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电力电子技术在电力系统中的应用

​王蕊

山东职业学院, 山东济南,250000

摘要: 随着我国电力事业的迅速发展,电力电子技术也成了一个新兴专业领域,它主要是以电力学、电子学和控制学为基础而形成,是为研究强电和弱电问题的重要枢纽所在,在现代电力系统中具有广阔的应用空间。在进行新电力系统的建设过程中,也开始重视计算机科学技术的研发和运用,同时出现了电子电工科学技术,从而有效地使计算机和电气工程科学技术实现了融合。但由于电力系统正常运行的顺利工作决定了工业的发展趋势,而电子技术的进展将对工业功能产生绝对的影响,所以我们应当注重发展电力电子科学技术,进一步提高电力电子技术,以满足现阶段科学技术发展的新要求。
关键词: 电力电子技术;电力系统;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157146
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引言:随着人民生活水平的日益改善,人们对电力系统的使用需求也愈来愈高,而电力系统的使用将在推动我国现代化电网事业发展方向等方面起着关键的作用。在现阶段,电子计算机正不断地发展与进步中,被人们运用在经济社会产业生活中的方方面面,这也为电力与电子信息的实现长足发展创造了机会,是中国高新技术工业发展的重点基础技术之一,是中国传统产业改造的关键技术手段。

1.电力电子技术的发展

1.1电力电子技术的产生

电力电子技术的出现可以追溯到20世纪50年代末期,而电力电子技术的出现主要是以晶闸管的出现作为标志的。而作为现代电力系统运行的主要驱动方式,电力电子技术中在晶闸管的基础上还产生了可控硅整流系统,而可控硅整流系统的出现,也表示着现代电力系统运行驱动方式上的一个重要飞跃。从此,电力的转换与管理就开始进入了由电力电子器件构成的变流器阶段。所以讲,现代电力电子技术的形成是以可控硅整流器件为标志的。

1.2电力电子器件的发展

第3代电力电子器件的出现主要是在上世纪末90年代,由于现代供电系统的逐渐建立和完善,电力电子设备的构造和尺寸都获得了更进一步的改善,第3代电力元件的体型越来越小,构造也更加紧密。同时产生了由并且出现了将几种电力器件相结合的电子模块形式,为电力器的设计与使用带来了很大的方便。后来,人们又在集成器件的基础上,将原来运用在控制电力技术方面上的多种新功率元件进行合并,构成了集成电路。大功率集成电路的诞生,标志着功率电子技术走向了高频化和标准模块化,以及高集成化和智能化的崭新时期。

电力电子科学技术的诞生至现在,以电力电子器件的发展变革为主要历程。目前,中国电力电子科学技术正向着以高频技术解决实际难题为主的现代电力电子科学技术的方向迈进。在完成高频技术的基本上,又进一步增强了节约、安全、智能化、智能化的技术优势。

2.电力电子技术及其特点分析

所谓的电力电子技术是指对可以应用于发电领域中的各种电子技术的统称,具体来说是指运用电子电力设备对供电系统中的能量加以转换与管理的科学技术,中国第一个晶闸管的顺利研发正是该科学技术发展的重要标志。电力电子科学技术中的主要内容一般可分成三种,即元件、集成电路及其设备或系统,半导线是电力电子器件的理论基础材料,而电力电子电路则要以电力学为理论基础材料,将元件与集成电路组合而成的系统叫做电力电子装置。电力电子信息技术在工程领域中的运用也十分普遍,特别是在发电领域中的运用,对中国电力电子事业的蓬勃发展产生了巨大的影响,主要表现在以下一些领域:(1)电力电子信息技术在电力领域具有重要的意义,它通过对电力资源的优化管理,可以提高能源的效率,也有利于达到节能降耗的目标。(2)电力电子技术对供电装置的电力效果有着良好的提高效果,因此可以带动机电一体化的开发。(3)电力电子技术为电力系统高频化运行要求的达成提供了强大的技术保障,从而不仅使电力系统的运行质量相比以往得到大幅改善,同时还使机电设备的容量大大减小,节约了大量的基本建设用地。

3.电工电子技术在电力系统的作用

和过去的电力电子技术比较,当前的电力电子技术更为先进,在许多领域也得到了进一步的扩展。为使当代电力电子科学技术更好地适应当前经济社会发展的要求,应当作出相应的完善与补充。同时它还使得相应的优化控制电力电子技术在电力系统上起到更多更好的作用,给电力系统的日常工作带来良好的安全保护,并将使得电力系统在当前市场竞争十分活跃的状态下处于领先地位,在未来的现实生活中发挥更好的作用。下面就电工和电子技术在电力系统运行中所起的良好作用进行一系列的详细阐述:

3.1对电能的优化处理

电力电子技术对电力的进行处理能够有效地保障供电系统在现实生活中的正常工作。而要达到这一标准就是,需要对电力等资源进行优化利用与配置,为了使得电力等资源能够最大限度地充分地发挥效益,就需要对资源进行优化配置,以便最大限度地减少无谓的资源耗费,使电气科学与电子信息技术可以应用到所有领域,能够实现资源的有效使用最大化,它同时也能够实现电力系统的各个环节的有效融合,从而最大程度地合理使用能源与利用各种资源。

3.2实现机电一体化目标

现代技术的发达诞生了各种各样的电子产品并应用在全行各业,而且电气和计算机技术的使用在现阶段范围很广泛,为此,对电气和电子科学技术的发展水平提出更高的实际需求。这使现阶段中国电力电子技术的发展必须进行更加深入的改革,以满足现阶段高新技术发展的要求。这不但能够保障电力行业的健康生存与可持续发展,还能够更好地完成机电一体化的发展目标,从而推动电力行业朝着增强企业市场竞争力与综合能力更良好的方向发展。

3.3明确电力系统的发展方向

在电力电子产品的应用发展中,使用机电设备可以更加方便,使用效果更加精准。另外,电力电子技术在现实中的运用也有助于改善供电系统的工作效果与品质,从而为电力系统的发展指明方向。促进电力系统在现实生活中获得良好的发展前景,并没有影响到相关产业的发展,为电力行业的生存与发展打下了扎实的基础,也促使其在竞争激烈的市场中寻求一个良好的发展机遇。

4.电力电子技术在电气化应用中存在的问题

中国在现代化进程中最重要的任务便是提高现代发展速度,而电气化技术发展水平的高低也对中国现代发展速度起着重要决定意义。现代电气化技术主要包括在工业生产和部分人日常生活中对电力的合理使用,在工业生产中通过运用电力可以使制造过程更为自动机械化,而部分人日常生活中涉及电力供应、分配和合理使用。对比已经完成电气化的国家而言,由于中国电气化技术水平还比较滞后,再加上中国地域范围广阔,在各个地方的实际发展状况也各有不同。因此电力电子技术实际运用水平的强弱直接影响到了中国电气化的实际进展水平。

4.1部分人员欠缺对技术的应用意识

首先,由于部分技术人员受传统观念的影响,尽管现代电力电子技术早已呈现出其优越性,但少数的技术人员却还是秉持质疑与错误的心态对待现代电力电子技术,而并未意识到现代电力电子技术的特点与优越性。其次,就部分偏远地区而言,在工业生产中使用新技术往往没有专门技术人员的帮助,尽管部分技术人员早已接触到了新型电力技术而且还抱着主动接触的心态,但由于对新技术还缺乏充分的了解,或者不知道合理的应用技术,反倒对工业生产中造成了一些干扰,从而限制着新型电力技术的发展。综上,由于部分技术人员没有对新技术的正确使用认识,或者应用方法并不正确,从而影响了农村电气化的发展。

4.2生产设备不能及时更新

电力与电子技术的发展非常快速,技术也不断推陈出新,极大提高了产业效能。就目前部分地方现实情况分析,人才、地域、成本、投资都对制造过程形成影响,设施功能较小、设施配置少等造成制造效益无法得以提高。与此同时,我国没有关于电气化的支持政策,现有的支持政策出现贯彻不到位等状况,严重限制了电力电子技术的进展。

4.3偏远地区先进技术引入受限

由于区域辽阔,支持能力、前沿技术应用、投入能力在不同区域各不相同,甚至有着巨大差别。部分工业地区,由于运输条件不便利、人员素质低下和生产技术落后等原因的干扰,使得先进电力电子技术无法成功引进。一些地方的农业劳作依赖人工,部分人员也失去了学习先进电力电子技术的条件,从而限制了农业电气化的进展。

5.电子控制技术在电力系统中的运用

5.1发电环节中的应用

在中小企业电气自动化系统中,电机技术应用者需要根据企业产品的实际需要,从专业性、经济性等角度加以综合考量,同时根据后期设备保养和故障管理工作等综合应用问题,充分考虑其方便,并以此为基础,选用恰当的电机,保证到电机与实际产品需要相符,从而为企业生产经营活动提供更大的发展动力。目前最常用的发电机类型为交流异步,这类电机运行原理非常简单、方便,适应了大多数机器制造和运行的需要,而且实际工作稳定性也很强。不过,若对应于大功率的工业生产机械,则必须使用直流电机。

5.2输电环节中的应用

直流输电技术通过对连接于各种频率系统中的输电线路实现网络管理,大大增强了电力系统中输电的安全性和科学性。现代电力系统的灵活交流输电技术,在现代电子电力信息技术和最新先进控制技术的帮助下,能够灵活调节交流输电系统,而不受阻抗,电压源或相位的限制,从而满足电力系统的各种输电要求。可以有效满足电力所需的稳定性和可靠性。

5.3配电环节中的应用

配电环节是供电系统运营与控制中的重要环节,不但需要各种先进的供电系统设施与新工艺,也需要一种全新的营销技术解决方案。在当前的供电过程中,电子电力技术已经有效地控制了各种暂态故障的变化,并从电流,频率,以及谐波之间的不对称性上适应了供电设备的各种条件。因此,利用电力电子技术完成了低压集中辐射自动控制器的设计和使用,极大地提高了用电环节的安全可靠,稳定性和安全,给用电企业创造了更多的效益,并高效管理地实现了节能。

5.4节能环节中的应用

在当前电力系统不足的情况下,有必要对电力系统的节能进行妥善管理,以达到降低成本的效果,提高电力系统的工作效率,并实现开源。当前的电子电力技术已经能够更高效地进行电力系统的节能运营。电子电力技术大大改善了电力系统中机组的发电质量,并增加了机组的变频调速功能,从而大大减少了不必要的变频操作,也大大提高了发电机的效率运转。在电力系统和各类电力装置的正常运行中,由于变压器系统和交流异步电动机消耗了巨大的能量有功和无功功率。因此电子动力技术的当前应用,可以通过在电力系统上增设无功功率的补偿装置,以避免因为对无功功率控制能力的不足,系统崩溃以及其他能耗因素所导致的系统损毁。

6.能源与信息技术在电气工程中的运用

6.1开关装置

在电力控制系统中,开关器件往往产生大量的电能消耗。应用传统的电气控制方式,电磁兼容往往不能满足许多企业在日常生产中对电气系统、电力的需求。因此,积极使用便携式设备,改善开关装置,是一种重要的方法优化电力系统的运行状态,电力电子技术的应用,有利于软开关的控制种植噪声和损耗问题,因此,电力系统保持稳定运行状态,提高控制系统的整体控制效果。

6.2配电系统

电力电子技术在配电系统中的应用在技术监控上有很好的应用效果,可以更好地控制配电系统的使用误差和稳定性,进而提高配电系统运行中的整体效率。将电力电子技术应用到系统中,可以达到智能监控的效果。施工人员的日常工作可以适当降低工作强度和压力,提高系统在施工过程和后期使用中的安全性和稳定性。它是实现电气工程智能化监控的重要途径。

6.3电路保护装置

为了保证电力控制系统的正常运行,有必要加强对电路保护装置的控制。一般情况下,电路应用软件的异常故障会导致电路保护装置的运行,起到保护作用。随着电力工程的发展和电路保护装置技术的革新,电路原有的保护措施表现出很强的不适应性,因此应用电力电子技术是非常必要的。整个申请过程需要配备相应的功率检测设备,及时反馈的信息内容,确保线电流,可以及时发现,立即关机处理,所以实际状态的电子元件和电路操作维护安全与稳定。

6.4变压器

电力电子技术在变压器中的有效运用,就必须从节电出发,以提升变压器工作过程中的效率,并调节有功功率,提高变压器技能消耗降低的效果。变压器一般都要保证相应的电压容量,将电压负载率控制在74%-84%的理想范围内,使变压器保持安全稳定的状态,降低异常故障的发生率。若变压器负荷率低于30%,则需立即更换,且变压器容量小为首选;如果变压器的负荷率高于84%,也有必要以变流器容量代替首选对象。当变压器的负荷率不能控制在理想范围内时,变压器的运行状态将难以控制。通常,多台变压器同时使用。为加强对成本投资的合理调控,大容量变压器工程的首选目标是通过合理调节变压器的使用范围,在制造过程中达到有效降低生产成本和节能降耗的目的。

6.5发电厂

电力电子技术是实现电厂生产过程全面监控,保证电厂安全运行的重要手段。电力电子技术在网络系统中,具有全面、系统的应用优势,很好地发挥了保障作用;该系统应用过程简单,大大提高了生产效率。在电力电子技术的应用中,便于工作人员全面监控,及时准确地发现可能的不稳定因素,及时进行针对性防护,有效防范安全事故。

7.电力电子技术的发展前景

电力电子技术在电力系统中的应用正朝着多元化发展,在各个方面都有着诸多的应用,电力电子设备更加智能,更加清洁无污染。

电力及电子信息技术的应用与发展,对于国家电力系统建设有着里程碑式的重要意义。在传统动力技术与计算机技术进步的基础上,它又在不断运用新兴科学技术推动着企业的发展壮大。但是,鉴于目前电力电子技术在电力系统中的运用仍处在发展过程中,其有效性和预先设计好的技术要求之间还具有相当的差异。对于如何使电力电子技术在电力系统中有效发挥功效,应当注重对技术本身与电子设备的优化与革新,通过积极探索并不断发展电力电子信息技术,以帮助企业改善电能生产品质,并对生产成本进行投资,使电力系统获得更大的经济效益。

结束语:随着技术的迅速发展和社会的进步,人民生活水平提高也使得需求日益增加,因此电力与电子信息技术在电力系统中以及其他方面的运用也将日益普遍,在国民经济中扮演着日益关键的角色。在发展日新月异的今天,人类对于自然环境的维护与资源的节约日益重视,电力电子科学技术在电力系统中起到的作用愈来愈大,对新能源和清洁能源的开发使用也产生了巨大的影响。

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