1.電力電子技術(shù)電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用

自上世紀(jì)八十年代以來(lái)，柔性交流輸送電力能源的概念被提出之后，電力電子技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究被廣泛提升到了一定高度，各種極具電力電子技術(shù)特色的電力設(shè)備相繼被研發(fā)出來(lái)。目前，已經(jīng)有不少關(guān)于這方面設(shè)備基本原理及應(yīng)用現(xiàn)狀的研究資料，極大地推廣了電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用范圍。以下就談及此方面的一些內(nèi)容：

1.1 在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)一般涉及各種發(fā)電機(jī)組設(shè)備，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要以改善這些電力設(shè)備的運(yùn)行狀況為目的。根據(jù)實(shí)踐表明，大型發(fā)電機(jī)、水力或風(fēng)力發(fā)電機(jī)在應(yīng)用方面極其出色。①大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制可采用晶閘管整流自并勵(lì)的方式達(dá)到這一目的，其明顯的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等，因此已被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用且效果良好。究其原理可以看出由于大型發(fā)電機(jī)在發(fā)電過(guò)程中省掉了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，促使發(fā)電機(jī)運(yùn)行具有了自身特有的快速性調(diào)節(jié)功能，這樣一來(lái)大型發(fā)電機(jī)能夠充分發(fā)揮其發(fā)電功能，并且在控制規(guī)律上也產(chǎn)生了良好的效果。②水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)可通過(guò)電力電子技術(shù)控制器變速恒頻勵(lì)磁，水利發(fā)電機(jī)的有效功率主要由水頭壓力和流量大小決定，水頭壓力變化越大，水利發(fā)電機(jī)組的最佳轉(zhuǎn)速也隨之變化。而風(fēng)力發(fā)電的有效功率則于風(fēng)速的三次方成正比例關(guān)系，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在捕捉到最大風(fēng)能時(shí)的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速大小變化，為了能夠使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的有效功率成最優(yōu)化的正比例關(guān)系，采用以變頻電源為核心技術(shù)的電力電子控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流頻率進(jìn)行適宜調(diào)整，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后能夠保持定子頻率即可輸出恒定頻率。

1.2 在電力系統(tǒng)輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

通常，被稱為“硅片引起的第二次革命”就是指將電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)中的改革過(guò)程，其主要的應(yīng)用效果是大幅度地改善電力系統(tǒng)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況。

(一)HVDC和HVDC Light兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用

HVDC(Light)技術(shù)，即(輕型)直流輸電技術(shù)。直流輸電技術(shù)具有電容量大、穩(wěn)定性好和控制調(diào)節(jié)靈活等明顯特點(diǎn)，尤其是對(duì)于我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電、海堤電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能具有劃時(shí)代的意義。值得一提的是，此項(xiàng)技術(shù)是由1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器研發(fā)應(yīng)用開(kāi)啟的，也標(biāo)志著世界電力電子技術(shù)正式被應(yīng)用于直流輸電工程。自此以后世界各國(guó)都將采用晶閘管換流閥作為新建直流輸電工程的主要辦法。

(二)FACTS技術(shù)(柔性交流輸電技術(shù))則是于上世紀(jì)八十年代被提出最終概念的，它是將電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電工程系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位加強(qiáng)調(diào)節(jié)輸電技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸電功率的靈活控制，并大幅地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行水平。FACTS技術(shù)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍極廣。

1.3 在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)配電環(huán)境亟待解決的問(wèn)題是怎樣加強(qiáng)供、用電的安全可靠性和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，電力能源的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)控制即是滿足對(duì)電能電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，同時(shí)減少各種瞬態(tài)波動(dòng)和干擾。電力電子即是和現(xiàn)代控制技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用便是在電力系統(tǒng)配電環(huán)節(jié)中極力推廣DFACTS 技術(shù)。DFACTS 技術(shù)是基于如FACTS 技術(shù)等各項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的電力能源質(zhì)量控制的新技術(shù)。狹義層面上講，DFACTS 技術(shù)是FACTS 技術(shù)的精簡(jiǎn)版，其技術(shù)原理、電力設(shè)備和應(yīng)用功能均相同，但是開(kāi)發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對(duì)較低的特點(diǎn)更切合于目前我國(guó)潛在需求巨大的市場(chǎng)。伴隨著我國(guó)電力市場(chǎng)中電力電子器件的成本價(jià)格越來(lái)越來(lái)的狀況，可以預(yù)見(jiàn)此項(xiàng)技術(shù)將很快進(jìn)入到成熟期并繼續(xù)高速發(fā)生。

1.4 在電力系統(tǒng)節(jié)能環(huán)節(jié)的應(yīng)用

變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行

電動(dòng)機(jī)在其自身挖掘節(jié)能潛力過(guò)程中，可通過(guò)電力電子技術(shù)對(duì)負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)速度達(dá)到節(jié)電效果。在目前，電動(dòng)機(jī)交流調(diào)速在冶金、礦山等工業(yè)部門(mén)中還是得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。其通用的節(jié)能應(yīng)用措施是在風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量，取得效果良好。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用具有的有點(diǎn)在于調(diào)速范圍廣、精度高、效率高和能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速等，但是明顯的缺點(diǎn)是成本高，產(chǎn)生高次諧波會(huì)污染電網(wǎng)系統(tǒng)。

1.5減少無(wú)功損耗，提高功率因數(shù)

在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備中，變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)等均屬感性負(fù)載，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)大量消耗有功功率和無(wú)功功率。因?yàn)闊o(wú)功電源與有功電源都是保證電能質(zhì)量不可或缺的組成部分。因此，在電力系統(tǒng)中應(yīng)盡量保持無(wú)功平衡，避免電力系統(tǒng)電壓降低、設(shè)備損壞、功率因數(shù)下降等問(wèn)題，嚴(yán)重者則容易引起電壓崩潰和系統(tǒng)解裂導(dǎo)致大面積用戶停電的事故。鑒于此，在電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，需增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以提高電氣設(shè)備的功率因素。

2.電力電子技術(shù)電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展趨勢(shì)

近些年來(lái)，伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代的電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、電力裝備和電力電子技術(shù)為主要組成部分的綜合體，即“CCCP”。電力系統(tǒng)信息量逐日增大提高了對(duì)自動(dòng)化處理信息能力的要求，電力電子電力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要考慮的因素越來(lái)越多，內(nèi)涵不斷深入、外延不斷拓展、可直接可觀可測(cè)的范圍也越來(lái)越廣，也為我國(guó)在這一方面的的開(kāi)發(fā)與發(fā)展迎來(lái)了絕好的契機(jī)。

當(dāng)今，我國(guó)在電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面的發(fā)展正逐步趨向于在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展;在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對(duì)多機(jī)系統(tǒng)模型來(lái)處理問(wèn)題;在理論工具上越來(lái)越多地借助于現(xiàn)代控制理論;在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用;在研究人員的構(gòu)成上需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)等。

電力系統(tǒng)應(yīng)用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制是基于過(guò)去四十多年來(lái)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與研究，主要分為三個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一階段是基于傳遞函數(shù)的單輸入和單輸出;第二階段是線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制;第三階段則是智能控制。智能電力控制一般能夠遇到的技術(shù)困難包括：

(1)具有強(qiáng)非線性的、變參數(shù)和全動(dòng)態(tài);

(2)具有多目標(biāo)尋優(yōu)和在多種運(yùn)行方式及故障方式下的魯棒性要求;

(3)不僅需要本地不同控制器之間的協(xié)調(diào)作用，也需要異地不同控制器之間間協(xié)調(diào)控制。

電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化控制是從穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)控制向動(dòng)態(tài)控制發(fā)展的必然趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)控制即是我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整控制時(shí)代來(lái)臨的標(biāo)志。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在伴隨我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，電力系統(tǒng)亦需要進(jìn)行更新?lián)Q代。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將是逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)水平提高和推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展邁出的重要一步。