1.電力電子技術電力系統(tǒng)開發(fā)方面的應用

自上世紀八十年代以來，柔性交流輸送電力能源的概念被提出之后，電力電子技術在我國電力系統(tǒng)中的應用研究被廣泛提升到了一定高度，各種極具電力電子技術特色的電力設備相繼被研發(fā)出來。目前，已經(jīng)有不少關于這方面設備基本原理及應用現(xiàn)狀的研究資料，極大地推廣了電力系統(tǒng)開發(fā)方面的應用范圍。以下就談及此方面的一些內(nèi)容：

1.1 在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用

電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)一般涉及各種發(fā)電機組設備，而電力電子技術的應用主要以改善這些電力設備的運行狀況為目的。根據(jù)實踐表明，大型發(fā)電機、水力或風力發(fā)電機在應用方面極其出色。①大型發(fā)電機的靜止勵磁控制可采用晶閘管整流自并勵的方式達到這一目的，其明顯的優(yōu)勢在于結構簡單、可靠性高及造價低等，因此已被世界各國廣泛應用且效果良好。究其原理可以看出由于大型發(fā)電機在發(fā)電過程中省掉了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，促使發(fā)電機運行具有了自身特有的快速性調(diào)節(jié)功能，這樣一來大型發(fā)電機能夠充分發(fā)揮其發(fā)電功能，并且在控制規(guī)律上也產(chǎn)生了良好的效果。②水力和風力發(fā)電機可通過電力電子技術控制器變速恒頻勵磁，水利發(fā)電機的有效功率主要由水頭壓力和流量大小決定，水頭壓力變化越大，水利發(fā)電機組的最佳轉速也隨之變化。而風力發(fā)電的有效功率則于風速的三次方成正比例關系，風力發(fā)電機組在捕捉到最大風能時的轉速隨風速大小變化，為了能夠使得風力發(fā)電機組的有效功率成最優(yōu)化的正比例關系，采用以變頻電源為核心技術的電力電子控制系統(tǒng)對機組轉子的勵磁電流頻率進行適宜調(diào)整，使其與轉子轉速疊加后能夠保持定子頻率即可輸出恒定頻率。

1.2 在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)中的應用

通常，被稱為“硅片引起的第二次革命”就是指將電力電子器件應用于高壓輸電系統(tǒng)中的改革過程，其主要的應用效果是大幅度地改善電力系統(tǒng)網(wǎng)的穩(wěn)定運行狀況。

(一)HVDC和HVDC Light兩項技術的應用

HVDC(Light)技術，即(輕型)直流輸電技術。直流輸電技術具有電容量大、穩(wěn)定性好和控制調(diào)節(jié)靈活等明顯特點，尤其是對于我國遠距離輸電、海堤電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能具有劃時代的意義。值得一提的是，此項技術是由1970年世界上第一項晶閘管換流器研發(fā)應用開啟的，也標志著世界電力電子技術正式被應用于直流輸電工程。自此以后世界各國都將采用晶閘管換流閥作為新建直流輸電工程的主要辦法。

(二)FACTS技術(柔性交流輸電技術)則是于上世紀八十年代被提出最終概念的，它是將電力電子技術與現(xiàn)代控制技術對交流輸電工程系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位加強調(diào)節(jié)輸電技術，最終實現(xiàn)對交流輸電功率的靈活控制，并大幅地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行水平。FACTS技術具有設備結構簡單、控制方便和成本較低等優(yōu)點，因此應用范圍極廣。

1.3 在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中的應用

電力系統(tǒng)配電環(huán)境亟待解決的問題是怎樣加強供、用電的安全可靠性和質量標準，電力能源的質量標準控制即是滿足對電能電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，同時減少各種瞬態(tài)波動和干擾。電力電子即是和現(xiàn)代控制技術的結合應用便是在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中極力推廣DFACTS 技術。DFACTS 技術是基于如FACTS 技術等各項基礎技術發(fā)展起來的電力能源質量控制的新技術。狹義層面上講，DFACTS 技術是FACTS 技術的精簡版，其技術原理、電力設備和應用功能均相同，但是開發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較低的特點更切合于目前我國潛在需求巨大的市場。伴隨著我國電力市場中電力電子器件的成本價格越來越來的狀況，可以預見此項技術將很快進入到成熟期并繼續(xù)高速發(fā)生。

1.4 在電力系統(tǒng)節(jié)能環(huán)節(jié)的應用

變負荷電動機的調(diào)速運行

電動機在其自身挖掘節(jié)能潛力過程中，可通過電力電子技術對負荷電動機調(diào)節(jié)速度達到節(jié)電效果。在目前，電動機交流調(diào)速在冶金、礦山等工業(yè)部門中還是得到了廣泛的應用與發(fā)展。其通用的節(jié)能應用措施是在風機、泵類等變負荷機械中采用調(diào)速控制代替擋風板或節(jié)流閥控制風流量和水流量，取得效果良好。此項技術的應用具有的有點在于調(diào)速范圍廣、精度高、效率高和能實現(xiàn)連續(xù)無級調(diào)速等，但是明顯的缺點是成本高，產(chǎn)生高次諧波會污染電網(wǎng)系統(tǒng)。

1.5減少無功損耗，提高功率因數(shù)

在電力系統(tǒng)電氣設備中，變壓器和交流異步電動機等均屬感性負載，設備在運行過程中會大量消耗有功功率和無功功率。因為無功電源與有功電源都是保證電能質量不可或缺的組成部分。因此，在電力系統(tǒng)中應盡量保持無功平衡，避免電力系統(tǒng)電壓降低、設備損壞、功率因數(shù)下降等問題，嚴重者則容易引起電壓崩潰和系統(tǒng)解裂導致大面積用戶停電的事故。鑒于此，在電力系統(tǒng)或電氣設備無功容量不足時，需增裝無功補償設備以提高電氣設備的功率因素。

2.電力電子技術電力系統(tǒng)開發(fā)方面的發(fā)展趨勢

近些年來，伴隨著我國計算機技術、控制技術和通信技術的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一種以計算機技術、控制技術、通信技術、電力裝備和電力電子技術為主要組成部分的綜合體，即“CCCP”。電力系統(tǒng)信息量逐日增大提高了對自動化處理信息能力的要求，電力電子電力系統(tǒng)的開發(fā)需要考慮的因素越來越多，內(nèi)涵不斷深入、外延不斷拓展、可直接可觀可測的范圍也越來越廣，也為我國在這一方面的的開發(fā)與發(fā)展迎來了絕好的契機。

當今，我國在電力電子技術在電力系統(tǒng)應用開發(fā)方面的發(fā)展正逐步趨向于在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展;在設計分析上日益要求面對多機系統(tǒng)模型來處理問題;在理論工具上越來越多地借助于現(xiàn)代控制理論;在控制手段上日益增多了微機、電力電子器件和遠程通信的應用;在研究人員的構成上需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)等。

電力系統(tǒng)應用電力電子技術實現(xiàn)智能控制是基于過去四十多年來實踐經(jīng)驗總結與研究，主要分為三個階段來實現(xiàn)：第一階段是基于傳遞函數(shù)的單輸入和單輸出;第二階段是線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制;第三階段則是智能控制。智能電力控制一般能夠遇到的技術困難包括：

(1)具有強非線性的、變參數(shù)和全動態(tài);

(2)具有多目標尋優(yōu)和在多種運行方式及故障方式下的魯棒性要求;

(3)不僅需要本地不同控制器之間的協(xié)調(diào)作用，也需要異地不同控制器之間間協(xié)調(diào)控制。

電力系統(tǒng)實現(xiàn)智能化控制是從穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)控制向動態(tài)控制發(fā)展的必然趨勢，實現(xiàn)智能動態(tài)控制即是我國電力系統(tǒng)實現(xiàn)完整控制時代來臨的標志。

3.結束語

綜上所述，在伴隨我國計算機技術、控制技術及通信技術的發(fā)展過程中，電力系統(tǒng)亦需要進行更新?lián)Q代。電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用將是逐步實現(xiàn)技術水平提高和推動社會經(jīng)濟發(fā)展邁出的重要一步。