電力電子技術(shù)是新興的一種電子技術(shù),被廣泛的應(yīng)用到電力電子領(lǐng)域,而且隨著變頻技術(shù)的研究和發(fā)展,電力電子的發(fā)展有了更有力的保障,目前,電子電力技術(shù)的作用主要在發(fā)電,輸電,配電等各個環(huán)節(jié)。下面看看電力電子技術(shù)在各個環(huán)節(jié)運(yùn)用的基本情況。

在發(fā)電環(huán)節(jié)的運(yùn)用

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)行特性為主要目的。

(一)大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁控制。靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式,具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點,被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機(jī)這個中間慣性環(huán)節(jié),因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié),給先進(jìn)的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。

(二)水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量,當(dāng)水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機(jī)組),機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速亦隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比,風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率,可使機(jī)組變速運(yùn)行,通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率,使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。

(三)發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為8%,風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(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,國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家,并有完整的系列產(chǎn)品。

(四)太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能,是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電,無論是獨立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng),通常需要將太陽能電池陣列發(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。日本實施的陽光計劃以3～4kW的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主,我國實施的送電到鄉(xiāng)工程則以10～15kW的獨立系統(tǒng)居多,而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠(7.2MW)等。

在輸電環(huán)節(jié)的運(yùn)用

(一)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)交流輸電或電網(wǎng)的運(yùn)行性能。已應(yīng)用的FACTS控制器有靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止調(diào)相機(jī)(STATCON)、靜止快速勵磁器(PSS)、串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)等。近年來,柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)也對FACTS進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。

(二)高壓直流輸電技術(shù)(HVDC)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爭力。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,對受端系統(tǒng)的容量沒有要求,故可用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺、海島)供電,今后還可用于城市配電系統(tǒng),并用于接入。

近年來,直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展,輕型直流輸電采用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)行無源逆變,解決了用直流輸電向無交流電源的負(fù)荷點送電的問題。同時大幅度簡化設(shè)備,降低造價。

(三)靜止無功補(bǔ)償器(SVC)SVC是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān),實現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu),按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。

在配電環(huán)節(jié)的運(yùn)用

配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求,還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用,即用戶電力(CustomPower)技術(shù)。用戶電力技術(shù)(CP)技術(shù)和FACTS技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型新式電力電子技術(shù)。

采用FACTS的核心是加強(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DFACTS技術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR),固態(tài)斷路器(SSCB),故障電流限制器(FCL),統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)等。