电力系统中电力电子技术的应用

摘要： 电力电子技术把现代化控制技术、计算机技术以及电路技术、功率半导体技术作为技术支撑，伴随各个技术的发展和不断成熟，也提升电机技术的应用价值，使其被广泛应用在民用产品以及电能质量管控和新能源开发等领域。本文分析电力电子技术在电力系统应用相关内容，如电力电子技术在节能环节的应用、输电和配电环节应用等，力求通过全面的分析，为电力企业以及从业人员提供实践参考，确保更加高校和灵活应用电力电子技术，利用技术带动行业发展。

关键词： 电力系统；电力电子技术；应用；举措

前言： 电力电子技术作为电工新技术典型，技术把电力和电子技术（电子技术中强电和弱电技术有效结合）融合，提升技术应用价值，使其被广泛应用与社会发展和生产作业中。电力系统中应用电力电子技术，可减少无功功率的损耗，提高功率的因素，以免系统电压降低，对设备带来破坏，确保各个设备应用性能，提高设备的功率因素。此外，电力电子技术在电力系统中应用，改善各个发电机组和设备的应用特性，提升交流输电系统的传输能力，有利于对输电系统进行良好管控。

1.电力电子技术在电力发电环节的应用

电力电子技术在电力发电环节的应用，可以改善发电机组中各个设备的应用性能，提高其应用性。首先，在发电环节，可以应用静止励磁控制技术来管控大型发电机设备，该技术应用晶闸管整流自并力的方式，其结构简单，具备较好的可靠性，经济支出合理。电力发电环节，应用该技术和实现快速的调节目标，依据系统运行规律进行控制，强化控制效果。

发电厂风机水泵设备变频调速，可以应用低压或者高压变频技术进行控制，可良好对风机水泵的运行速度以及频率进行控制，实现技能的目的。因为，在发电中用电量较多，平均用电率可达到8%，而风机水泵设备耗电量估占据整个总设备耗电量的百分之六十，因此，必须重视风机水泵设备变频调速，控制能耗。

2.电力电子技术在电力输电环节的应用

电力输电环节中，常应用电力电子技术包括，柔性交流输电技术、高压直流输电技术。其中柔性交流输电技术应用可调整电网以及交流输电的运行性能，应用FACTS控制设备以及SWC静止无功补偿设备、应用静止调相机以及静止快速励磁器等设备，控制输电环节的能源损耗。

高压直流输电技术近几年得到进一步发展，技术应用IGBT等各个可关断的电子器件所构成的换流设备，也应用了脉宽调制等技术，实现无源逆变的同时，也解决掉直流输电向无交流电源系统复合碘送电等问题。此外，高压直流输电技术的设备简单，造价较为合理[2]。

3.电力电子技术在配电环节的应用

电力电子技术在配电环节的应用，可以有效解决目前配电网系统供电可靠性以及提高电能质量等问题。确保电能质量的控制可以满足不对称度、谐波以及频率和电压等要求，也要进一步抑制各类瞬态波动与干扰。

目前配电系统中所应用的电力电子技术为现代化控制技术，也就是用户电力技术（CsutomPower技术），也应用到FACTS技术，通过强化交流输电系统的管控，提高电力系统的传输能力等举措，确保供电的可靠性也确保供电的质量。

当下较为典型用户电力技术产品包括:动态化电压恢复设备（DVR）以及故障电流自安置设备（PCL）和固态断路设备（SSCB）等。电力企业可以在配电环节，大力应用各类新型技术与设备，控制配电环节能源损耗。

4.电力电子技术在电力节能系统的应用

4.1把电动机与变负荷电动机调速技术结合应用

把电动机与变负荷电动机调速技术结合应用，可以起到节能的效果。目前，我国所应用的变负荷风机以及水泵，均是选择应用国外交流调速技术。因此，我国要进一步推广和应用本国内的调速技术。尝试把电动机与变负荷电动机调速技术，在风机以及泵类等变负荷设备中选择应用调速控制来替代挡风板与节流阀控制风量以及水量，可确保调速精准度以及效率，利于实现连续性和无级调速目的，控制转差损耗，控制定子以及转子的损耗，可节省电率约百分之三十。

4.2控制无功损耗，调整功率因数

电力系统中常应用交流异步电动机设备及感性负载类变压器，二者在运行期间能源消耗较多，如，有功功率与无功功率设备应用均增加能源损耗。但是基于电动设备与交流异步电动机设备的重要性，其作为保证电能质量的关键，在整个电力系统中发挥重要作用。为了确保无功功率的平衡性，避免系统电压减少以及功率因素降低，以免损坏设备，应在发现电网以及电气设备无功容量缺失时，要适当增设无功补偿装置，调整和提升功率的因素。

结束语： 综上所述，我们可以看出，电力电子技术目前在电力输电、配电以及节能系统中均被广泛应用。电力电子技术的大力应用和不断发展，离不开自身优势，如也可以对电能的使用进行管控，优化电能资源的使用，控制资源的浪费。此外，电力电子技术可以改造以往产业，进一步发展新兴产业。尤其是当下电力产业不断发展背景下，人们生产生活以及电力企业均应用各类电力电子设备，电厂应用各类电力电子技术，提高电力系统各个设备的运转速度，加快设备运行的同时，为大众提供更加高质的服务。电力企业大力应用电力电子技术与大众不断认可，这也在一定程度上加快电力电子技术的发展。

参考文献： [1]颉风.电力电子技术在电力系统中的应用[J].电子技术与软件工程,2020,(23):218-219.

[2]袁娟.电力系统电力电子技术应用探讨[J]. 产业科技创新,2020,2(31):60-61.

[3]禹凯歌.电力电子技术在电力系统中的应用[J]. 中国科技信息,2020,(14):40+13.

[4]黄凯峰.探讨电子控制中电力电子技术的应用[J]. 农家参谋,2020,(10):211.

[5]田富豪.电力电子技术在电力系统中的应用[J]. 数码世界,2020,(04):261.

抢鲜看｜《电气技术》2021年第2期目次及摘要

《电气技术》

中国电工技术学会主办的电气工程行业品牌技术期刊，关注实用工程技术、聚焦前沿发展。中国科学研究院电工研究所王秋良院士任《电气技术》主编，武汉大学电气工程学院唐炬院长任《电气技术》执行主编。

研究与开发

基于变电站资源建设充换电（储能）站和数据中心站多功能优化配置方法

作者 ：刘新萌；时荣超；吕风波；鞠力；杨帆

摘要 ：本文研究基于变电站资源建设储能站、充换电站和数据中心站多功能优化配置方法,综合分析了储能电站、充换电站和数据中心站在大型城市电网中的需求,给出了基于变电站资源建设储能站、充换电站和数据中心站的实用化配置技术规则,并研究了储能电站、充换电站、数据中心站选址和定容的规划配置方法。

地线融冰自动接线装置就地电源系统的设计

作者 ：徐望圣；曹伟伟；胡江；孙运涛；刘洋

摘要 ：为了实现对输电线路地线融冰的远程控制,必须对布置在铁塔上的地线融冰自动接线装置进行就地供电。本文首先将远控系统的各用电设备按照持续用电和间断用电进行分类,绘制了系统电源树;其次通过分析输电线路常用的不同在线供电方式,得出光伏储能方式是目前的最优选择;最后通过计算完成了对电源系统的储能电池和光伏方阵的配置,并指出需搭配智能电源管理系统,以保障电源系统的长期无故障运行。

城市电网监控应急系统的设计

作者 ：刘士亚；郭静；岑钊华

摘要 ：针对城市电力网络停电事故中的问题,为提升电网防灾、减灾、救灾的工作效率,最大限度地减少停电带来的损失,本文利用大数据系统、物联网技术与人工智能算法,设计了一套电网监控应急支持系统。系统对电网进行全方位监测,并从灾前故障预测、灾中最优决策、灾后系统更新3个方面,实现对电力故障预测、控制与应急救灾。系统可有效地减少电网隐患,降低故障发生次数,缩短供电恢复时间,有较好的应用价值。

基于双边LCL与LCC混合补偿的电动汽车恒流恒压无线充电系统的研究

作者 ：纪鑫哲；周琬善；刘久付；潘生云；孔放

摘要 ：为延长无线充电汽车中蓄电池的使用寿命,提高充电效率和速度,满足电池充电的过程先恒流充电到一定电压后再恒压充电的要求,本文从电路的本质属性出发,分析了双边LCC恒流输出和双边LCL恒压输出特性,研究了对电池恒流恒压充电的方法,并且设计了在切换状态后,可以保持输出电流和电压处在同一个谐振频率位置的充电电路。在Simulink中仿真,观察输出电流电压特性,给出了一套可以实现双边LCC恒流输出和双边LCL恒压输出功能的参数,同时研究了本方案的传输功率和传输效率。

基于下垂控制的微电网并网转孤网的研究

作者 ：刘丹妮；马猛飞

摘要 ：针对微电网系统中分布式电源发电的随机性和间歇性,为了平抑分布式电源的功率波动,本文提出一种微电网能量管理系统,研究基于下垂控制的微电网并网转孤网的控制策略。该系统可以检测微电网系统内功率缺额,将锂电池储能变流器设置为下垂模式并智能跟随负荷变化,从而建立微电网过渡临时主电源。锂电池作为过渡临时主电源控制混合储能系统带动微电网内所有负荷,断开公共耦合点开关,起动柴油发电机,柴油发电机自动跟随锂电池储能变流器电压、频率后转为VF模式,由柴油发电机作为主电源带动微网内所有负荷。微电网能量管理系统切锂电池储能变流器为PQ运行模式,稳定实现微电网计划并转孤控制。

浅析用于变换器的高阶并网滤波器

作者 ：王江涛；陈国栋；叶傅华

摘要 ：本文首先分析了LCL型并网滤波器,给出了相应的参数设计步骤,并通过Matlab仿真得到网侧电感与机侧电感比值对滤波电容容值选取的影响,以及该比值对纹波电流分流的影响,同时分析了有源阻尼策略在LCL型滤波器中的应用;然后,又在LCL基础上对分裂电容型高阶滤波器做了详细分析,得到两个分裂电容比例对整体滤波性能的影响,同时提供了应用该类型滤波器的无功补偿器试验波形;最后,在分裂电容型高阶滤波器基础上增加LC陷波器支路,并分析得到阻尼电阻对滤波器整体性能的影响,同时提供了应用该类型滤波器的无功补偿器试验波形。

电气设备检修与故障诊断

基于紫外成像检测技术的不同检测距离下光子数的修正

作者 ：田迪凯；罗日成；张宇飞；肖宏峰

摘要 ：紫外成像检测技术作为一种新兴的检测技术开始逐渐广泛应用于输变电设备巡检中,鉴于光子数与检测距离的特性关系,在不同检测距离即使对同一电晕放电现象进行检测,检测到的光子数数值也不同。为研究光子数与检测距离的特性关系,将不同检测距离下检测到的光子数修正到最佳检测距离下光子数,以便于量化不同检测距离下的放电程度。以尖端放电模型为实验对象模拟输变电设备外绝缘放电现象,利用以色列OFIL公司生产的SuperB型紫外成像检测仪研究不同工频电压下,光子数随检测距离的变化特性。实验结果表明：随着检测距离的增大,光子数数值不断减小;检测距离越大,光子数数值减小的速度越慢;光子数随检测距离变化的特性曲线大致呈幂函数趋势,幂指数在-1.681与-1.626之间。在此基础上,根据实验数据建立合适的幂函数模型,拟合得到光子数检测距离修正公式,并对修正公式进行校验,校验结果表明该修正公式的修正精度较高,能为实际的工程检测提供重要的参考依据。

谐波对电磁式互感器测量的影响研究

作者 ：李猷民；姜建平；菅有为；李小飞；杨永鑫

摘要 ：互感器是配电网控制与保护的基础,在谐波条件下其测量准确度直接关系到电网的安全稳定运行。本文通过对目前低压配网中主要的电磁式互感器——电磁式电压互感器以及电磁式电流互感器进行建模分析,在其谐波传递特性的基础上,分析不同频率谐波条件对电磁式互感器测量误差的影响,并在Matlab中进行了仿真验证,所得结论为电磁式互感器在谐波条件下的应用提供了参考。

1080MW汽轮发电机转子内部短路故障分析

作者 ：康逸群；宋梦琼；宋杨

摘要 ：转子接地短路故障是发电机常见故障之一,对设备本体以及电网安全造成严重威胁。本文以一台1080MW汽轮发电机转子内部短路故障为案例,详述故障的过程、诊断及后续处理。通过现场检查、交流阻抗试验、重复脉冲（RSO）试验和小电流开环试验等检测方法确定短路点位于转子导电杆,并在故障部件解体后确定故障由导电杆内部两极间短路造成。

不同负载特性下的全工况电流互感器仿真研究

作者 ：苏贤；项宇锴

摘要 ：电磁式电流互感器磁滞建模是分析电磁式电流互感器传变特性的重要理论工具。本文详述了Jiles-Atherton模型磁滞建模的数学机理,依据电磁式电流互感器等效电路图推导出励磁电流时域微分方程,基于Jiles-Atherton模型与励磁电流时域微分方程建立电磁式电流互感器仿真模型,利用Simulink编程实现电磁式电流互感器磁滞建模,在磁心处于线性、饱和工况以及二次侧搭载不同负载的情况下进行仿真,电流传变仿真结果表明论文模型能够正确表征电磁式电流互感器在实际运行中一二次电流存在相位差的传变误差特性以及二次侧不同负载时的传变规律,为电流互感器应用设计及故障分析提供理论依据。

500kV高压开关设备隔离开关绝缘拉杆故障分析

作者 ：于晓翔

摘要 ：通过对一起500kV高压开关设备跳闸故障开展解体分析,确认故障原因是由于其隔离开关绝缘拉杆的内部缺陷在运行过程中不断劣化,导致绝缘拉杆发生沿面闪络。随后在重合闸过程中,绝缘拉杆击穿产物同动触头屏蔽罩掉落在水平盆式绝缘子表面,导致绝缘子发生沿面闪络后在强送的过程中被击穿。针对上述情况提出生产工艺改进建议,提升设备可靠性。

一起35kV电容式电压互感器二次电压异常分析

作者 ：陈莉；张瑞明；宋莉莉

摘要 ：首先,介绍电容式电压互感器的结构及其工作原理;然后,根据现场相关设备的状态、红外测温情况以及诊断性试验数据,对一起35kV电容式电压互感器二次测量电压异常进行分析,查找出事故原因,并通过解体进行验证;最后,针对性地提出一些防范措施,为其他电力设备事故分析研究提供参考。

发电机机端PT高压侧熔断器“慢熔”现象的判断与对策

作者 ：崔志坚；赵跃；张亮；宋明；胡琪龙

摘要 ：本文从某厂发生的发电机机端PT高压侧熔断器“慢熔”现象入手,详细分析了产生“慢熔”现象的原因以及“慢熔”对励磁系统、发电机保护和测量系统的影响,提出了高压侧熔断器“慢熔”现象的判断方法,并给出解决机端PT高压熔断器“慢熔”的三种方法。

轴承抱轴模式下变频器保护失效的分析及处理

作者 ：庞忠；王志刚；张伟伟；张琪；颜铭志

摘要 ：本文针对电动机轴承故障引发的半载负荷状态下变频器过电流保护缺失的问题进行原因分析并提出整改措施,通过技术改造可以避免电动机及拖动设备故障的进一步扩大,在电动机拖动设备管理行业具有推广意义。

技术与应用

地线融冰自动接线装置合闸操作远控方案的研究

作者 ：徐望圣；曹伟伟；谭劲；陆桂来；颜艳

摘要 ：为了实现对架空输电线路地线的远程融冰,需对地线融冰自动接线装置进行改造。本文首先介绍了装置改造的整体方案和远程控制系统的操作流程,明确合闸操作在整个融冰操作中的重要性;其次通过对比现有的就地合闸操作方式,分析直接进行远程合闸操作可能出现的故障及引起故障的原因;最后提出保留现有控制方式对电机的停转控制和合闸信号的触发,增加合闸时间-电源通断管理和电机运行电流监测等措施来避免事故的发生,铁塔上增设图像采集设备辅助识别合闸状态信息,提高远方判断合闸到位的成功率。

广东电网北斗地基增强系统建设方案及应用分析

作者 ：焦炯；陈泓名

摘要 ：已有的北斗地面基准站不能满足偏远地区输电系统定位需求,需要针对电力系统需求建设北斗地基增强系统。本文以广东电网为立足点,针对电力系统需求设计了北斗地基增强系统。根据观测、维护、组网需求规划了地面基准站点位;采用专有通信链路与有线链路进行混合组网的方式搭建了网络传输系统;在此基础上设计了输电杆塔在线监测系统。通过高精度位移平台对定位精度检测,其可以为电网提供毫米级的定位服务。通过110kV输电杆塔的实际应用,验证了系统的可用性,为北斗地基增强系统的建设提供了借鉴。

基于“四型机场”理念的某机场10kV变电站综合自动化管理系统设计与应用

作者 ：李都红；郭树林；解凯；马向追；朱春雷

摘要 ：基于“平安、绿色、智慧、人文”四型机场理念,某机场10kV变电站综合自动化管理系统运用电网全景视图技术,基于面向服务架构的双总线技术、灵活分布式运行技术、虚拟电力数据仓库技术、一体化电网综合分析平台技术等先进技术,实现可视化监视、控制、计量、分析、预测、优化调度、运维管理与培训仿真等多个领域的深度融合。通过电力调度监控子系统、调度运行管理子系统、视频监控系统、地理信息系统及可视化子系统、电能质量监测分析子系统、大屏显示子系统等子系统建设,实现工作区、飞行区和航站楼在内的10kV电力系统全场监控管理和联络通信。作为10kV变电站综合自动化管理系统的核心,PCS—9000电力调度监控系统紧紧围绕电网的核心工作,采用一体化、标准化、开放性、平台化和智能化设计理念,促进二次相关专业的融合和协调发展,提高机场电网运行管理的水平和效率,为打造大型国际综合枢纽机场保驾护航。

市域快线隧道内接触网选型研究

作者 ：冯超

摘要 ：市域快线介于国铁和地铁之间,具有国铁快速、站间距大的特点,也具有地铁客流量大、公交化运营的特点。作为轨道交通列车受流的关键设备,合理的接触网选型是保证轨道交通安全、可靠运行的重要前提之一。本文假设最高运行时速160km/h,结合市域快线的运行特征,对比架空柔性接触网及架空刚性接触网两种方案的优缺点,最终给出了接触网选型建议,推荐市域快线隧道内采用架空刚性接触网。

台区智能终端数据集采APP的设计和实现

作者 ：田星星；李龙龙；王瑞

摘要 ：台区智能终端是智慧物联网中的边缘设备,满足高性能并发、大容量存储、多采集对象的需求,是集配电台区供用电信息采集、电能表数据收集和设备状态监测等功能于一体的智能化终端。针对台区智能终端中各种数据集采的需求,设计一种用于数据准确按时采集的APP,实现方式是通过任务配置,把全台区设备的不同数据,按时采集并上送到数据中心。此APP可以解决抄读通道冲突、同一数据重复采集等问题,提高了台区智能终端的数据集采性能。

一起10kV接地变零序保护误动的事件分析

作者 ：郑瑜；蒋炯锋

摘要 ：本文通过分析一起110kV A变电站因接地变保护误动而导致一段10kV母线失电压的事故,发现了该站在10kV系统中性点改造过程中存在接地变零序电流互感器配置不合理的问题,并提出了将接地变高侧零序保护电流互感器安装在接地变中性点小电阻处的解决方法。该方法能够保证接地变保护不会在消弧线圈补偿时、小电阻投入前误动作,提高了电网的供电可靠性,对10kV系统中性点经消弧线圈并联小电阻接地的改造工程具有实际的指导意义。

一起油田电网故障处理时同期并网事故的分析

作者 ：蒲军

摘要 ：塔河油田电网因一条输电线路故障跳闸变成孤网,通过另一条输电线路进行同期并网操作时,发生了非同期并网,导致事故扩大化,造成油田大面积停电。表面上看,同期装置故障是事故原因,但通过事故调查发现,调度员的错误调度命令是主要原因。本文将详细介绍事故发生经过和开展的事故调查,提出相关建议和技术改造,对其他具有相同情况的电网具有参考意义。

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