ＤＯＩ:１０.１９３９２/ｊ.ｃｎｋｉ.１６７１￣７３４１.２０２００５１７４
科技风２０２０年２月
综述现代电力电子技术在电力系统中的发展现状
杨 涛
北京京西燃气热电有限公司 北京 １０００４１
摘 要:现代电力电子技术的发展十分迅速ꎬ在生产、生活各个领域内应用十分广泛ꎮ本论文主要从电力电子技术的发展历史开始介绍ꎬ讲述了现代电力电子技术在发电侧、输电侧以及用户侧的应用ꎬ对比了未使用电力电子器件以及使用了电力电子器件之后对于电力系统运行性能、经济效益差异ꎬ并展望未来电力电子技术发展的趋势ꎮ
关键词:电力电子技术ꎻ发展现状ꎻ变频器１电力电子技术的起源与发展
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整电子产品流器件ꎬ其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代ꎬ促进了电力电子技术在许多新领域的应用ꎮ上世纪六十年代至七十年代ꎬ大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用ꎬ开启了电力电子技术的整流时代ꎬ电解、牵引、传动等工业得到飞速发展ꎮ七十年代到八十年代ꎬ交流电机的变频调速技术发展迅速ꎮ变频调速技术是将直流电逆变为０~１００赫兹的交流电ꎬＧＴＲ和ＧＴＯ的大规模使用将电力电子技术带入到了逆变时代ꎬ但当时的逆变还只停留在低频范围内ꎮ八十年代ꎬ由于计算机的发展ꎬ大规模集成电路向着超大规模集成电路迅速迈进ꎬ因此电力人们想到了将将集成电路与高电压、大电流结合到一起ꎮ于是ꎬＩＧＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ应运而生ꎮ由此完成了传统电力电子技术向现代电力电子技术跨越ꎮ之后ꎬ现代电力电子技术与计算机通信设备相结合ꎬ应用到了我们生活中的方方面面２现代电力电子技术的发展现状
ꎮ
现代电力电子技术利用大功率电力电子器件对电能进行变换和控制ꎬ以期针对不同的负载而得到最佳形势的电能ꎬ从而提高电能的质量和使用效率ꎬ改善电网的稳定性ꎮ现代电力电子技术应用在电能的各个阶段ꎬ从电能的产生、传输、分配、消费各个环节对电能进行改善２.ꎮ
以我公司为例１现代电力电子技术在发电侧的发展应用
ꎮ我公司配有三台西门子９Ｆ级燃机发电机ꎬ额定功率３００ＭＷꎬ机端电压２０ｋＶꎬ额定电流１０１８９Ａꎬ采用自并励方式ꎮ与汽轮发电机不同ꎬ燃机发电机启机过程中没有蒸汽来推动发电机转子旋转ꎮ那么推动转子大轴的动力源自哪里呢?这就用用到电力电子技术了ꎮ我厂配有２套ＳＦＣ变频启动装置ꎮ工作原理为ꎬ将厂用电整流为直流电流ꎬ经ＳＦＣ逆变为低频交流电(０~３５Ｈｚ)输送至发电机定子线圈ꎬ建立低频旋转磁场ꎮ此时给发电机转子绕组通入直流电源ꎬ转子将会以低频方式缓慢旋转ꎬＳＦＣ通过调频来提高转子转速ꎬ直至燃气点火维持转子自持转速子方式也可完成机组启动任务ＳＦＣ启动与传统蒸汽推动启动比较ꎮ
ꎬ但相比于:利用传统蒸汽推动转ＳＦＣ启动方式劣势在于会耗费大量天然气ꎬ无形中增加机组启动成本ꎮ且燃机依靠燃烧天然气作为能量来源ꎬ天然气的燃烧效率与空气的配比以及天然气调节门有密切关系ꎮ现场实际操作中ꎬ调节门的调节为机械控制ꎬ其精密度相对于电子控制有明显的劣势ꎮ故应用电力电子技术ꎬ使用ＳＦＣ变频启动装置对于燃机发电机来讲既经济又高效２.ꎬ便于控制ꎮ
现代电力电子技术在输电侧应用十分广泛２现代电力电子技术在输电侧的发展应用
ꎬ其中最具代表性的要输柔性交流输电技术２.ＦＡＣＴＳ和高压直流输电技术ＨＶＣＤꎮ
柔性交流输电技术主要用于提高电网输送能力和改善电２.１柔性交流输电技术
网运输性能ꎮ柔性交流输电技术发展至今ꎬ控制器已有数十种１９６
之多ꎮ例如:ＳＶＣ、ＳＶＧ、ＳＴＡＴＣＯＭ等等ꎮ将这些设备投入输电网中ꎬ可以为输电网补充无功功率ꎬ防止系统因电压降落而造成大面积停电ꎮ相比于传统的并联电容补偿方式ꎬＳＶＣ向系统补偿的无功功率不会因系统电压降落而大幅减少ꎬ具有明显优势ꎮ
２.高压直流输电技术将电能以直流电的方式传输２.２高压直流输电技术
ꎮ相比于传统的交流运输方式路即可完成电能的运输(１)线路走廊比交流运输窄ꎬ直流传输具备以下优点ꎮ相比于交流的最少三根线路ꎮ直流架空线路只需要两条线:
ꎬ可节省工程预算(２)ꎮ
６０Ｈｚ(３)相同电压和导线截面积下可以连接不同频率的电网ꎬ运输的极限功率大ꎮ例如我国台湾岛电网为ꎮ
入我国电网频率ꎬ就可以通过建设换流站的方式将台湾岛的电网接２.现代电力电子技术在负荷侧的应用极其之多３现代电力电子技术在负荷侧的发展应用
ꎮ
ꎮ最为百姓熟知的要输变频空调ꎮ变频空调相比于工频空调具备能耗低、噪声小、寿命长的特点ꎮ随着电力电子技术的不断发展ꎬ变频空调的价格越来越亲民ꎮ工业方面ꎬ变频器的投入使用十分广泛ꎮ许多电厂的泵与风机的电机多采用变频器调节控制ꎬ既可以减少启动时启动电流ꎬ也可降低启动瞬间对机械的冲击ꎮ目前现代电力电子技术应用的一个热门领域是电动汽车ꎮ我国是电动汽车保有量最大的国家ꎮ给电动汽车充电的充电桩就必须采用电力电子器件ꎮ在将来ꎬ随着电动汽车的普及率越来越高以及电力市场的开放程度越来越深入ꎬ电动汽车有望参与电网进行削峰填谷３结论
ꎬ提高电网运行的经济效益ꎮ
现代电力电子技术近年来在我国得到了迅速发展ꎬ发展领域遍布方方面面ꎮ虽然在很多方面我们已经取得了很大的进步ꎬ但在电力电子器件的制造工艺上与发达国家还存在一定差距ꎮ展望未来ꎬ我国的电力电子技术在发展和应用方面会更加深入ꎬ随着消费者需求的不断提升ꎬ电力电子设备会越来越多ꎬ性能会越来越好ꎮ
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