電力電子技術在電力系統中的應用

電力電子技術在電力系統中的應用

電力電子技術是電工技術中的新技術，是電力與電子技術(強電和弱電技術)的融合，已在國民經濟中發揮著巨大作用，對未來輸電系統性能將產生巨大影響。目前電力電子技術的應用已涉及電力系統的各個方面，包括發電環節、輸配電系統、儲能系統等等。

　　一、發電環節
　　電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
　?。ǘ┐笮桶l電機的靜止勵磁控制。靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點，被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節，因而具有其特有的快速性調節，給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。

　?。ǘ┧?、風力發電機的變速恒頻勵磁。水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉速亦隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

　?。ㄈ┌l電廠風機水泵的變頻調速。發電廠的廠用電率平均為8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并有完整的系列產品，但具備

　?。ㄋ模┨柲馨l電控制系統。開發利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能，是調整未來能源結構的一項重要戰略措施。大功率太陽能發電，無論是獨立系統還是并網系統，通常需要將太陽能電池陣列發出的直流電轉換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統的核心。日本實施的陽光計劃以3～4kW的戶用并網發電系統為主，我國實施的送電到鄉工程則以10～15kW的獨立系統居多，而大型系統有在美國加州的西門子太陽能發電廠（7.2MW）等。

　　二、輸電環節

　?。ㄒ唬┤嵝越涣鬏旊娂夹g(FACTS)

　　交流輸電或電網的運行性能。已應用的FACTS控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調相機(STATCON)、靜止快速勵磁器(PSS)、串聯補償器(SSSC)等。近年來，柔性交流輸電技術已經在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。國內也對FACTS進行了深入的研究和開發，

　?。ǘ└邏褐绷鬏旊娂夹g(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，可關斷器件組成的換流器，由于采用了可關斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(海上石油平臺、海島) 供電，今后還可用于城市配電系統，并用于接入。

　　1．天生橋—廣州直流輸電工程（2001年）±500kV，1800MW，980km
　　2．三峽—常州直流輸電工程（2003年）±500kV，3000MW，890km
　　3．三峽—廣州直流輸電工程（2004年）±500kV，3000MW，962km

　　近年來，直流輸電技術又有新的發展，輕型直流輸電采用IGBT等可關斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設備，降低造價。世界上第一個采用IGBT構成電壓源換流器的輕型直流輸電工業性試驗工程于1997年投入運行。

??? （三）靜止無功補償器(SVC)

　　這是為各種工業需要的變頻電源。在20世紀80年代末，我國約有20萬臺60—200KW的高頻設備，現在用晶閘管中頻感應加熱裝置已完全取代了中頻發電機，國內已形成200—8000Hz，功率為100—3000KW的系列產品。在高頻電源方面則用功率MOSEFT制造出1000KW/15—600KHz(比利時)，用SIT(靜電感應晶閘管)制造出1000KW/200KHz和400KW/400KHz(日本)的感應加熱裝置，效率都在90%以上。國內已研制出75KW/200KHz的SIT感應加熱裝置。這樣采用全固態高頻感應加熱裝置可以大大節能。