電力電子技術在發電,輸電,配電等各個環節的運用

電力電子技術是新興的一種電子技術,被廣泛的應用到電力電子領域,而且隨著變頻技術的研究和發展,電力電子的發展有了更有力的保障,目前,電子電力技術的作用主要在發電,輸電,配電等各個環節。下面看看電力電子技術在各個環節運用的基本情況。

在發電環節的運用

電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備,電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。

(一)大型發電機的靜止勵磁控制。靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式,具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點,被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節,因而具有其特有的快速性調節,給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。

(二)水力、風力發電機的變速恒頻勵磁。水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量,當水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組),機組的最佳轉速亦隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比,風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率,可使機組變速運行,通過調整轉子勵磁電流的頻率,使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。

(三)發電廠風機水泵的變頻調速。發電廠的廠用電率平均為8%,風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%,且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器,實施風機水泵的變頻調速,可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟,國內外有眾多的生產廠家,并有完整的系列產品。

(四)太陽能發電控制系統。開發利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能,是調整未來能源結構的一項重要戰略措施。大功率太陽能發電,無論是獨立系統還是并網系統,通常需要將太陽能電池陣列發出的直流電轉換為交流電,所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統的核心。日本實施的陽光計劃以3～4kW的戶用并網發電系統為主,我國實施的送電到鄉工程則以10～15kW的獨立系統居多,而大型系統有在美國加州的西門子太陽能發電廠(7.2MW)等。

在輸電環節的運用

(一)柔性交流輸電技術(FACTS)交流輸電或電網的運行性能。已應用的FACTS控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調相機(STATCON)、靜止快速勵磁器(PSS)、串聯補償器(SSSC)等。近年來,柔性交流輸電技術已經在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。國內也對FACTS進行了深入的研究和開發。

(二)高壓直流輸電技術(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爭力。此外,可關斷器件組成的換流器,由于采用了可關斷的電力電子器件,可避免換相失敗,對受端系統的容量沒有要求,故可用于向孤立小系統(海上石油平臺、海島)供電,今后還可用于城市配電系統,并用于接入。

近年來,直流輸電技術又有新的發展,輕型直流輸電采用IGBT等可關斷電力電子器件組成換流器,應用脈寬調制技術進行無源逆變,解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設備,降低造價。

(三)靜止無功補償器(SVC)SVC是用以晶閘管為基本元件的固態開關替代了電氣開關,實現快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統的導納。SVC可以有不同的回路結構,按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。

在配電環節的運用

配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求,還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用,即用戶電力(CustomPower)技術。用戶電力技術(CP)技術和FACTS技術是快速發展的姊妹型新式電力電子技術。

采用FACTS的核心是加強交流輸電系統的可控性和增大其電力傳輸能力;發展CP的目的是在配電系統中加強供電的可靠性和提高供電質量。CP和FACTS的共同基礎技術是電力電子技術,各自的控制器在結構和功能上也相同,其差別僅是額定電氣值不同,目前二者已逐漸融合于一體,即所謂的DFACTS技術。具有代表性的用戶電力技術產品有:動態電壓恢復器(DVR),固態斷路器(SSCB),故障電流限制器(FCL),統一電能質量調節器(PQC)等。