电力电子技术在电气工程中的应用

摘 要

随着功率变换技术的不断完善,电力电子技术在电气工程中的应用更加广泛,形成了现代电气工程及其自动化的专业技术基础.电力电子技术在电能的生产、储存等各个环节中都有着非常广泛的应用.本文通过对静止无功补偿装置、有源电力滤波等几个方面的应用进行了阐述,分析了电力电子技术的作用.电力电子技术在电气工程中并将获得长远的发展.

【关 键 词】电力电子技术电气工程

电力电子技术是利用电子器件及技术实现电能变化与控制的技术,涉及到电力、电子与控制三个领域,实现了利用弱电子控制强电力,在工业、农业、交通、能源、国防等众多领域中得到了广泛的应用.电力电子技术在电气工程中的应用也比较广泛,例如电动机、发电机中的应用提高了电能生产与利用、转换方面的效率,有着节约能源与提高生产率的显著作用；电力系统中的应用增强了系统的稳定性与安全性,使电力系统实现了灵活可控,提高了运行的稳定性与安全性.因此,要在学习电力电子技术的前提之下,了解电力电子技术在电气工程及其自动化中的应用,提高对电力电子技术的认识与利用.

1电力电子技术的发展

电力电子技术包括两个方面,一方面是器件制造技术,另一方面是电力电子电路的应用电路,即变流技术.电力电子器件经历了三代的发展,第一代电力电子器件是半控型,第二代是全控型,第三代是复合型.通过不断的发展实现了包含驱动、控制、保护电路、功率器件为一体的功率集成电力,虽然当前功率较小,但是代表了电力电子技术未来重要的发展方向.

2静止无功补偿装置

随着工业生产过程的不断发展,电网中的功率要求的变化也更加频繁,尤其是一些冲击性的负荷不断增加,给电网的稳定造成了不良的影响.静止型动态无功补偿装置能够通过对冲击性负荷的无功补偿来提高电力系统的稳定性,提高电能的质量.

无功率补偿能够提高电力系统及负载的功率因数,减少系统中功率的损耗,能够对电压进行稳定,从而提高供电方面的质量.静止无功补偿装置包括：晶匣管控制电抗器（TCR）、晶匣管投切电容器（TSC）、静止同步补偿器、可控串联补偿装置（TCSC）等.

晶匣管控制电抗器（TCR）中包括两个反并联的晶匣管、一个电抗器,这些器件之间是串联的关系,通过晶匣管触发延迟角的改变就能够控制电抗器电流的大小,从而实现对电抗器的基波无功功率的连续调节.晶匣管控制电抗器中的三相交流调压电流通常采用的是支路控制三角形的方式进行联结.

晶匣管投切电容器（TSC）是属于单相结构的,其中的小电感的作用是对电容器投入电网是可能出现的冲击电流进行抑制.晶匣管投切电容器的优点为无机磨损、响应快速、平滑投切、综合补偿效果高等.

静止同步补偿器指的是利用电力半导体桥式变流器实现动态无功补偿的装置,该装置调节的速度较快、运行的范围较广.静止同步补偿器中的多重化、PWM技术等能够使补偿电流中的谐波的含量降低.静止同步补偿器的原理为通过并联的形式将自换相桥式电流联结在电网上,通过对输出电压的调节实现对无功电流的吸收或者发出,从而实现动态无功补偿.

可控串联补偿装置（TCSC）中电控器是有晶匣管来控制的,主要的联结方式就是实现电容器与电控器之间的并联.通过晶匣管的导通角的调节来实现电抗器电流的改变,实现补偿装置基频等效电抗的变化.可控串联补偿装置不仅能够实现参数的补偿,还能够通过阻尼控制环境的加入来实现系统阻尼状况的改善,从而实现对低频振荡的有效抑制,使系统的静态稳定性与暂态稳定性提高.

3有源电力滤波器

有源电力滤波器的原理是对补偿对象进行检测,从而得到谐波电流的等分量,通过补偿装置来产生一个与谐波电流分量相等但是极性相反的补偿电流分量,通过对谐波电流的抵消来实现进入电网的电流是包含基波电流而没有谐波电流.有源电力滤波器谐波电流抵消的理论基础就是瞬时无功功率理论.有源电力滤波器的动态响应速度非常快,而且补偿功能多样化,在补偿的过程中补偿的特性不会受到电网阻抗的影响,因此是谐波电流抑制的一个重要的发展方向.

有源电力滤波器中包含两部分,一部分是指令电流运算电路,另一部分是补偿电流发生电路.指令电流运算电路的作用是对补偿电流进行检测,从而得到其中谐波与无功电流的等分量,补偿电流发生电路使根据前者的检测结果产生实际的补偿电流.

4高压直流输电技术

高压直流输电主要的功能就是将发电厂输出的交流点经过换流器的作用之后转变为直流电,然后在将得到的直流电通过输电线路输送到受电端,达到受电端之后再将直流电逆变为交流电,之后再输送给用户使用.

高压直流输电能够传输的功率较大,而且传输过程中所需线路的造价也较低,较为容易控制,因此在当前是高电压大容量、长距离输电、异步联网等输电过程中的重要手段.直流输电架空线路的成本非常小,而且损耗也较小,利用直流输电方法能够确保输电的稳定性,还能够将额定频率不同的电网进行互相联网.直流输电工程按照直流联络线可分为单级联络线、双极联络线、同极联络线和背靠背直流输电系统.

5总结

电力电子当前最大的应用领域就是电力系统与机电能量转换装备.对电气工程及其自动化领域中的电力电子技术的应用情况进行深入的了解,才能够更好地掌握电力电子技术,明确电力电子技术对电气工程专业发展的促进作用.