基于电工电子技术的电力系统设计

摘要：近年来，全国范围对电力资源需求的提升，对电力系统的安全性与稳定性提出了挑战。如何解决传统电力系统中存在的监督管理不足、配电环节等问题，成为相关研究者关注的问题。基于此，为保障用户的用电质量和用电安全，本文以电工电子技术为主，对电力系统的设计展开了研究，并对变压器、交流侧滤波等进行了设计，经验证，本文的设计可实现电力系统的安全稳定运行，降低电力企业的运营成本。

关键词：电工电子技术；电力系统；输电系统；配电系统

一、引言

随着社会的快速发展和电力需求的不断增长，电力系统设计已成为当今世界不可或缺的重要领域。电工电子技术作为电力系统设计的基础，为电力系统的稳定运行和高效传输提供了有力支持。同时，电工电子技术的应用对电力系统的安全性、稳定性以及对电力传输质量效率等方面有着直接的影响。其不仅涉及电力系统的规划、设计、建设、运行和维护，还涉及电力设备的制造、安装、调试和维修。电工电子技术的应用，使得电力系统的性能得到了显著提升，同时也为电力系统的智能化和自动化发展奠定了基础[1]。本文将详细介绍基于电工电子技术的电力系统设计的技术原理和应用实践，以期为提高我国电力系统的供电质量和效率提供有益借鉴。

二、电工电子技术的概述

电工电子技术是传统电工技术与现代电子信息技术相结合的产物，以传统电工技术为基础，创新电工电子应用技术，集中电工技术和电子技术的作用，实现多角度融合，是时代进步的必然需求。在电力系统的发展过程中，电工电子技术的作用越来越重要，它不仅提高了电力系统的运行效率，还降低了运营成本。此外，电工电子技术还推动了电力系统的智能化发展，使电力系统更加完善、效率更高、技术手段更先进。

要深入理解电工电子技术对电力系统发展的作用，可以从其特点方面逐一进行分析。电工电子技术具有集成化、全控化、高频化以及高效化等特点。首先，从全控化特点方面来看，电工电子技术的全控化实现了对电力系统中各器件的全自动化关断以及全面控制，能够有效提高系统的效能。全控化能力还为电力系统设备提供了智能化功能，能够提升电力系统的自主调控和自动化处理能力，为电力系统的稳定运行和持续发展提供有力支持；其次，从高频化方面来看，具体表现为电力系统中电子设备的芯片高度集成化。电工电子技术的应用，可以根据需求来提高电器元件的频率，以此达到降低电能损耗和机械磨损的目的，使得电器元件的使用周期得到提升；最后，站在高效化角度，降低电力器件的损耗率，提高电力系统的运行效率和器件的开关速度，从而保障了电力系统的高效、安全、稳定运行。

三、基于电工电子技术的电力系统设计探究

（一）电力系统总体架构设计

为了保障新能源接入后，电力系统保持安全运行，在设计电力系统引入电工电子技术，系统设计框图如图1所示。

随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力系统的基本架构也面临着新的挑战和变革。为了应对这些问题，国家能源局于2023年发布了《新型电力系统发展蓝皮书》，明确了新型电力系统的发展理念、内涵特征和发展路径，提出了构建新型电力系统的总体架构和重点任务。本文将围绕新型电力系统总体架构进行探讨，并展望其发展前景。新型电力系统总体架构以“一个基本目标、一条主线引领、四大体系建设、三维创新支撑”为核心，构建清洁、高效、安全、智能的电力系统，满足经济社会发展对电力的需求。一条主线引领：以电力系统高质量发展为主线，推动电力系统从传统的能源消费型向能源节约型、清洁型、智能型转变。四大体系建设：分别是能源供应体系、能源消费体系、能源技术体系、能源政策体系。三维创新支撑：技术创新、管理创新、制度创新，为新型电力系统发展提供有力支撑。

（二）发电系统设计

1.静止励磁技术

基于电工电子技术进行电力系统设计，电工电子技术的应用，可为系统提供充足的动力，保障发电系统的安全稳定运行。其中，从静止励磁技术应用，控制大型发电机组静止励磁的，保障了电能的稳定传输，优化变频电源转子励磁频率，保障了发电系统功率控制的有效性，提高了电力系统的控制能力（励磁系统如图2所示）。在静止励磁的应用中，电子电工技术还为电力系统带来了许多其他优势，例如，它可以实现电力系统的智能化控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。此外，电子电工技术还可以优化电力系统的运行方式，降低运行成本，提高经济效益。

2.恒频励磁

在风力发电和水力发电中，恒频励磁技术发挥着关键作用。恒频励磁技术通过利用先进的电子电工技术，确保发电机在运行过程中保持恒定的频率，对于确保电力系统的稳定性和连续性至关重要。在风力发电设备中，恒频励磁技术能够确保风能有效转化为电能，并保持稳定的输出频率。同样，在水力发电设备中，恒频励磁技术能够确保水流或水轮机产生的动力有效转化为电能，并保持稳定的输出频率。

3.机泵变频调速

在电力系统中，机泵变频调速技术对于确保电力输送的稳定性和效率具有重要意义。当电力输送电压的高低极限值存在较大差异时，机泵变频调速装置能够发挥关键作用。新型的水泵变频技术可以显著降低高压电能与低压电能的转换成本，并提高交流电与直流电的连接顺畅性，有助于提升整个电力系统的运行效率，确保电力输送的稳定性和可靠性。

（三）输电线路设计

在电力系统中，输电环节是确保电能安全、稳定、高效传输的关键。随着电工电子技术的不断发展，其在输电领域的应用日益广泛。首先，电工电子技术在输电系统中的应用，能够提高输电效率，降低资源损耗。在输电过程中，由于各种因素的影响，经常会出现无功损耗等现象，导致资源浪费和环境污染。而电工电子技术，可以优化输电系统，减少无功损耗，提高输电效率，实现资源的有效利用。其次，电工电子技术在输电系统中的应用，能够提高输电系统的安全性。在输电过程中，由于各种不确定因素的存在，可能会导致输电系统出现故障或异常情况。而通过应用电工电子技术，可以对输电系统进行实时监控和故障诊断，及时发现并处理问题，确保输电系统的安全稳定运行。最后，电工电子技术在输电系统中的应用还体现在高压直流电输电技术和柔性交流电输电技术方面。在高压直流电输电技术中，电工电子技术可以提高换流阀和晶闸管的移动效率。在柔性交流电输电技术中，电工电子技术可以实现对电量消耗的全面控制，提高电力系统的电能输出速度，增强电力系统中输电系统的稳定性[3]。

（四）配电系统设计

配电环节是电力系统中将电能输送到用户端的关键环节，对于确保用户用电的稳定性和安全性至关重要。电子电工技术在配电环节中的应用，能够通过智能化、精确化的方式，提高电能分配的效率和安全性。同时，还能够确定供电点和负荷点的位置，规划合理的配电网络，确保电能传输的效率和平衡。考虑不同负荷类型和功率因素对配电系统的影响，进行负荷流量计算和功率因数校正。首先，电子电工技术能够智能检测电路中的电能损耗。这种技术可以实时监测配电系统的运行状况，精确计算电能损耗，并根据损耗大小判断用电状况。通过这些数据，系统可以更加合理地进行电能分配，避免资源浪费，实现电能的高效利用。其次，在配电过程中，保证用电安全是非常重要的环节。电子电工技术能够对系统中的用电状况进行全面实时的监控，一旦检测到系统出现用电故障，配电系统就会出现电流或电压波动。系统可采用合适的开关设备（如断路器和接触器）和保护装置（如熔断器和过载保护器）进行配电系统的安全保护。同时，可考虑并联电容器或其他无功补偿设备，以提高功率因数并减少无功功率流失。通过电子电工技术实现对系统中相应的故障进行准确地判断和处理，能够确保用户的用电安全。最后，电子电工技术还可以对配电系统进行优化设计[4]。通过分析电能损耗、用电状况等数据，可以发现配电系统存在的问题和不足，进而进行针对性优化和改进。这有助于提高配电系统的运行效率，降低电能损耗，提高用户满意度。

（五）交流侧滤波设计

在电力系统设计过程当中，电路运行时每一向都具备一个对应的载波信号。一般情况下，相差数值为2/3，输出线电压基波分量为：

（1）

在公式（1）中，输出电线的电压基波分量、调制深度、直流电压、调制波频率等分别由u、m、Ud及w来表示；调制时间和相角分别由t和f来表示。根据公式（1），电力系统中电力电子变压器的输入和输出，均以电压换流器为主，然后采用脉宽调制技术，进行滤波处理。同时，换流器在电力系统中的应用，能够从一定程度上对电压进行过滤处理。为了避免输出的电压出现谐波失真从而无法满足需求的情况，保障电力系统的电能质量和电网运载负荷需求，系统还需要采用无源滤波器对电力系统的交流侧滤波进行处理，以此提高电能的质量。

（六）控制系统设计

电力电子控制器是电力系统的核心设备，用于控制和调节电力系统的运行参数。针对控制系统的设计，可以通过电力电子控制器采集系统的运行参数，根据预设的算法和控制逻辑，对电力系统进行精确控制，从而使得电力系统的运行更加稳定和安全，进而提高电力系统的可靠性和效率。并且，还可以结合需求设计监控与控制系统，实时监测电力系统的运行状态、负荷情况和故障信息。控制系统能够进行负荷预测和负荷e986948614e3a1d6cc54eac764f117a7b2f1cb95dd05d45f0af172cdcfc0469f平衡，根据实际负荷情况调整发电和配电策略，控制系统还能够实现自动化控制，如调度中心可以自动切换发电机组、调整变压器的负载分配等。

（七）安全保护系统设计

电力电子保护装置，用于保护电力系统的正常运行。当电力系统出现故障时，电力电子保护装置能够迅速检测到故障信号，切断故障线路，避免故障扩大，从而保障电力系统的安全运行。电力电子保护装置包括继电器、断路器等，用于过流保护、接地保护、差动保护等。设计电力电子保护装置时，还能够根据不同电气设备的特点和负荷情况，确定合适的保护参数和保护策略，确保系统和设备在故障情况下的安全可靠运行。保护装置的应用还能够对电力系统进行故障记录和事件分析，定期进行系统维护和巡检，确保电力系统的安全运行[5]。

（八）质量控制

配电系统是管控电能质量的重要环节。首先，电工电子技术可为配电系统带来实时调控能力。通过晶闸管等先进设备，系统可以实时调整谐波、电压等关键参数，从而确保电能质量始终满足控制要求，并有效预防系统的瞬间波动。其次，电工电子技术具有全频化和集成化特点，在电力系统中应用电工电子技术，为改进工频配电系统变压器提供了新的可能。这些技术不仅有助于解决传统变压器存在的过度污染和设备体积大等问题，还能进一步提高配电系统的效率和可靠性。最后，为了加强数据管理和信息安全性，需要结合系统参数搭建实时电力系统的监控系统。这个系统可以将分类后的数据实时储存到电力系统所对应的数据库中，为电能质量控制提供有效依据。同时，这个系统还具备实时数据采集能力，能够为后续的系统研究和优化设计提供有力支持，从而为用户提供更加安全、可靠、高效的电力服务。

四、结束语

综上所述，通过电子电工技术的引入，为电力系统的优化和升级提供了新的解决方案。电子电工技术不仅有助于提升电力系统的运行效率，还能优化电能的应用水平，使电力系统向着智能化和自动化的方向发展。同时，电子电工技术还能有效解决电力系统运行中遇到的问题，保障了发电、配电、输电等环节的安全性与稳定性。未来，为了充分发挥电子电工技术的应用价值，相关技术人员与研究人员需要不断加强技术研发和创新，培养专业的技术人才，积极引进先进的技术理论，不断完善电力系统的应用功能，从而更好地满足社会对电力系统的需求，推动电力系统的持续发展和进步。

作者单位：秦育亮 广饶县职业中等专业学校

秦育亮（1988.06-），男，汉族，山东东营，本科，讲师，研究方向：电子技术应用、电子信息工程。

参考文献

[1]秦宝振.电子电工技术在电力系统中的应用[J].光源与照明，2023，（07）：231-233.

[2]马艳菊.电工电子技术在电力系统无功补偿自动控制方面的应用分析[J].江西电力职业技术学院学报，2023，36（04）：13-15，20.

[3]郭淑贞.基于电子技术的电力系统节能设计[J].电子测试，2022，（04）：121-122，115.

[4]孙仁忠.电子电工技术在电力系统的应用与探究分析[J].电子元器件与信息技术，2022，6（11）：227-230.

[5]朱艳.浅谈电子电工技术在电力系统中的应用[J].电子测试，2021，（03）：133-134.