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电力电子技术在电力系统中的应用

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发表时间:2019-09-12 11:01


  随着计算机技术进步,现代控制技术为人类的生产、生活提供了强大的技术支持,新的材料和结构器件又反过来促进了电力电子技术发展,并在社会中得到广泛的应用。在电力系统中,应用电力电子技术也取得了很大进展。电子电子技术是电子技术的主要内容之一,除了电子电子技术,还有信息电子技术。现代电子技术主要是用电子器件进行设计的,以电子学原理为基础,进而制造一些特定功能的电路,可以为解决实际问题提供科学的依据的一项高科技电子技术。该项技术主要应用在电力领域,是以功率半导体器件、电路技术、现代控制等技术为支撑的技术平台新技术,主要是建立在电工原理学科、电子学等学科的理论基础上。


  电力电子技术的发展


  电力电子技术智能化的飞速发展:主要是可以将电子信息和器具的功率处理合二为一,将微电子技术和电力电子技术能够进行一体化。很多人指出:工业设备领域和电网领域是电子学下一步的重要应用范畴,该技术可以将人类带到第二次电子革命的前沿。


  电力电子技术的应用


  在发电环节中的应用


  在电力系统中,包括发电环节在内的多种设备,是将来应用该技术的主要环节,主要是进行改善和应用这些设备。


      (1)大型发电机的静止励磁具有安全性高、结构简单和成本廉价等优点,其控制静止励磁是采用的闸管整流并自励方式,此方式在各行业的大电力系统得到广泛采用。因为励磁机的中间惯性部分被去掉了,所以具备快速性调节性能,可以产生良好控制效果和充分发挥其性能。


      (2)风力和水力发电机的变速恒频励磁。用水力进行发电的有效功率基本是由水头压力和流量决定的。在水头变化较大时,机组最优的转速也会跟着发生变化。风力发电的有效功率主要是和风速的三次方有关系,是正比关系,风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。要使机组变速运行,取得最大的有效功率,可以通过改变转子励磁电流的频率,使其与转子转速、输出的频率恒定。该应用的核心技术主要是变频电源。


  在节电方面的应用


    (1)变负荷电动机调速运行。电动机节电主要是表现在两个方面:一个是电动机本身挖掘节电潜力;另一个是通过变负荷电动机的调速技术。只有将二者结合起来,才使得电动机节电方面变得较完善。交流调速目前在矿山和冶金等行业的电力系统中应用较为广泛。


    (2)减少无功损耗,提高功率因数。在电气设备中,其器具包括变压器在内的主要设备都是属于感性负载。他们在运行时,不但消耗电气设备的有功功率,还消耗它的无功功率。无功电源和有功电源是一样的,是用来保证电能质量的重要环节。所以,当电气设备中的无用功的容量比较小时,应该增装无功补偿设备,从而使得设备功率因数得到很大的提高。


  在输电环节中的应用


    (1)通信用高频开关电源。通信业的进步和飞速发展,在很大程度上推动了通信电源的高速发展。在通信技术中,一次电源通常为整流器,而二次电源为直流—直流变换器。在通信设备中,电源电压不同,集成电路的种类也多;因此,在通信供电系统中,从中间母线电压,将变换成所需的各种各样的直流电压,这样才可以减小损耗,能较为方便的增加和安装设备。


    (2)直流-直流(DC/DC)变换器。DC/DC变换器是一个将固定的直流电压转换成可以变动的直流电压,在地铁列车和无轨电车无级变速的控制上该技术已经成功的应用了,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能。将直流斩波器用来代替变阻器,可以节约电能达到30%左右,效果很好。直流斩波器不仅可以起到能够调节电压的作用(如开关电源),而且还可以对电网侧谐波电流噪声进行有效地控制和抑制,使调节和控制效果取得了明显的进步。


    (3)直流输电技术。直流输电、轻型直流输电技术具有很多优点:有较大的输电容量,能灵活的进行调节和控制,并且稳定性能极好等。同时,电压直流输电所具有的的独特优势是:可以利用海底电缆输电;并能进行远距离输电;还可以将不同频率系统进行联网。在上个世纪七十年代,电力电子技术正式应用在直流输电上,起源于世界上第一个晶闸管换流器的诞生。从那往后,在生产实践中所用到的直流输电工程基本上都是用的晶闸管换流阀。


  在配电环节中的应用


  目前,能否进行可靠性供电,到底如何进行加强和提高电能质量,是现在配电系统中所需要迫切解决的问题,要抑制各种瞬态的波动和干扰才可以使电能质量得到控制,同时还要满足频率和谐波以及电压的不对称度的要求。用户电力技术(DFACTS)是在柔性交流输电技术(FACTS)的各项技术成熟以后,在此基础上发展起来的,并能对电能质量进行控制的一项新技术;它是现代控制技术和电力电子技术在配电系统中的主要应用。由于DFACTS设备其原理、结构、功能与FACTS比较相似,根据市场的需求,其使用范围会逐渐广泛,再加上电力电子器件价格越来越廉价,可以预计DFACTS设备产品将快速进入一个高速发展的阶段。


  改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业


  根据世界上较为发达的国家进行的预测和判断,今后将有百分之九十以上的电能需要利用电力电子技术进行处理之后,才可以进行使用。电力电子技术与百分之九十五的现代的工业以及各种民用的机电设备有很大的关系。特别指出的是,电力电子技术是一个用弱电来控制强电的载体,同样也是计算机技术与机电设备之间进行接口的重要瓶颈。该技术可以为传统产业和新兴产业将来采用微电子技术创造有利的条件和强大的技术支持,还可以为将来充分发挥计算机技术的优势奠定强有力的技术条件和基础。


  结论


  通过以上介绍可以知道,电力系统是电力电子技术主要应用的一个方向。在已有研究成果的基础上,使得该技术应用和运行投入逐渐加大。只有在不断改善该技术应用经济性的情况下,才有可能在电力系统中大规模推广这项技术,大幅度提高电力系统的稳定水平,从而产生巨大的经济效益和社会效益。



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