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电力系统中电力电子技术的运用

时间:2020-05-09 09:29作者:刘恒志
本文导读:这是一篇关于电力系统中电力电子技术的运用的文章,静止励磁与其他类型的励磁相比,具有实际构建成本低、结构构造形式简单、运行平稳等特点,并通过与晶闸管整流自并励的方式相结合,是当前我国最为主要、最为常见的大型发电机控制方式。

  摘    要: 分析电力系统中电力电子技术的应用。从电力系统中的输电环节、节能环节、发电环节、配电环节四个方面,探究电力系统中电力电子技术的重要作用。

  关键词: 电力电子; 静止励磁; 变频调速; 直流输电;

  Abstract: This paper analyzes the application of power electronic technology in power system.It explores the important role of power electronic technology in power system from four aspects:transmission,energy saving,power generation and distribution.

  Keyword: power electronics; static excitation; frequency control; DC transmission;

  1 、电力电子技术在发电系统中的应用

  1.1、 大型发电机的静止励磁控制

  静止励磁与其他类型的励磁相比,具有实际构建成本低、结构构造形式简单、运行平稳等特点,并通过与晶闸管整流自并励的方式相结合,是当前我国最为主要、最为常见的大型发电机控制方式。近几年,我国的电力电子技术在电力传输过程中的发电环节的应用广泛,尤其是静止励磁控制,常见于大型发电机运行过程中。大型发电机在发电的过程中,一般采用静止励磁控制的控制方法促进发电机平稳地发电,同时还提高了大型发电机的运行效率。而且在实际的发电机运行过程中,大型发电机凭借先进的电力电子技术,促使晶闸管的并励和整流过程得到全面的控制,使得励磁机不再是发电系统中的必要部件,电力电子技术真正实现了大型发电机中对于静止励磁的严格控制[1]。
 

电力系统中电力电子技术的运用
 

  1.2 、水力、风力发电机的变速恒频励磁

  风力发电机与水力发电机的平稳运行需要电力电子技术作为基本的技术支撑,利用变速横频励磁,实现发电机的转速与转子励磁频率的高稳定性,避免了不合理、不稳定的转子调速造成的发电效率低下等问题。

  1.3 、发电厂风机水泵的变频调速

  目前国内发电厂使用的发电机水泵耗电量高但是运行效率低,数据表明水泵耗电量约等于 0.65 倍的火电设备耗电量,但是厂用电率平均值仅仅只有 8%,能源的消耗量与需求量大。为了解决这一问题,常常采用低频变压器、高频变压器展开风机水泵的变频调速,使得风机水泵可以根据不同的运转需求及时调整自我运行频率,风机水泵的使用频率较高时,为了运行效率最大化,可以适当提高风机水泵的运行频率,而风机水泵的使用频率较低时,为了减少能源的不合理消耗,可以适当降低风机水泵的运行频率。实验表明,高频变压器的变频调速效率要明显优于低频变压器的变频调速效率。

  2、 电力电子技术在输电系统中的应用

  输电环节主要是指电能输送至用户的通道,在这一过程中,由于输电线路有可能会与客户直接接触,因此,客户最为重视的还是输送过程的安全问题[2]。为了保障客户的人身安全,一些电力企业实施了相应的电力输送安全防护技术,防止部分导体或者阻碍传输的物体与电力能源的直接接触,能够短时间内实现输电过程的安全性要求。但是,安全防护技术不得不利用硬件设备进行安全保障,硬件设备的使用寿命与故障频率直接影响了安全防护效果,工作人员可以利用电力电子技术对硬件设备进行实时动态监测,掌握设备的具体状况,在发生异样的第一时间解决问题。除了监测安全防护技术中的硬件设备安全性之外,电力电子技术还可以对直流输电、交流输电过程进行优化,直流输电技术的输电稳定性强、输送电量大,而柔性交流输电技术能够快速控制输电过程中的相位、电压等。

  2.1、 直流输电技术

  直流传输输电技术相比于交流输电技术更具备技术的先进性。(1)直流输电技术的线路走廊较为狭窄,交流输电技术至少需要采用三根线路才可以完成电力的正常运输,而直流架空线路仅仅需要两条线路就可以达到高效电能运输的目的,线路的减少在一定程度上降低了施工成本。(2)在导线横截面积与电压相等的前提下,直流输电技术的运输极限功率更大。(3)直流输电系统在电网连接上具有高适配性,可以连入不同频率的电网。如中国大陆地区可以利用换流站来将中国台湾地区 60 Hz 的电网与我国大陆的电网相连。直流输电技术和交流输电技术都是重要的输电方式,但是在输电距离长、输电容量大的情况下,输电效率会由于大量的输电损耗而下降,这给远程输电工程带来了很大的困难。直流输电技术在电力电子系统的基础下实现了远距离的、大容量的电力传输。

  2.2、 交流输电技术

  柔性交流输电技术主要用于提高电网输送能力和改善电网运输性能。直流输电技术和柔性交流输电技术都在实际应用中利用电力电子技术实现了电能的低损耗与更高的传输效率,柔性交流输电技术有效利用了电力电子技术,将 SVC 等控制器投入输电网络中。通过对输电系统电压、阻抗等进行实时调节、控制,补偿了输电过程中的输电损耗,防止由于系统电压降低造成的区域性停电。这种补偿方式与传统并联的电容补偿方式相比具有明显优势。

  3、 电力电子技术在电力配电系统中的应用

  当前的配电环节中,配电系统仍然存在很多技术问题。一方面,电能损耗较大,无法满足企业对高效率配电的需求,致使电力系统的输电效率低下,另一方面,配电系统提供的电能质量不高,经常出现不规则波动与干扰,无法实现企业需要的特定的频率、电压的电能。因此,实现配电过程的高稳定性与低损耗性是电力系统中的配电环节急需解决的问题。面对这一问题,电力电子技术提供了有效的解决思路。设计者往往利用变换技术与变压设备,提高配电系统实效性,电力电子变压器在传送分配电能过程中,可以对电能实施及时的转化与控制以及对电网谐波的动态控制,调节过程是依据电力需求进行自我调节的,抑制了输电效率的降低,有效解决了配电系统电能质量不高、传输不稳定、输电功率低下的问题。

  4 、电力电子技术在电力节能系统中的应用

  4.1、 变负荷电动机调速运行

  泵类变负荷机械往往是将传统的节流阀控制水流量转化为调速控制水流量,风机变负荷电动机是将传统的挡风板控制风流量转化为调速控制风流量。而在电力电子技术在节能中的应用主要体现在变负荷电动机的调速运行上,利用电力电子技术可以实现风机泵类负荷机械的实时调节,通过对运行需求与运行条件的综合判断,改变运行频率,进而控制水流量或者风流量,保障风机和泵类机械的能源利用率最大化,减少非必要的能源消耗。

  4.2 、减少无功损耗,提高电能使用率

  交流异步电动机与变压器一般是属于感性负载的器件,在进行电力传输过程中,两者都是同时对有功功率和无功功率进行消耗,进而维持电力系统中的做功平衡,否则将导致电力系统的功率因数和电压的双重降低。目前的电力系统仍然存在无功损耗过量,使得电机运行效率急剧下降的问题,急需工程师解决。而近几年的电力系统研究中,设计者常常将这一问题的解决方案与电力电子技术的应用相结合。设计者利用电力电子技术对电力设备的运行方式与变速运行频率进行调节、优化,大大降低了无功损耗。由此可见,电力电子技术在电力系统中起到设备运行频率与运行方式的控制作用,解决了目前感性负载存在的核心科技难题。

  5 、结语

  电力电子技术在电力系统中的发电环节、输电环节、配电环节、节能环节都有有效的应用。在发电环节中的应用:(1)大型发电机在发电的过程中,一般采用静止励磁控制的控制方法促进发电机平稳地发电,同时还提高了大型发电机的运行效率。(2)利用变速横频励磁,实现发电机的转速与转子励磁频率的高稳定性,避免了不合理、不稳定的转子调速造成的发电效率低下等问题。(3)是采用低频变压器、高频变压器展开风机水泵的变频调速,使得风机水泵可以根据不同的运转需求及时调整自我运行频率。在输电环节中电力电子技术的应用主要体现在交流和直流输电技术上,两者都通过对输电系统电压、阻抗等进行实时调节、控制,补偿了输电过程中的输电损耗。配电环节中,主要是利用变换技术与变压设备,提高配电系统实效性,实现对电能实施及时的转化与控制以及对电网谐波的动态控制。电力电子技术主要在两个方面应用于电力系统的节能:(1)变负荷电动机调速运行;(2)减少无功损耗、提高电能使用率,实现风机泵类负荷机械的实时调节,根据客户需求改变运行频率,最终实现水流量或者风流量实时控制,保障风机和泵类机械的能源利用率最大化,减少额外能源的消耗。应该认识到电力电子技术在电力系统运行中的重要性,从实际的客户需求出发,创新电力电子技术,解决电力系统中的问题。

  参考文献

  [1] 史文秀.基于分岔理论的直驱永磁风机并网系统电压稳定性研究[D].山东:山东科技大学,2017.
  [2] 刘玉莹.含分布式电源的配电网故障恢复研究[D].山东:山东科技大学,2017.

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