電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

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)(強電和弱電技術(shù))的融合，已在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著巨大作用，對未來輸電系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大影響。目前電力電子技術(shù)的應(yīng)用已涉及電力系統(tǒng)的各個方面，包括發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)等等。

　　一、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)備的運行特性為主要目的。
　?。ǘ┐笮桶l(fā)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(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。

　?。ǘ┧?、風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻勵磁。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（尤其是抽水蓄能機組），機組的最佳轉(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，可使機組變速運行，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。

　?。ㄈ┌l(fā)電廠風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為8%，風(fēng)機水泵耗電量約占火電設(shè)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(fēng)機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(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，但具備

　?。ㄋ模┨柲馨l(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。

　　二、輸電環(huán)節(jié)

　?。ㄒ唬┤嵝越涣鬏旊娂夹g(shù)(FACTS)

　　交流輸電或電網(wǎng)的運行性能。已應(yīng)用的FACTS控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調(diào)相機(STATCON)、靜止快速勵磁器(PSS)、串聯(lián)補償器(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。

　　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(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。世界上第一個采用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(yè)需要的變頻電源。在20世紀(jì)80年代末，我國約有20萬臺60—200KW的高頻設(shè)備，現(xiàn)在用晶閘管中頻感應(yīng)加熱裝置已完全取代了中頻發(fā)電機，國內(nèi)已形成200—8000Hz，功率為100—3000KW的系列產(chǎn)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(yīng)晶閘管)制造出1000KW/200KHz和400KW/400KHz(日本)的感應(yīng)加熱裝置，效率都在90%以上。國內(nèi)已研制出75KW/200KHz的SIT感應(yīng)加熱裝置。這樣采用全固態(tài)高頻感應(yīng)加熱裝置可以大大節(jié)能。