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(qiáng)電和弱電技術(shù))的融合，已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大作用，對(duì)未來(lái)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(gè)方面，包括發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電系統(tǒng)、儲(chǔ)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(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。
　?。ǘ┐笮桶l(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制。靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)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(lì)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(shí)（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(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)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(xiàng)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(shí)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(guó)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

　　（四）太陽(yáng)能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無(wú)窮盡的潔凈新能源———太陽(yáng)能，是調(diào)整未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽(yáng)能發(fā)電，無(wú)論是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng)，通常需要將太陽(yáng)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(shí)施的陽(yáng)光計(jì)劃以3～4kW的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國(guó)實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則以10～15kW的獨(dú)立系統(tǒng)居多，而大型系統(tǒng)有在美國(guó)加州的西門子太陽(yáng)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(yùn)行性能。已應(yīng)用的FACTS控制器有靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止調(diào)相機(jī)(STATCON)、靜止快速勵(lì)磁器(PSS)、串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)等。近年來(lái)，柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、日本、瑞典、巴西等國(guó)重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國(guó)內(nèi)也對(duì)FACTS進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)，

　?。ǘ└邏褐绷鬏旊娂夹g(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(jìng)爭(zhēng)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(duì)受端系統(tǒng)的容量沒(méi)有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺(tái)、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(lái)，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(wú)源逆變，解決了用直流輸電向無(wú)交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問(wèn)題。同時(shí)大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備，降低造價(jià)。世界上第一個(gè)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(yàn)工程于1997年投入運(yùn)行。

??? （三）靜止無(wú)功補(bǔ)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(guó)約有20萬(wàn)臺(tái)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(jī)，國(guó)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(shí))，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(guó)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。