电力技术在电力系统中的应用分析

酒泉钢铁（集团）有限责任公司供应链管理分公司 江雨津

二十世纪五十年代，晶闸管的发明极大地促进了电子电力技术发展效果，从而使其在传统的晶闸管技术的基础上进行了一系列的创新研究，最后研制出了可控硅整流器，这对电力系统的驱动技术来说，是一个巨大的进步。电能转化和可控也使得我国电力系统发展有了一次质的飞跃，在后续进程中也进入到了电力电子变流器时代发展。

随着电力技术的开发和应用，电力系统得到了极大的发展。功率二极管和可控硅是第一代功率电子设备，第一代功率电子设备的优点是体积更小、能耗更低，迅速替代了传统的整流器，为进一步完善和发展电子功率技术打下了坚实的基础。二极管的问世使整个电路的性能得到了极大的提高，其存在既可减少电力消耗，又可增加电力利用率。随着第三代电子设备的出现，功率电子设备在尺寸、结构等方面都有了较大的提高。第三代产品将电路、驱动、控制、功率器件等集成到一起，制造出了功率集成电路，虽然功率比以前低了不少，但也让电子电力技术进入了全新的研究领域。

1 电子电力技术在电力系统中的关键技术

1.1 静止无功补偿装置

静态无功补偿主要用于改善电网的稳定性、改善电能质量、抑制闪变等诸多方面。静态无功补偿设备包括可控硅控制反应器（TCR）、可控硅投切电容（TSC）、可控串联补偿（TCSC）等。当两个并联的可控硅与一个电抗器串联时，就构成了TCR的单相结构，通过对可控硅的触控延迟角度的变化，可使电抗器的电流幅度发生变化，从而实现对电抗器的基本无功进行连续调节。TCR采用了以三相AC电压调节电路为基础的三角联接方式。

TSC具有无机磨损、快速响应、平滑投切和综合补偿等综合性能，其利用其中的小电感器来抑制进入电网时产生的脉冲电流。TSC具有更快速的调整度来降低所有谐波的补偿。该方法采用电抗器将自换相桥电路与电网结合，从而实现对整流桥电路的交流电压的相位和振幅进行调整，使其能够产生符合要求的无功电流。

1.2 高压直流输电技术

以可控硅技术为基础，可将HVDC技术应用于输电系统，而在此之前可控硅一直被用于传输系统的直流电输中，而后来的GTO等功率传输控制器则是基于可控硅，在这种情况下很少使用交流变换变压器。直流联络线按单层联络线、双极联络线、同极联络线、背靠背四种不同的输电线路。

1.3 智能电网应用关键技术

智能化网络发展。随着我国经济的快速发展，人民的生活质量发生了巨大的改变，电力供给的质量和稳定性也随之提高。随着电力网络的不断发展，电力系统的应用范围也日益广泛。要实现不同区域、不同层次的电力网的统一调度，单靠现有的电力调度自动化系统已不可能，尤其是随着电力市场的逐步发展，电力调度自动化的工作将会变得十分困难。在未来发展过程中电力调度自动化的发展趋势是网络化的。利用网络技术和数据分析技术，收集和分析电网的运行数据，确保电网调度自动化系统能够实现远程集中调度，使电网的运行更加稳定和安全，满足市场发展的需要。

智能化技术分析。通过对电网用户、电网设备、电网运行情况的实时监测，保证电网的稳定性和经济性，从而达到最大限度地提高电网运行效率，提高电网运行效率。智能电网应用先进的电气设备。如故障限制器、人性化交流输电设备、储能控制设备、智能保护设备等，这些设备都可与其他技术相结合，进而以智能化技术保障其电网的稳定运行，提升其可靠性。利用系统控制技术，可迅速地对电网的故障进行诊断，并根据专家系统的分析，提出相应的解决办法。该控制系统根据电网的有关设备进行数据处理，并对其进行计算，从而实现配电、变电自动化、继电保护、电网智能化等方面的综合应用。

智能化运行发展。随着智能化技术的飞速发展，电力调度系统的运作也要向着智能化的方向发展，以适应未来的发展趋势。通过智能技术，可将整个电网的运行动态等多种信息整合起来，从而实现电网的智能化监控。根据监控结果实现了电网的最优控制，同时还可对电网的运行进行预警，对电网的故障进行分析和处理，从而保证电网的安全。这种方法能在一定程度上改善电力系统的运行效率，成为今后电力调度的发展方向[1]。

1.4 电力系统中的太赫兹技术

电力系统中的电缆一般都是埋在地下的，因此在进行故障定位时往往会遇到一些困难。利用太赫兹探测器，不仅可探测碳板、塑料、沙尘等，还可探测厚墙、干燥土层等。因此切需开发一种能够通过对太赫兹波灵敏度进行检测的便携式太赫兹探测器。利用太赫兹技术进行网络通讯，能有效地解决电力系统中大量的数据传送问题，减少网络数据的传送费用，减少了数据的发送时间。太赫兹技术能够提供及时、可靠、高效、灵敏的数据传送服务，满足电网的复杂结构要求，能够在恶劣的条件下进行全天候的通讯。保证电力网通讯的通讯品质。

1.5 电力系统柔性化的支撑技术

自上个世纪之交我国电网发生了一系列重大的变革。随着可再生能源的大规模接入，长距离输电在我国的发展中起着举足轻重的作用。随着电网安全、可靠性和供电品质的不断提高，对其数量和质量的灵活、高效的管理成为了迫切的需求。下述主要分析“柔性电力技术”这一概念。该技术目前得到了广泛的认可，并在如今，“双高”电力体系（高比例再生能源发电、高比例电力电子设备）、电力电子化发电等被普遍接受。

柔性电力技术是以电能的产生、输送和应用为基础，实现电能的迅速、准确地实现电能总量和形式控制。它在直流输电技术、柔性交流输电技术以及配网电网中的电能品质监控中起到了关键作用。这一技术的实施主要集中在储能技术、信息处理和控制技术等方面。

1.5.1 电力电子器件技术的发展与应用

柔性功率技术的关键在于功率电子学发展，而功率电子学包括器件、电路和系统三个层面，器件的开发与运用是其基础控制。未来功率电子设备的发展方向是电压大、电流大、功率低、开关速度快，但这种特点很难在单一设备中得到充分的体现。当前，随着新材料、设备不断地对现有设备进行组合，可充分利用各种设备优势，从而产生了各种各样的功率电子设备。功率电子设备的性能提高有赖于材料和工艺的不断进步。宽禁带半导体是未来电能控制领域的一项重要技术。宽禁带半导体材料的综合性能和制程良率已成为研究的重点。

1.5.2 换流电路及其发展

柔性功率技术的应用主要包括多种功率转换和控制。电力的产生、输送和相关的电力装置的控制线路，包括各种形式的AC和DC的变换。AC功率可是具有不同幅值、频率或相位的AC，而DC功率可是幅度不同的DC。换流器的发展主要可分成以下三个阶段：

整流器时代。整流器是一种把交流电通过相控变换成直流电的设备，其应用领域主要有电解、牵引和直流驱动。大功率整流器可把工频交流电转换为直流电，这种技术在上世纪六七十年代得到了迅速发展，成为了第一个发展时期。这一时期还开创了以可控硅为基础的直流传输技术。

逆变器时代。逆变器是把直流电流转换成交流电流的装置，自20世纪80年代起，由于变频器的广泛使用，门极可关式可控硅（GTO）、大功率逆变晶体管、大型功率晶体管（GTR）等已逐渐成为功率电子设备的主流。这些装置的研制和应用推动了电源型直流输出、静态无功动态补偿等方面的发展。

变频器时代。随着单片机技术和复合变换器技术的不断发展，电动机驱动技术进入了一个新的发展阶段。变频调速技术的发展，标志着电力电子技术可方便、准确地进行各种不同的电能交换。高电压大容量变频器的研制成功为采用模块式组合的电力电子设备实现大功率转换提供了技术支持。模块化多电平技术是一种新型的变频器[2]。

1.5.3 储能技术

传统电能的利用始终要坚持“供需平衡”的基本原理，而灵活电能技术理念使得电能质量的灵活控制和转换成为了能源技术中主要的要求。以下将介绍一些柔性技术中的能量储存技术。

抽水蓄能技术是一种将电能和水力能量转化为能量的储能技术，广泛应用于电网调峰、调频、调相、应急备用、黑启动等领域。常规的抽水蓄能功率可达到数十万千瓦，寿命达到30年以上。采用电力电子技术，以变频调速技术，可达到75%的节能效果。变速抽水蓄能装置调节范围宽、调节精度高、功率响应速度快，能够充分满足电力系统的调频和大型可再生能源系统的运行调节。

飞轮储能是一种利用转动物体的动能储存能量的技术。飞轮能量密度高，可达到25年的使用寿命，高的转换效率达到90%，比抽水蓄能技术更好。但其持续放电时间只有一分钟，且能量密度很小，是一种典型的电力存储技术。

蓄能技术是一种把电能转换成化学能并储存起来，利用时再把化学能转换成电能。由于直接转换为化学能的电能是以直流方式进行，所以交流直流转换是此类储能系统中的一个关键环节。蓄能技术具有高效、低噪声、低污染、无规模效应、瞬态特性好、负载跟踪性能强、成本低等特点。但由于蓄能系统中存在着大量的交流、直流转换和控制等问题，使得系统的复杂程度大大提高。容量大、化学工艺复杂的大容量电池储能系统也对城市设施的安全管理提出了新的要求。

超导储能（SMES）是指通过在超导线圈中流动的电流，将其作为一种磁场来储存电力，这一方法源自于发现和应用超导现象。超导技术已广泛用于电力系统，如超导发电机、超导变压器、超导电缆、超导限流器和SMES等。与其它储能技术相比目前只有少数中小规模的SMES在商用运营[3]。

2 电力技术在电力系统中的应用分析

电子电力技术在发电环节的应用。采用电子电力技术，将大型发电机组的励磁机更换为静态励磁控制，可迅速调整发电机的转速，有效地提高发电机的运行效率；在节能等方面，采用变频调速设备取代传统的变频调速机组。将变速恒频励磁技术用于水力、电力发电机组，采用电子技术调节水力、风力发电的功率，使水力发电效率最大化，采用能量存储技术调节水力、风力发电的不稳定性，然后以电力技术进行电力系统的并网传输，可提高能源利用率。另外，在分布式电源中实现无缝并网，也是基于电子电力技术来实现其利用效能，可缩短电网和用户的距离，增加用户使用的安全性[4]。

电子电力技术在输电环节的应用。通过对电能进行精确、迅速的控制，实现了对切换装置的切换，依据可控硅换流阀的应用，从而使其在HVDC中得到应用，极大地降低了交流变换变压器的使用量，实现了对电流变换装置的移动性，降低了发电企业的生产成本，增强了中、大电流变换装置的竞争能力。另外该技术在短距离传输中的应用也是可行的；柔性直流输电技术是电力技术与控制技术的结合，通过对电网的有关参数进行调节，以保证线路的安全和合理的损失。

电子电力技术在配电环节的应用。在配电网中，采用电功率技术和FACTS技术是影响配电网安全运行的关键因素。用户电力技术能够保证配电系统的安全、稳定、高品质，而FACT技术能够增强电网的控制性能，提高传输容量[5]。

3 结语

我国正处于经济社会高速发展时期，电力供应是社会建设的基础。电子电力技术将直接影响着社会经济的发展，在节约用能等方面也关乎电力系统运行各个环节。在此，为促进我国社会经济不断发展，应依据各项功能努力创设电子电力技术。