電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、U EXin A COLLEGE信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)部電力電子技術(shù)論文題目：電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用專業(yè)年級(jí)： 14 級(jí)自動(dòng)化學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：張曉丹2017年5月4日【摘要】電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù), 它是利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的新興學(xué)科。 本文概括性的介紹了電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電和節(jié)能等各個(gè)環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用。1 引言電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。其涉及到提高輸電能力、改善電能質(zhì)量、 提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、 可靠性、 控制的靈活性及降低損耗等重大問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過(guò)一次以上電力電子

2、變流裝置的處理。 電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中， 電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。 可以毫不夸張的說(shuō)， 如果離開(kāi)電力電子技術(shù)， 電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。2 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用2.1 發(fā)電環(huán)節(jié)電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備， 電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特征為主要目的。（ 1）大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制。在我國(guó)范圍內(nèi)乃至全球范圍內(nèi)的各個(gè)大型電廠發(fā)電機(jī)組中， 運(yùn)用的最為普遍的靜止勵(lì)磁系統(tǒng)， 電力電子技術(shù)的發(fā)展， 使電子技術(shù)取代了勵(lì)磁控制中的勵(lì)磁機(jī)環(huán)節(jié)， 使靜止勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的控制構(gòu)造和高性能低成本的運(yùn)作。 同時(shí)由于電子技術(shù)代替了勵(lì)磁機(jī)的環(huán)節(jié)， 使靜止勵(lì)磁能

3、夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行迅速有效的調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。（ 2）變頻調(diào)速。以發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速為例。發(fā)電廠的廠用電率平均為8%， 風(fēng)機(jī)水耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%， 且運(yùn)行效率低。 使用低壓或高壓變頻器，實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國(guó)內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力的企業(yè)不多，國(guó)內(nèi)有不少院校和企業(yè)正抓緊聯(lián)合開(kāi)發(fā)。（ 3）在太陽(yáng)能發(fā)電的控制系統(tǒng)中，電子技術(shù)的作用尤為突出，太陽(yáng)能作為1.1 世紀(jì)被廣泛重視的新型能源，發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)是整個(gè)國(guó)家乃至遠(yuǎn)世界的戰(zhàn)略目標(biāo)。 然而由于太陽(yáng)能發(fā)電本身的功率過(guò)大，

4、 在使用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組發(fā)電的時(shí)候，需要將生產(chǎn)出來(lái)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)候就需要大功率的電流轉(zhuǎn)換器。而電子技術(shù)能夠很好的解決這一問(wèn)題。 大功率太陽(yáng)能發(fā)電， 無(wú)論是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽(yáng)能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電， 所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實(shí)施的陽(yáng)光計(jì)劃以34kW勺戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國(guó)實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則以1015kW勺獨(dú)立系統(tǒng)居多， 而大型系統(tǒng)有在美國(guó)加州的西門子太陽(yáng)能發(fā)電廠(7.2MW等。1.2 輸電環(huán)節(jié)電力電子技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在柔性交流電技術(shù)、 高壓直流電 技術(shù)以及靜止無(wú)功補(bǔ)償器等上。(1)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS產(chǎn)

5、生于上世紀(jì)80年代，主要以柔性的交流輸電設(shè)備為代表方式廣泛的應(yīng)用于輸電線路中。 在電力的輸送過(guò)程中， 由于傳統(tǒng)電力功率的控制方法過(guò)于粗糙， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)在輸電過(guò)程中對(duì)電能的調(diào)整， 使輸電過(guò)程中產(chǎn)生大量的電力損耗和高昂的輸送成本。 而柔性交流輸電技術(shù)的主要內(nèi)容是在輸電線路的重要部位使用電力電子控制裝置， 對(duì)輸電系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行適時(shí)的控制。 以實(shí)現(xiàn)輸送過(guò)程中電能功率的合理分配， 降低輸電過(guò)程中的輸送成本和電能消耗，大幅度的提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。(2)高壓直流輸電技術(shù)(HVDC。直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸

6、電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 1970 年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流閥試驗(yàn)工程在瑞典建成， 取代了原有的汞弧閥換流器， 標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。新一代HVDCJ術(shù)采用GTO IGBT等可關(guān)斷器件，以及脈寬調(diào)制(PWM殍技術(shù)。省去了換流變壓 器， 整個(gè)換流站可以搬遷， 可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，由于采用了可關(guān)斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對(duì)受端系統(tǒng)的容量沒(méi)有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)( 海上石油平臺(tái)、海島 ) 供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。

7、近年來(lái)，直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電( HVDCLight )采用IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成換流器，應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行無(wú)源逆變， 解決了用直流輸電向無(wú)交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問(wèn)題。 同時(shí)大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備，降低造價(jià)。世界上第一個(gè)采用IGBT 構(gòu)成電壓源換流器的輕型直流輸電工業(yè)性試驗(yàn)工程于 1997 年投入運(yùn)行。（ 3）靜止無(wú)功補(bǔ)償器（ SVC） 于 20 世紀(jì) 70 年代興起， 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為很成熟的FACTS裝置，具被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷補(bǔ)償和輸電線路補(bǔ)償 （電壓和無(wú)功補(bǔ)償），在大功率電網(wǎng)中，SVCM用于電壓控制或用于獲得其它效 益， 如提高系統(tǒng)的阻尼和穩(wěn)定性等； 這類

8、裝置的典型代表有： 晶閘管控制電抗器（TCR和晶閘管投切電容器（TSC 。我國(guó)輸電系統(tǒng)五個(gè)500kV變電站用的SVC 容量在105170Mvar,均為進(jìn)口設(shè)備，型式為TCR1 口 TSC或機(jī)械投切電容器組。 國(guó)內(nèi)工業(yè)應(yīng)用的TCRg置大約有20套，容量在1055Mvar,其中一小半為國(guó)產(chǎn) 設(shè)備。低壓380V供電系統(tǒng)有各類TSCa國(guó)產(chǎn)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備在運(yùn)行，但至今仍沒(méi) 有一套國(guó)產(chǎn)的SVC在我國(guó)的輸變電系統(tǒng)運(yùn)行。1.3 配電環(huán)節(jié)配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。 電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、 頻率、 諧波和不對(duì)稱度的要求， 還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制

9、技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力（Custom Power）技術(shù)。用戶電力技術(shù)（CB技術(shù)和FACTSK術(shù)是快速發(fā)展的 姊妹型新式電力電子技術(shù)。采用FACTS勺核心是加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增 大其電力傳輸能力；發(fā)展 CP的目的是在配電系統(tǒng)中加強(qiáng)供電的可靠性和提高供 電質(zhì)量。CP和FACTS的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和 功能上也相同， 其差別僅是額定電氣值不同， 目前二者已逐漸融合于一體， 即所 謂的DFACTSfc術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR ,固態(tài)斷路器（SSCB ,故障電流限制器（FCD ,統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（PQC等。 2.4 節(jié)能

10、環(huán)節(jié)電子技術(shù)在電力系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面， 分別是： 變負(fù)荷 電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行方面和提高電能使用率方面。（ 1）變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)節(jié)電主要是表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是電動(dòng)機(jī)本身挖掘節(jié)電潛力 ; 另一個(gè)是通過(guò)變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)。只有將二者結(jié)合起來(lái)， 才使得電動(dòng)機(jī)節(jié)電方面變得較完善。 交流調(diào)速目前在礦山和冶金等行業(yè)的電力系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。在調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，節(jié)電率一般可達(dá)30左右。其缺點(diǎn)主要為：成本高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)。（ 2）減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)。在電氣設(shè)備中，其器具包括

11、變壓器在內(nèi)的主要設(shè)備都是屬于感性負(fù)載。 他們?cè)谶\(yùn)行時(shí)， 不但消耗電氣設(shè)備的有功功率，還消耗它的無(wú)功功率。 無(wú)功電源和有功電源是一樣的， 是用來(lái)保證電能質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 所以， 當(dāng)電氣設(shè)備中的無(wú)用功的容量比較小時(shí)， 應(yīng)該增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，從而使得設(shè)備功率因數(shù)得到很大的提高電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用文章電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。3 總結(jié)根據(jù)世界上較為發(fā)達(dá)的國(guó)家進(jìn)行的預(yù)測(cè)和判斷， 今后將有百分之九十以上的電能需要利用電力電子技術(shù)進(jìn)行處理之后， 才可以進(jìn)行使用。 電力電子技術(shù)與百分之九十五的現(xiàn)代的工業(yè)以及各種民用的機(jī)電設(shè)備有很大的關(guān)系。電力電子技術(shù)是電工技術(shù)中的新技術(shù)， 是電力與電子技術(shù)的融合， 已經(jīng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大的作用， 對(duì)未來(lái)輸電系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大影響。 電力系統(tǒng)發(fā)達(dá)國(guó)家在用戶最終使用的電能中 , 有六成以上的電能至少經(jīng)過(guò)一次以上電力電子裝置的處理。電力系統(tǒng)