談電力電子技術應用展望
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關鍵詞：電力電子，靜止勵磁，變頻調速，直流輸電
1.1大型發電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁與其他類型的勵磁相比，具有實際構建成本低、結構構造形式簡單、運行平穩等特點，并通過與晶閘管整流自并勵的方式相結合，是當前我國最為主要、最為常見的大型發電機控制方式。近幾年，我國的電力電子技術在電力傳輸過程中的發電環節的應用廣泛，尤其是靜止勵磁控制，常見于大型發電機運行過程中。大型發電機在發電的過程中，一般采用靜止勵磁控制的控制方法促進發電機平穩地發電，同時還提高了大型發電機的運行效率。而且在實際的發電機運行過程中，大型發電機憑借先進的電力電子技術，促使晶閘管的并勵和整流過程得到全面的控制，使得勵磁機不再是發電系統中的必要部件，電力電子技術真正實現了大型發電機中對于靜止勵磁的嚴格控制[1]。
1.2水力、風力發電機的變速恒頻勵磁
風力發電機與水力發電機的平穩運行需要電力電子技術作為基本的技術支撐，利用變速橫頻勵磁，實現發電機的轉速與轉子勵磁頻率的高穩定性，避免了不合理、不穩定的轉子調速造成的發電效率低下等問題。
1.3發電廠風機水泵的變頻調速
目前國內發電廠使用的發電機水泵耗電量高但是運行效率低，數據表明水泵耗電量約等于0.65倍的火電設備耗電量，但是廠用電率平均值僅僅只有8%，能源的消耗量與需求量大。為了解決這一問題，常常采用低頻變壓器、高頻變壓器展開風機水泵的變頻調速，使得風機水泵可以根據不同的運轉需求及時調整自我運行頻率，風機水泵的使用頻率較高時，為了運行效率最大化，可以適當提高風機水泵的運行頻率，而風機水泵的使用頻率較低時，為了減少能源的不合理消耗，可以適當降低風機水泵的運行頻率。實驗表明，高頻變壓器的變頻調速效率要明顯優于低頻變壓器的變頻調速效率。
2電力電子技術在輸電系統中的應用
輸電環節主要是指電能輸送至用戶的通道，在這一過程中，由于輸電線路有可能會與客戶直接接觸，因此，客戶最為重視的還是輸送過程的安全問題[2]。為了保障客戶的人身安全，一些電力企業實施了相應的電力輸送安全防護技術，防止部分導體或者阻礙傳輸的物體與電力能源的直接接觸，能夠短時間內實現輸電過程的安全性要求。但是，安全防護技術不得不利用硬件設備進行安全保障，硬件設備的使用壽命與故障頻率直接影響了安全防護效果，工作人員可以利用電力電子技術對硬件設備進行實時動態監測，掌握設備的具體狀況，在發生異樣的第一時間解決問題。除了監測安全防護技術中的硬件設備安全性之外，電力電子技術還可以對直流輸電、交流輸電過程進行優化，直流輸電技術的輸電穩定性強、輸送電量大，而柔性交流輸電技術能夠快速控制輸電過程中的相位、電壓等。
2.1直流輸電技術
直流傳輸輸電技術相比于交流輸電技術更具備技術的先進性。（1）直流輸電技術的線路走廊較為狹窄，交流輸電技術至少需要采用三根線路才可以完成電力的正常運輸，而直流架空線路僅僅需要兩條線路就可以達到高效電能運輸的目的，線路的減少在一定程度上降低了施工成本。（2）在導線橫截面積與電壓相等的前提下，直流輸電技術的運輸極限功率更大。（3）直流輸電系統在電網連接上具有高適配性，可以連入不同頻率的電網。如中國大陸地區可以利用換流站來將中國臺灣地區60Hz的電網與我國大陸的電網相連。直流輸電技術和交流輸電技術都是重要的輸電方式，但是在輸電距離長、輸電容量大的情況下，輸電效率會由于大量的輸電損耗而下降，這給遠程輸電工程帶來了很大的困難。直流輸電技術在電力電子系統的基礎下實現了遠距離的、大容量的電力傳輸。
2.2交流輸電技術
柔性交流輸電技術主要用于提高電網輸送能力和改善電網運輸性能。直流輸電技術和柔性交流輸電技術都在實際應用中利用電力電子技術實現了電能的低損耗與更高的傳輸效率，柔性交流輸電技術有效利用了電力電子技術，將SVC等控制器投入輸電網絡中。通過對輸電系統電壓、阻抗等進行實時調節、控制，補償了輸電過程中的輸電損耗，防止由于系統電壓降低造成的區域性停電。這種補償方式與傳統并聯的電容補償方式相比具有明顯優勢。
3電力電子技術在電力配電系統中的應用
當前的配電環節中，配電系統仍然存在很多技術問題。一方面，電能損耗較大，無法滿足企業對高效率配電的需求，致使電力系統的輸電效率低下，另一方面，配電系統提供的電能質量不高，經常出現不規則波動與干擾，無法實現企業需要的特定的頻率、電壓的電能。因此，實現配電過程的高穩定性與低損耗性是電力系統中的配電環節急需解決的問題。面對這一問題，電力電子技術提供了有效的解決思路。設計者往往利用變換技術與變壓設備，提高配電系統實效性，電力電子變壓器在傳送分配電能過程中，可以對電能實施及時的轉化與控制以及對電網諧波的動態控制，調節過程是依據電力需求進行自我調節的，抑制了輸電效率的降低，有效解決了配電系統電能質量不高、傳輸不穩定、輸電功率低下的問題。
4電力電子技術在電力節能系統中的應用
4.1變負荷電動機調速運行
泵類變負荷機械往往是將傳統的節流閥控制水流量轉化為調速控制水流量，風機變負荷電動機是將傳統的擋風板控制風流量轉化為調速控制風流量。而在電力電子技術在節能中的應用主要體現在變負荷電動機的調速運行上，利用電力電子技術可以實現風機泵類負荷機械的實時調節，通過對運行需求與運行條件的綜合判斷，改變運行頻率，進而控制水流量或者風流量，保障風機和泵類機械的能源利用率最大化，減少非必要的能源消耗。
4.2減少無功損耗，提高電能使用率
交流異步電動機與變壓器一般是屬于感性負載的器件，在進行電力傳輸過程中，兩者都是同時對有功功率和無功功率進行消耗，進而維持電力系統中的做功平衡，否則將導致電力系統的功率因數和電壓的雙重降低。目前的電力系統仍然存在無功損耗過量，使得電機運行效率急劇下降的問題，急需工程師解決。而近幾年的電力系統研究中，設計者常常將這一問題的解決方案與電力電子技術的應用相結合。設計者利用電力電子技術對電力設備的運行方式與變速運行頻率進行調節、優化，大大降低了無功損耗。由此可見，電力電子技術在電力系統中起到設備運行頻率與運行方式的控制作用，解決了目前感性負載存在的核心科技難題。
5結語
電力電子技術在電力系統中的發電環節、輸電環節、配電環節、節能環節都有有效的應用。在發電環節中的應用：（1）大型發電機在發電的過程中，一般采用靜止勵磁控制的控制方法促進發電機平穩地發電，同時還提高了大型發電機的運行效率。（2）利用變速橫頻勵磁，實現發電機的轉速與轉子勵磁頻率的高穩定性，避免了不合理、不穩定的轉子調速造成的發電效率低下等問題。（3）是采用低頻變壓器、高頻變壓器展開風機水泵的變頻調速，使得風機水泵可以根據不同的運轉需求及時調整自我運行頻率。在輸電環節中電力電子技術的應用主要體現在交流和直流輸電技術上，兩者都通過對輸電系統電壓、阻抗等進行實時調節、控制，補償了輸電過程中的輸電損耗。配電環節中，主要是利用變換技術與變壓設備，提高配電系統實效性，實現對電能實施及時的轉化與控制以及對電網諧波的動態控制。電力電子技術主要在兩個方面應用于電力系統的節能：（1）變負荷電動機調速運行；（2）減少無功損耗、提高電能使用率，實現風機泵類負荷機械的實時調節，根據客戶需求改變運行頻率，最終實現水流量或者風流量實時控制，保障風機和泵類機械的能源利用率最大化，減少額外能源的消耗。應該認識到電力電子技術在電力系統運行中的重要性，從實際的客戶需求出發，創新電力電子技術，解決電力系統中的問題。
參考文獻
[1]史文秀.基于分岔理論的直驅永磁風機并網系統電壓穩定性研究[D].山東:山東科技大學,2017.
[2]劉玉瑩.含分布式電源的配電網故障恢復研究[D].山東:山東科技大學,2017.
作者：劉恒志 單位：山東科技大學電氣與自動化工程學院
