电力电子技术作用及其在电力系统中的应用及发展情况

电力电子技术及其在电力系统中的应用及发展

摘要：

电力电子器件及电力电子技术对于现代电网的发展起着至关重要的作用。纵观电力电网的发展史，无一不是以电力电子器件的发展史为基础的。现如今，电力电子技术已经随着计算机技术、单片机技术以及新材料、新器件的发展发现得到了长足的发展，计算机技术的进步和广泛应用为现代控制技术的广泛应用提供了有力的广阔的空间和有力的后盾支持。随着电力电子的继续发展。电力电子技术将会在电力系统中得到更为广泛的发展。随之也会给电力电子带来更为革命性的进步。从应用的角度的出发，分别对以下项目进行讨论：新近发展的光传输技术、现阶段电力通信现状、未来电力系统的需求以及电力特种光缆在电力系统中的应用。

关键字：电力电子器件、光纤传输、电力特种光缆、现状、未来电力网络系统

简要的说，在我国经济得到了空前的发展，在快速增长的同时社会也在全面进步，人们的生活质量的要求也越来越高。面对已经造成的环境污染和越来越多严重的污染和日益进增长的能源供给危机与人们日益增长的生活需求形成的矛盾是立待解决的重要问题。开发和利用新能源的举措更加重要。电力电子技术作为新能源发电的关键技术，直接关系到新能源发电技术的开发利用的前途问题，也直接关系到社会进步与人们对高质量生活的需求。因此，电力电子技术的革新发展对新能源发电技术起着的决定性作用。我国较早起步，也是目前做的很好的电力系统通信网络，是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。已经形成了大家所熟悉的电信网络的各种业务，在电力系统的继续发展中至关重要，有着决定性的作用。

一、电力电子技术在电网中应用状况

电力电子技术作为电工技术中的新技术，是强电技术和弱电技术的配合，在国民经济中的巨大作用已不用再说，对未来输电系统将发生革命性的改变，影响巨大。就目前来说电力电子技术的应用领域己经涉及到以下环节：电能的生产环节、电能的输配送环节、电能的存储等等。几乎说是遍布电力系统的各个方面。

发电系统：电力电子技术在这个环节的应用以改善发电机等多种设备的运行特性为主、加以进行系统的功率条节。主要表现在，大型发电机的静止励磁控制，水力、风力发电机的变速恒频励磁，发电厂风机水泵的变频调速。应用了晶闸管整流在自并励静止励磁中简单的结构、可靠地性能、低廉的价格方面的优点，使其能在电力系统中生存成长。在水力、风力发电机的控制方面，应用变频电源来调整转子励磁电流的频率，从而调整水力、风力发电的最大有效功率，使之保持在一定的稳定范围内，减弱，甚至消灭风速的不同变化所引起的频差。火电厂的风机水泵耗电量很大，几乎占所有厂用电的65%，效率也很低，变频调速可以解决运行的效率问题，可是目前能生产高压大容量变频器的企业不多，能够精确应用的更不多。对于新能源中的太阳能发电控制系统，太阳能电池阵列直流电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功能的逆变器，不同的国家地区的规格制度不同，我国采用的是10～15 kW的独立系统。

输电系统：柔性交流输电技术，是将电力电子技术与现代控制技术结合的，一种对电力系统电压、参数（如线路阻抗）、相位角、功率潮流的不间断调节控制技术。能够较大幅度的降低电能输送过程中的损耗，在输电能力个稳定性水平上都有大的改变。对于电能的输送部分，近来较为关注的是高压直流输电技术。

远距离高压直流输电，会解决很多的问题，在相同的条件下输送电能的损耗要比交流小的多，没有变化的电流，就没有了电抗压降，整体压降也小故线路投资低，稳定性极高，几乎没有稳定性问题。就目前的现状来说，直流输电线路两端（首末端）要接入大功率晶闸管、半控型器件\相控整流和有源逆变器，它们都以三相全控桥电路为基本单元，即由多个三相桥变换器串并联组合成复合结构变换器，每个三相桥变换器中的三相上下桥臂又由许多晶闸管串联组成。 二、电力电子器件的发展历程

大家都知道，20 世纪50 年代末期第一只晶闸管问世，电力电子技术便开始一迅雷不及掩耳之势来时了革命性的改变，从此电气传动领域的的格局不在是传统运作。电能的变换和控制开始从旋转变流机组和静止离子变流器跨入由各种电力电子器件构成的变流器时代，虽然经历了一定的曲折，但是标志着电力电子技术新生时代的到来。之后的40多年，电力电子技术在各个方面都得到了不言而喻的发展。几十年来，在国际上，电力电子技术仍然是高科技中竞争最激烈的领域。

电力电子器件的发展对电力电子技术的发展作用重要性已不用再说。纵观发展以电力二极管和晶闸管(SCR)为代表的第一代电力电子器件开始到把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式的第二代电力电子器件，再到把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）的第三代电力电子器件 。电力电子器件达到了高频化、标准模块化、集成化和智能化的水平。如今的电力电子器件的高频化是创造、创新的主流方向，在此过程中硬件的发展和硬件生产的标准化是电力电子器件发展的重要指标。

电力系统主要组成：发电设备、输配电线路、用电设备。电网目前已经将覆盖全球所有有人居住的地方。分布地域之广、设备之多、运行参数之复杂、瞬息万变匪夷所思！在这样的系统网络中要想，安全、经济、高效、优质的服务与生活。就必须靠高科技的电子技术的支持。高科技电力电子设备进入电力系统并成为解决电能质量问题是历史必然。电力电子技术是打通电力系统通向现代化进程的重要手段。可以毫不夸张地说，没有现代高技术的电力电子技术的支持，电力系统的现代化就是不可能的。 三、光纤传输、电力特种光缆

现在所用的电力通信技术主要以，微波、无线扩频、电力载波和光纤通信。电力通信，不仅承载着语音、数据、宽带、IP等电信业务，办公自动化业务，还承载着电力生产专业的业务有保护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据。它的自动化程度基本体现了电力系统的自动化程度。这些业务需要的是稳定、可靠、高效率的通信。现代光纤技术可满足这一通信要求。近几年来，通信已经转向数字技术。因此光缆和SDH传输的通信设备就很重要。大家都知道，电力系统的组成是以生产、输送、分配和消费为一体的。电网的分步更是大江南北，全线覆盖。因此，怎样较好的运用电力系统这一得天独厚的网络资源，是长期以来人们潜心研究的一个重要课题。于上世纪的七、八十年代，在电力系统中剥离一种光电复合式光缆被称为电力特种光缆，本来来是挂在电力杆塔上完成传输信号的任务。这种光缆抗破坏性极好，防破坏能力强，可靠性高，施工建设成本较低（因为电力系统所用光缆主要用在高压输电线路上，利用现有杆塔安装光纤通信线路）。这样也就平衡了造价较高的缺陷。

目前的特种光纤采用比较先进的OPGW和ADSS技术，依托于电力系统本来已有的线路资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很大的主动权，且较为灵活。

OPGW的适用特点是：（1）高压（超过110kv线路）、档距较大（250M以上）；（2）维护简便、机械强度高；（3）OPGW外层应用铠包装，不对对高压电蚀和降解起影响；（4）因OPGW在安装施工时需要停电，所以不宜在原有线路上加装。应该在规划时一次性建设完成；（5）OPGW使用中，电流不能过大，所以短路是它致命的构造约束条件。越大的电流，用的良导体铠装越多。从而带来了一系列增加成本的条件。

介质自承光缆——ADSS，在220KV、110KV、35KV电压等级线路上得到了大量使用。它较特种光纤不能满足的电力输电线跨度小、垂度小的要求。标准的ADSS可达144芯。其特点是：（1）ADSS内光纤张力理论值为零，不能拉扯；（2）ADSS光缆不能导电，可以后期加装，不会造成又断电造成的损失；（3）ADSS是玻璃丝材质的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下，具有稳定的光学特性；（4）耐电蚀ADSS光缆可减少高压感应电场对光缆的电腐蚀；（5）ADSS光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强度的影响也很小；（6）ADSS采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。 四、结束语

人类对客观事物的认识在发展，技术在不断进步，材料也在日益更新。作为电力系统通信中最富特色的电力电子器件，也在不断发展和完善，新的电力电子技术也不断出现在我们的面前；同时，电力系统对电力电子技术的需求也趋向多元化、高标准化。可以预见，在未来相当长一段时间内，电力电子技术将在电力系统中大规模的改进使用。我们也完全可以相信，电力电子技术会有着更加辉煌的明天，在电力系统中将继续承担着重任。 参考文献：

[1]林渭勋.浅谈半导体高频电力电子技术.电力电子技术选编.浙江大， 1992（1） [2]崔振华.浅谈电力电子技术在电力系统中的应用.中国电力出版社，2004（2） [3]朱磊，侯振义，张开.电力电子技术的发展与应用.空军工程大学电讯工程学院.南京理工大学动力工程学院，2010（2）

[4]陈坚.电力电子技术在电力系统中的应用专辑.华中科技大学 ，,2007（3）

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