電力電子技術在電路系統的作用

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電力電子技術是從上世紀開始發展起來的，也稱為功率電子技術，它具有的特點是：小體積、小重量、大容量、低損耗、較長的使用壽命，而且方便維護、有優異的控制性能。電力電子技術的應用范圍特別廣，涉及通信、電器等多個領域，應用在電路系統是其中一個重要方面，因此，研究電力電子技術在電路系統中的應用尤為重要。

1電力電子技術介紹

電力電子技術是一個由多種技術支撐的平臺，不僅包括功率半導體器件和現代控制技術，還包括計算機技術和電路技術。在近五十年來發展迅速，應用的范圍也從傳統產業設備以及電能質量控制逐漸發展到新能源開發，而且在民用產品方面也有較廣泛的應用。在電力電子技術眾多的應用方面中，應用于電路系統，尤其是直流輸電的大功率電力電子技術是其中的重要方面。自本文分別介紹了將此技術應用在電路系統中的發電、輸電、配電和節能這四個環節。

2電力電子技術在電路系統中的應用

自柔性交流輸電概念出現后，越來越多的學者開始關注電力電子技術，并積極聯合多種技術，開發出許多相關的支持和應用設備。下面對電力電子技術的多個電路系統應用方面進行詳細介紹。

2.1將電力電子技術應用在發電環節

在發電環節，可以將電力電子技術應用在發電環境中的發電環節，涉及到的設備包括發電機組的大多數設備。在這種情況下，電力電子技術能夠實現設備運行特性改善的目的。第一種情況是用于靜止勵磁，尤其是對于大型發電機，采用晶閘管整流方式，利用靜止勵磁的自并勵方式，具有明顯優勢，能夠獲得極高的可靠性，而且結構相對簡單，造價也不高，所以其應用技術已經獲得了國內外相關專家學者的青睞。在這一項應用中，將中間的慣性環節也就是勵磁機部分省去了，所以它的調節速度更快。調節速度的加快對于更好的控制規律的應用更為有益，從而控制效果的進一步優化就能隨之實現。第二種情況是應用于水力和風力發電中。對于水力發電而言，水頭壓力和流量是決定其變速恒頻勵磁的關鍵因素，一旦水頭出現較大的變化幅度，機組將會隨著水頭的變化出現最佳轉速的改變。對于風力發電而言，有效功率的大小正比于風速的三次方，而且風車會隨著風速的改變出現捕捉最大風能的功能的轉變。在上述情況中，為了實現有效功率的最大化，需要實現機組運行的速度的變化，可以通過將轉子勵磁電流進行調整實現。也就是疊加轉子轉速，以保持輸出頻率也就是定子頻率的不變，在這項應用中，涉及的關鍵技術是變頻電源。第三種是應用在變頻調速中。在發電廠中，風機水泵的耗電量是非常巨大的，根據統計，火電設備的總耗能的65%都是風機水泵貢獻的，而其中的8%又是變頻調速消耗的，也就是說風機水泵變頻調速的運行效率是比較低的。如果要實現節能的目的，不管是在高壓還是低壓變頻器中，將變頻調速技術應用于風機水泵是最佳的解決思路。

2.2將電力電子技術應用在輸電環節

在輸電環節，尤其是高壓輸電過程中，電力電子技術應用素有“硅片引起的第二次革命”的稱號，它的應用實現了電力網運行穩定性的大幅度提高。在直流輸電技術中，直流和輕型直流輸電具有容量大、性能穩定、易于靈活控制的特點，所以高壓直流輸電在長距離輸電以及在海底電纜輸電中擁有無法取代的優勢。晶閘管換流器于上世紀七十年代第一次出現，代表著直流輸電正式進入電力電子技術應用時代，從此以后，晶閘管換流閥開始廣泛應用于直流輸電工程。在1980年到1990年，柔性交流輸電技術開始出現，這項輸電技術是以電力電子技術為基礎，借助現代控制技術，實現靈活調節交流輸電系統的電壓、阻抗和相位的技術，能夠充分保證電力系統的穩定性。

2.3電力電子技術應用在配電環節

存在于配電環節的主要問題是電能質量的保證和供電可靠性的保證。其中對于電能質量問題來說，既要滿足控制電壓、頻率和諧波的要求，又要滿足不對稱度的要求，同時還要防止出現瞬態波動和干擾。應用電力電子技術，結合現代控制技術，應用于電路系統中的配電環節，是近些年來發展起來的新型電能質量控制技術。市場對于這項技術的需求比較大，而且由于其開發簡單、成本低廉，所以這項技術的應用前景非常好。

2.4電力電子技術應用在節能環節

電動機運用變負荷方式進行節電只是節能的一個方面，而電動機變負荷調速技術是節能研究的另一個方面，只有二者的有力結合才能實現真正的節能。交流調速是目前廣泛用于冶金和礦山等部門的一項技術。風機、泵類是首先采用調速控制的變負荷機械，此技術用于替代風板或節流閥，在對風流量和水流量進行控制時的效果非常明顯。變負荷的風機、水泵，國外普遍選擇交流調速方式，但在我國這項技術還處于應用推廣階段。變頻調速的具有調速范圍廣，效率和精度高，可以連續無級調速。這種技術具有損耗小，節電效率客觀的優點，但同時也存在成本高，易產生高次諧波，從而對電網造成污染的問題。對于無功損耗的問題，功率因數的提高對于電氣設備節能尤為重要。感性負載一般是指交流異步電動機、變壓器等，在運行這些設備時，會同時消耗有功功率和無功功率，所以為了實現電能質量的優化，要同時保證無功與有功電源的優化。一旦電力網或電氣設備出現無功容量不夠的情況時，為使得設備功率因數提高，需要加設無功補償設備。

3結束語

電力電子技術仍然處于快速發展階段，這個過程中又不斷的有新結構器件、新材料出現，而且不斷進步的計算機技術也為現代控制技術的廣泛應用提供可能。在相關輔助技術的發展支持下，電力電子技術在電路系統中的應用也越來越廣泛。

作者:劉禹延 單位:浙江省杭州市浙江大學

參考文獻

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