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电力电子技术在电路系统的作用
电力电子技术在电路系统的作用 电力电子技术是从上世纪开始发展起来的，也称为功率电子技术，它具有 的特点是：小体积、小重量、大容量、低损耗、较长的使用寿命，而且方便维护、 有优异的控制性能。电力电子技术的应用范围特别广，涉及通信、电器等多个领 域，应用在电路系统是其中一个重要方面，因此，研究电力电子技术在电路系统 中的应用尤为重要。1电力电子技术介绍 电力电子技术是一个由多种技术支撑的平台，不仅包括功率半导体器件和 现代控制技术，还包括计算机技术和电路技术。在近五十年来发展迅速，应用的 范围也从传统产业设备以及电能质量控制逐渐发展到新能源开发，而且在民用产 品方面也有较广泛的应用。在电力电子技术众多的应用方面中，应用于电路系统， 尤其是直流输电的大功率电力电子技术是其中的重要方面。自本文分别介绍了将 此技术应用在电路系统中的发电、输电、配电和节能这四个环节。
2电力电子技术在电路系统中的应用 自柔性交流输电概念出现后，越来越多的学者开始关注电力电子技术，并 积极联合多种技术，开发出许多相关的支持和应用设备。下面对电力电子技术的 多个电路系统应用方面进行详细介绍。
2.1将电力电子技术应用在发电环节 在发电环节，可以将电力电子技术应用在发电环境中的发电环节，涉及到 的设备包括发电机组的大多数设备。在这种情况下，电力电子技术能够实现设备 运行特性改善的目的。第一种情况是用于静止励磁，尤其是对于大型发电机，采 用晶闸管整流方式，利用静止励磁的自并励方式，具有明显优势，能够获得极高 的可靠性，而且结构相对简单，造价也不高，所以其应用技术已经获得了国内外 相关专家学者的青睐。在这一项应用中，将中间的惯性环节也就是励磁机部分省 去了，所以它的调节速度更快。调节速度的加快对于更好的控制规律的应用更为 有益，从而控制效果的进一步优化就能随之实现。第二种情况是应用于水力和风 力发电中。对于水力发电而言，水头压力和流量是决定其变速恒频励磁的关键因 素，一旦水头出现较大的变化幅度，机组将会随着水头的变化出现最佳转速的改 变。对于风力发电而言，有效功率的大小正比于风速的三次方，而且风车会随着风速的改变出现捕捉最大风能的功能的转变。在上述情况中，为了实现有效功率 的最大化，需要实现机组运行的速度的变化，可以通过将转子励磁电流进行调整 实现。也就是叠加转子转速，以保持输出频率也就是定子频率的不变，在这项应 用中，涉及的关键技术是变频电源。第三种是应用在变频调速中。在发电厂中， 风机水泵的耗电量是非常巨大的，根据统计，火电设备的总耗能的65%都是风机 水泵贡献的，而其中的8%又是变频调速消耗的，也就是说风机水泵变频调速的 运行效率是比较低的。如果要实现节能的目的，不管是在高压还是低压变频器中， 将变频调速技术应用于风机水泵是最佳的解决思路。
2.2将电力电子技术应用在输电环节 在输电环节，尤其是高压输电过程中，电力电子技术应用素有“硅片引起 的第二次革命”的称号，它的应用实现了电力网运行稳定性的大幅度提高。在直 流输电技术中，直流和轻型直流输电具有容量大、性能稳定、易于灵活控制的特 点，所以高压直流输电在长距离输电以及在海底电缆输电中拥有无法取代的优势。
晶闸管换流器于上世纪七十年代第一次出现，代表着直流输电正式进入电力电子 技术应用时代，从此以后，晶闸管换流阀开始广泛应用于直流输电工程。在1980 年到1990年，柔性交流输电技术开始出现，这项输电技术是以电力电子技术为基 础，借助现代控制技术，实现灵活调节交流输电系统的电压、阻抗和相位的技术， 能够充分保证电力系统的稳定性。
2.3电力电子技术应用在配电环节 存在于配电环节的主要问题是电能质量的保证和供电可靠性的保证。其中 对于电能质量问题来说，既要满足控制电压、频率和谐波的要求，又要满足不对 称度的要求，同时还要防止出现瞬态波动和干扰。应用电力电子技术，结合现代 控制技术，应用于电路系统中的配电环节，是近些年来发展起来的新型电能质量 控制技术。市场对于这项技术的需求比较大，而且由于其开发简单、成本低廉， 所以这项技术的应用前景非常好。
2.4电力电子技术应用在节能环节 电动机运用变负荷方式进行节电只是节能的一个方面，而电动机变负荷调 速技术是节能研究的另一个方面，只有二者的有力结合才能实现真正的节能。交 流调速是目前广泛用于冶金和矿山等部门的一项技术。风机、泵类是首先采用调 速控制的变负荷机械，此技术用于替代风板或节流阀，在对风流量和水流量进行控制时的效果非常明显。变负荷的风机、水泵，国外普遍选择交流调速方式，但 在我国这项技术还处于应用推广阶段。变频调速的具有调速范围广，效率和精度 高，可以连续无级调速。这种技术具有损耗小，节电效率客观的优点，但同时也 存在成本高，易产生高次谐波，从而对电网造成污染的问题。对于无功损耗的问 题，功率因数的提高对于电气设备节能尤为重要。感性负载一般是指交流异步电 动机、变压器等，在运行这些设备时，会同时消耗有功功率和无功功率，所以为 了实现电能质量的优化，要同时保证无功与有功电源的优化。一旦电力网或电气 设备出现无功容量不够的情况时，为使得设备功率因数提高，需要加设无功补偿 设备。
3结束语 电力电子技术仍然处于快速发展阶段，这个过程中又不断的有新结构器件、 新材料出现，而且不断进步的计算机技术也为现代控制技术的广泛应用提供可能。
在相关辅助技术的发展支持下，电力电子技术在电路系统中的应用也越来越广泛。
作者:刘禹延 单位:浙江省杭州市浙江大学
