电力电子技术应用探究

赵翔 马永刚 孙波

摘要：随着经济的发展，我国的各行各业建设的发展也有了提高。电力电子技术是计算机技术在电力系统中的具体体现，伴随着现代计算机技术、信息化技术的不断创新和发展，电力电子技术在电力系统中的应用越来越深入。电力电子技术的核心是完成电力的互换，通过对电能进行互换和控制，能够提高电力运用的灵活性与便捷性，让电能在社会生产与人们生活中发挥更大的作用。电力电子技术在电力系统中的运用越来越广泛和深入。相关数据显示，在发达国家人们所使用的电能中，有超过58%的电能都是通过电力电子变流设备处理后输送出去的。没有电力电子技术的支持，发展现代化高技术电力系统也就无从谈起。直流电通常应用在距离跨度大、电能庞大的电力传输上，在利用这种方式进行电能输送时，输出端的整流阀以及输入端的逆变阀均装配有晶闸管变流设施。此外，柔性交流输电也要依托于电力电子设施才能够正常运行。当下，电力电子设施在电力系统中有着非常广泛的应用，在推动电力系统不断改进和完善上发挥了重要作用。

关键词：电力电子；技术应用；探究

1 电子技术课程的教学设计

改革目标有以下两方面：（1）课程改革目标：①教学内容融入思政元素。每章设计1～2个思政案例，内容主要围绕石油装备智能制造展开，可结合石油装备的工作原理，装备用供电系统的设计原理等设计案例，也可结合我国在智能制造领域取得的成就及与发达国家的差距等现状方面设计案例；②课堂教学环节抛出思政元素。采取灵活多样的授课方式，或讲授，或讨论，将思想政治教育相关内容自然有效渗透到课堂，调动学生学习积极性，引起学生共鸣，真正实现课程与思政理论同向同行，形成协同效应，多方位并进培养学生的科学素养和政治素质。（2）思政育人目标：挖掘案例蕴含的思政元素，使课程内容与思政教育同向同行，形成协同效应，培养学生的规则意识，团队合作能力，思辨能力，科学精神、钻研精神、工匠精神、民族自豪感、自信心、家国情怀、责任担当，将价值引领、知识传授和能力培养三者有机结合，相互贯通，实现高素质应用型人才培养目标。

2 我国电力电子产业发展现状

2.1 电力电子器件方面

我国传统型晶闸管类电力电子器件的电压等级和电流容量不断扩展，品种不断增加，产业结构趋于稳定，能满足国内的需求。光控晶闸管实现了产业化，目前已经用于高压直流输电和无功补偿（SVC）等领域。在国家产业政策支持和国民经济发展的推动下，我国高频类电力电子器件的研发和产业化也取得了一定的成绩。在IGBT行业中已经有所突破，从芯片设计到芯片封装、测试的完整产业链正在形成。IGBT模块的封装技术上了一个台阶，国产品牌正在形成之中，已与国际品牌展开竞争态势。基于IGBT模块的电力电子变流装置，如风力发电变流器、光伏发电逆变器、电机调速变频器等都均已规模化应用，部分应用领域的变流器已替代进口产品。

2.2 电力电子设备和系统方面

高压变频器制造技术水平和应用范围与发达国家的距离正在缩小中，高压变频器的市场主要为内资企业占有。中低压变频器早已规模化生产，但技术缺乏优势，市场主要被国外公司占有。经典的直流输电技术有了跨越式进步，输送电能容量有很大提升。自主研发的±800千伏及以下电压等级直流输电换流阀在设计、制造、试验和运行方面技术成熟，同国外同行业先进企业的产品水平接近。柔性直流输电技术也已取得突破，±160千伏输电工程已在南澳岛运行，±320千伏背靠背联网工程将在2015年底投入运行，±500张北柔直、±800千伏昆柳龙特高压混合多端直流项目相继投运。我国已经完全掌握了静止无功补偿器（SVC）设计制造的核心技术，彻底实现了SVC的全面国产化，并已成为国际上最大的SVC设计制造国。国产中小功率不间断供电电源（UPS）占据了国内主要市场份额，正在向高端大功率市场发展。

3 电力电子技术在电力系统中的应用

3.1 静止无功补偿装置

通常情况下，该补偿装置主要实现的功能是强化输电系统的可靠性、提高电能品质以及闪变抑制等。以往交流电网中使用的机械控制效果不理想，不仅控制动作迟缓、不连续，同时精准性也较低，随着灵活交流输电系统技术的运用，有效解决了这样的问题，在改善输电系统的输电效能、潮流控制水平、保障电力系统可靠性与降低系统振荡上发挥了关键性的作用。当下，主流的灵活交流输电装置主要有静止无功补偿器、静止同步补偿器等。晶闸管控制电抗器是静止无功补偿装置中的一种，该电抗器主要包含了两个晶闸管与一个电抗器，前者并联后与后者串联起来，在调整晶闸管触发延迟角参数后，就能够得到不同的电流值，从而实现对电抗器基波无功功率的无极变更。和静止无功补偿器相比较，静止同步补偿器拥有更加优秀的调节速度、运行范围更广泛，同时在引入多电平与PWM技术等手段之后，能够显著降低补偿电流中的谐波占比率。能够取得这样的效果，主要是由于在电网上并联了一个自换相桥式电路，对相桥式电路中的电压相位以及幅值进行更改，就能够控制无功电流的收发量，从而进行动态无功补偿。

3.2 高压直流输电技术

高压直流输电是指将发电厂产生的交流电，利用换流器转变为直流电，之后依托于输电线缆将直流电传输到目的地，紧接着将直流电变换为交流电，输送给各个用户。通过高压直流输电进行电力传输具有非常大的优势，不仅能够提高电能传输的功率，同时也能够有效降低线路建造成本，还可以加强对电能传输的控制，因此，高压直流输电能够很好的满足现阶段高电压大流量、远距离输电以及异步联网的需求。相比较于交流输电线路，直流输电线路不仅拥有消耗费用少、电能损耗率低的优势，在电能输送过程中还具有很好的稳定性，能够进行额定频率不相等电网的相互连接，一方面能够进行地表以下以及海底电缆输电，另一方面也可以很好的控制潮流，还可以实现输电设施的分级分期构建，也能够为后期的增容扩建提供支持。根据直流联络线方式的不同，可以将直流输电工程划分为四个方面，即单级、双极与同级联络线、背对背直流输电模式。

3.3 有源电力滤波器

有源电力滤波器是依托于瞬时无功功率理论实现的，该滤波器的主要工作途径分为以下几步：（1）在补偿目标中寻找出谐波电流等分量；（2）根据获得的分量属性，补偿设施会产生一个与该分量数值相同、极性不同的补偿分量；（3）利用产生的分量将谐波电流中的分量中和掉，使得导入到电网中的电流仅仅涵盖基波分量。有源电力滤波器在实际应用过程中具有较大优势，一方面能够产生很好的动态响应速度，另一方面所具备的补偿功能灵活多变，同时补偿特性还不会被电网阻抗所限制，在抑制谐波方面发挥了重要的作用。事实上，有源电力滤波器涵盖了两个部分，分别是指令电流运算电路以及补偿电流发生电路。其中，指令电流运算电路主要功能是寻找出补偿目标中的谐波电路等分量；补偿电路发生电路是依照获得的分量值，发出与此相对应的补偿电流。

4 结语

综上所述，通过电力电子技术的运用，有效推动了我国电力系统的快速发展。在现代计算机技术与电力技术迅猛发展的背景下，电力电子技术也在各种新技术支持下获得了更好的发展。但是，当下电力电子技术在实际运用过程中，其稳定性依旧无法满足设计需求，这也是今后电力电子技术创新要重点解决的问题，保障电力系统的高效、稳定运行。

参考文献:

[1]韩民晓.电力系统的柔性化技术——电力电子技术在电力系统中的应用[J].高科技与产业化,2009(04):93-96.

[2]彭情，潘元忠，谭文.电力电子技术在电力系统及智能电网发展中的地位与作用[J].轻工科技,2015,31(03):42-43.

[3]沈学良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].中国新技术新产品,2017(12):68-69.