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電力電子技術是從上世紀開始發(fā)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(yōu)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(tǒng)是其中一個重要方面，因此，研究電力電子技術在電路系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)展迅速，應用的范圍也從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)設備以及電能質(zhì)量控制逐漸發(fā)展到新能源開發(fā)，而且在民用產(chǎn)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(tǒng)，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(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電和節(jié)能這四個環(huán)節(jié)。

2電力電子技術在電路系統(tǒng)中的應用

自柔性交流輸電概念出現(xiàn)后，越來越多的學者開始關注電力電子技術，并積極聯(lián)合多種技術，開發(fā)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(tǒng)應用方面進行詳細介紹。

2.1將電力電子技術應用在發(fā)電環(huán)節(jié)

在發(fā)電環(huán)節(jié)，可以將電力電子技術應用在發(fā)電環(huán)境中的發(fā)電環(huán)節(jié)，涉及到的設備包括發(fā)電機組的大多數(shù)設備。在這種情況下，電力電子技術能夠?qū)崿F(xiàn)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(fā)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(yōu)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(jīng)獲得了國內(nèi)外相關專家學者的青睞。在這一項應用中，將中間的慣性環(huán)節(jié)也就是勵磁機部分省去了，所以它的調(diào)節(jié)速度更快。調(diào)節(jié)速度的加快對于更好的控制規(guī)律的應用更為有益，從而控制效果的進一步優(yōu)化就能隨之實現(xiàn)。第二種情況是應用于水力和風力發(fā)電中。對于水力發(fā)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(xiàn)較大的變化幅度，機組將會隨著水頭的變化出現(xiàn)最佳轉(zhuǎn)速的改變。對于風力發(fā)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(xiàn)捕捉最大風能的功能的轉(zhuǎn)變。在上述情況中，為了實現(xiàn)有效功率的最大化，需要實現(xiàn)機組運行的速度的變化，可以通過將轉(zhuǎn)子勵磁電流進行調(diào)整實現(xiàn)。也就是疊加轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(diào)速中。在發(fā)電廠中，風機水泵的耗電量是非常巨大的，根據(jù)統(tǒng)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(diào)速消耗的，也就是說風機水泵變頻調(diào)速的運行效率是比較低的。如果要實現(xiàn)節(jié)能的目的，不管是在高壓還是低壓變頻器中，將變頻調(diào)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(huán)節(jié)

在輸電環(huán)節(jié)，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(xiàn)了電力網(wǎng)運行穩(wěn)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(wěn)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(yōu)勢。晶閘管換流器于上世紀七十年代第一次出現(xiàn)，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(xiàn)，這項輸電技術是以電力電子技術為基礎，借助現(xiàn)代控制技術，實現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)交流輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗和相位的技術，能夠充分保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3電力電子技術應用在配電環(huán)節(jié)

存在于配電環(huán)節(jié)的主要問題是電能質(zhì)量的保證和供電可靠性的保證。其中對于電能質(zhì)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(xiàn)瞬態(tài)波動和干擾。應用電力電子技術，結合現(xiàn)代控制技術，應用于電路系統(tǒng)中的配電環(huán)節(jié)，是近些年來發(fā)展起來的新型電能質(zhì)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(fā)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(jié)能環(huán)節(jié)

電動機運用變負荷方式進行節(jié)電只是節(jié)能的一個方面，而電動機變負荷調(diào)速技術是節(jié)能研究的另一個方面，只有二者的有力結合才能實現(xiàn)真正的節(jié)能。交流調(diào)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(diào)速控制的變負荷機械，此技術用于替代風板或節(jié)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(diào)速方式，但在我國這項技術還處于應用推廣階段。變頻調(diào)速的具有調(diào)速范圍廣，效率和精度高，可以連續(xù)無級調(diào)速。這種技術具有損耗小，節(jié)電效率客觀的優(yōu)點，但同時也存在成本高，易產(chǎn)生高次諧波，從而對電網(wǎng)造成污染的問題。對于無功損耗的問題，功率因數(shù)的提高對于電氣設備節(jié)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(xiàn)電能質(zhì)量的優(yōu)化，要同時保證無功與有功電源的優(yōu)化。一旦電力網(wǎng)或電氣設備出現(xiàn)無功容量不夠的情況時，為使得設備功率因數(shù)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(fā)展階段，這個過程中又不斷的有新結構器件、新材料出現(xiàn)，而且不斷進步的計算機技術也為現(xiàn)代控制技術的廣泛應用提供可能。在相關輔助技術的發(fā)展支持下，電力電子技術在電路系統(tǒng)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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