。 当电气系统处于运行状态时,安全性是重点内容。 从电气系统稳定运行的角度分析,安全性是控制的重点,避免引起系统运行瘫痪问题。 随着技术的不断创新,涌现出很多现代电气保护设备,考虑到电子技术微型化发展,还需要优化过流电保护设备的应用,增强电气控制系统的运行稳定性[1]。

3.4.3 滤波电路

电气控制的实现,滤波电路通过影响纹波起到积极的作用,达到控制电路稳定性的目的。 对于滤波电路使用的电子电路中的单向桥式整流,使得AC 电压转换成为单向脉动DC 电压。 因为纹波很大,人们总是将其视作为同时拥有DC 电压与1 组频率不同的AC 电压。 因此,此电压无法直接用到电子电路的电子元件,为达到使用要求,要对单向脉动DC 电压进行滤波处理。 电压的使用必须进行滤波。 通过电压滤波,促使电气控制的电路形成保护作用,保障电路的稳定性[2]。基于电子技术的温度传统器装置应用,可增强传感器的输出信号。 实际应用中滤波器发挥过滤作用,滤波电路的过滤功能实现需要借助滤波器,实现对输出信号的过滤,并且保证传感器的使用不受到影响[3]。 利用稳定传感器装置,实现温度的实时化监控,滤波器发挥着重要作用,可保障温度监测结果的准确性。 若电压和电流在工作中是不变的,则要借助滤波器实施过滤,以此保证电流和电压的恒定性。 需要注意的是,不同的滤波电路很容易使得测量结果出现偏差。 如果恒流输出使用电感滤波,那么会抑制电流,而恒流源的特性会保持电流不变,进而产生矛盾。 恒流源和恒压实际工作时,电压和电流不会出现变化,要结合情况进行调节,进而保障电子技术的应用价值得到发挥,保障电气控制系统的稳定运行[4]。 全波整流电路,如图1所示。

图1 全波整流电路

3.4.4 无功补偿环节

电子技术在电气控制中的应用,常用无功补偿技术手段,从实际应用的效果分析,能够减少对电气设备原件的损坏,发挥保护作用。 当电气控制系统稳定运行时,发出一定的电流,那么电气控制设备会按照电流控制命令,执行相应的命令控制,进而保障自动化控制的效果。 当线路产生运行故障,采用电子技术手段,能够修复损坏的电路,使得电流在电路中正常输出,并且发出正确的命令,提醒系统线路损坏,发出修复指令[5]。

4 结语

综上所述,电子技术在电气控制中的应用,体现在很多环节,例如智能电网应用背景下的输电端和配电端等,其能结合各类现代化技术,为柔性交流输电和高压直流输电等的应用提供技术支持,作用重大。 未来,电气控制中的电子技术应用,将会更加智能化和多元化,通过和各类技术结合运用,同时配置高性能的装置,全面提高电子技术的应用效益水平。