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

自上世紀(jì)八十年代以來，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。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)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價(jià)低等，因此已被世界各國廣泛應(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)，尤其是對于我國遠(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)控制即是滿足對電能電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，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)的精簡版，其技術(shù)原理、電力設(shè)備和應(yīng)用功能均相同，但是開發(fā)投入和生產(chǎn)成本相對較低的特點(diǎn)更切合于目前我國潛在需求巨大的市場。伴隨著我國電力市場中電力電子器件的成本價(jià)格越來越來的狀況，可以預(yù)見此項(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)能潛力過程中，可通過電力電子技術(shù)對負(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)行過程中會(huì)大量消耗有功功率和無功功率。因?yàn)闊o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)備無功容量不足時(shí)，需增裝無功補(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)開發(fā)方面的發(fā)展趨勢

近些年來，伴隨著我國計(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自動(dòng)化處理信息能力的要求，電力電子電力系統(tǒng)的開發(fā)需要考慮的因素越來越多，內(nèi)涵不斷深入、外延不斷拓展、可直接可觀可測的范圍也越來越廣，也為我國在這一方面的的開發(fā)與發(fā)展迎來了絕好的契機(jī)。

當(dāng)今，我國在電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用開發(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多機(jī)系統(tǒng)模型來處理問題;在理論工具上越來越多地借助于現(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)智能控制是基于過去四十多年來實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與研究，主要分為三個(gè)階段來實(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，實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)控制即是我國電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整控制時(shí)代來臨的標(biāo)志。

3.結(jié)束語

綜上所述，在伴隨我國計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展過程中，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。