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电力系统中电力电子技术的运用探析

添加时间:2019-05-08 08:50

  摘    要: 在国民经济的快速发展过程中, 电力成为最为重要的二次能源。近几年来, 新能源发电的大量出现, 如水力发电, 风力发电, 核能发电, 地热能发电等等, 使得电力系统中的绿色能源比例正在逐步增加。同时, 在新能源发电的过程中不乏电力电子的影子, 甚至可以说:电力电子技术的发展推动了电力系统的改革。可以在电力系统中应用电力电子技术, 从而有效地解决电力系统在发电环节, 输电环节, 配电环节等各部分存在的一些问题。然而由于国家电网体量较大, 改革进程相对较缓, 电力电子技术在电力系统中的应用还正在探索阶段。但可以肯定的是电力系统中电力电子技术广泛应用的浪潮已势不可挡。本文就主要针对电力电子技术在电力系统中应用现状以及未来发展形势作出简要分析, 希望能够为相关方面的研究提供一些参考。

  关键词: 电网; 电力电子技术; 新能源; 直流输电;

  1、目前电力电子技术在电力系统中的应用

  1.1、新能源发电

  我国目前的新能源发电主要包括水力发电、风力发电、太阳能发电、核能发电、地热能发电、潮汐能发电。其中由于核能技术保密, 地热能发电和潮汐能发电在电网中占的比重很小, 本文将不进行讨论。

  在水力, 风力发电的过程中, 电力电子技术的应用使得发电环节中的设备更加稳定可靠的运行。就早期使用的水轮机来说, 它采用的是机械液压调速, 机械液压调速具有简易可靠, 能完成基本的调速等优点。在19世纪受到了大力推捧, 同时, 离心摆技术是机械液压调节的核心技术, 但这项技术耗电量较大, 且效率低下, 若将调频变速技术应用其中, 就可以有效地降低耗电量, 提高运行效率, 极大地提高电能的转化比。调频技术离不开调频器, 从调节效果而言, 机调过渡过程较长, 超调量较大, 指令信号执行缓慢, 稳定域窄。电气调速相较于机调就几乎不存在这样的问题, 在今天低压调频技术已经愈发成熟, 大量的调频产品出现在人们的视野中, 水力发电中的水泵运行效率低下的问题得到解决。太阳能发电又称光伏发电, 但其实还存在太阳能热力发电、光化学发电等等。太阳能电池板所发出的电力为直流电, 电压大约在20伏左右, 这时候就需要通过电力电子中的BOOST电路进行升压, 在通过逆变电路逆变成交流电。并且可以用微机跟踪电网相位变化, 同时可以调整输出电流的幅值大小, 来减小电网的波动。
 

电力系统中电力电子技术的运用探析
 

  1.2、电网间的直流输电

  在电网之间进行输电时总是有相位差异, 电压波动的困扰, 由此就发展出来了直流输电技术。在电网之间进行输电时, 可以通过背靠背的直流输电解决交流输电的困扰。背靠背交流输电的意思是:先将交流电变换成直流电, 再将直流电转换成交流电并到另一个电网中, 可以通过微机对电网相位和电压进行跟踪, 进而解决相位和电压问题。其中交流变换成直流是电力电子技术中的整流, 直流变交流是电力电子技术中的逆变技术。直流输电还可以提高输送电能的速度和功率, 正因为有如此多的优点, 该项技术在我国迅速普及。

  1.3、微网并网

  现代电力电子技术的飞速发展的同时, 微网逐渐出现在人们的视野中。根据国家有关部门规定, 国网必须接受微网向电网输送的电力, 并且给予经济补偿。由于微网的出现使得逆变器的研究愈加火热, 微网必将在未来改变配电网的组织形式。并网逆变器是实现微电网和公用电网链接的核心装置之一。微网并网逆变器在分布式电源并网的过程中占有主要地位, 它的存在才使得分布式电源并网变成可能。所以先进的逆变器技术变得十分火爆, 对逆变器的要求也越来越高。在未来, 微网并网逆变技术的发展前景是将组合各种控制方法, 以此来达到多算法复合控制, 在向公共电网输送能量的同时, 进行对电网的无功补偿和谐波滤除。

  2、 电力电子技术在电力系统中应用前景

  2.1、 变压器的改革

  目前在我国变压器还都是传统的工频变压器, 但工频变压器的效率较低, 且体积大, 需要专人检修。而在电力电子技术中使用的高频变压器具有体积小, 质量轻, 效率高, 可使用器件故障监测技术, 从而大大减少了人力物力的投入。所以变压器的高频化是必然的, 但以目前我们所拥有的技术, 低频变压器在电网中的位置依然非常重要, 尤其是处理较大功率的电力变压器, 但随着IGBT的发展, 这一状况有望改善。也许在不久的未来等到技术成熟, 我们就可以用高频变压器完全取代工频变压器。

  2.2、 电能质量调节

  电力电子技术中功率因素调节和动态无功补偿装置可以对系统中存在的谐波进行限制, 可以针对用户所需无功进行补偿, 以保证电网中的电能质量处于较佳的稳定状态。目前国内一些电网提出的方法有使用SVG来提高电网电压稳定, 通过载波移相的方法和最近电压逼近方法来抑制电网中的谐波。但还都仅存在于理论阶段, 相信在不久的未来将应用于实际。

  3、 结束语

  总而言之, 电力电子技术已广泛应用于电力系统的各个环节, 增强了电力系统的稳定性, 改善了电力系统的电能质量, 加快了电力系统的改革步伐。目前电力电子针对电力系统中遇到的问题正在积极的探索解决办法, 为电力系统长期可靠运行贡献出巨大贡献。

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