电力电子技术在输配电领域的应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在输电领域，随着电力电子器件和电力电子学的发展，新的更加灵活有效的输配电形式正在大量涌现。然而，高压直流输电需要增加由电力电子装置构成的换流站，以便在发电端将交流变换为直流，而后在负载端再将直流变换为交流。

在输电领域，随着电力电子器件和电力电子学的发展，新的更加灵活有效的输配电形式正在大量涌现。高压大功率电子器件的研制和变换器技术的发展使得直流输电又重新进入了人们的视野。新型的高压直流输电与传统的交流输电相比，具有造价费用低、线路上无感抗和容抗、不存在无功损耗等优点，适合长距离的电能传输。然而，高压直流输电需要增加由电力电子装置构成的换流站，以便在发电端将交流变换为直流，而后在负载端再将直流变换为交流。近年来，在全控型大功率电力电子器件发展的推动下，新一代直流输电技术——轻型直流输电（HVDC Light，或称柔性直流输电）也得到了快速发展，它主要采用了由GTO、IGCT或IGBT等全控型功率器件构成的电压源型换流站，并运用特定的PWM控制技术，实现了电能的变换和传输。

传统的交流输电系统也由于电力电子技术的发展逐渐在发生变革：有源滤波技术、静止无功补偿技术使得交流输电系统的可控性和电力传输能力大大加强。20世纪80年代静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）、晶闸管控制串联电容补偿器（Thyristor Controlled Series Capacitor，TCSC）、静止同步补偿器、静止同步串联补偿器以及统一潮流控制器等柔性交流输电技术（Flexible Alternating Current Transmission Systems，FACTS）的提出，极大地推动了电力电子技术在交流输电系统中的应用。如今，还有很多FACTS装备正处于研究开发和初步应用阶段，如晶闸管控制制动电阻、晶闸管控制移相器、超导储能器等。

在配电系统领域，大量的电力电子装置提高了电网的供电质量，具有代表性的有动态电压恢复器、有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）、统一电能质量调节器（Unified Power Quality Conditioner，UPQC）等，这些电力电子装置的出现，使电力系统的运行方式发生了深刻变化，产生了深远的影响。通过控制这些电力电子设备可以提高电力系统的稳定性、优化系统各线路的潮流大小和流向，降低网络传输损耗，提高电能的传输效率或者改善电能的质量。

近年来，研究者还利用电力电子技术提出了一种新的变压器——电子电力变压器。这种变压器与传统变压器不同：它是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征（包括电压或电流的幅值、相位、频率、相数、相序和波形等）的电能转变为另一种电力特征的电能的电力设备。与常规的铁心式变压器相比，电子电力变压器具有体积小，质量轻，无环境污染；运行时可保持二次侧或用户端电压幅值恒定，不随负载变化；同时，可以保证一次侧电流、二次侧电压为正弦波形，一次侧功率因数可调；具有高度可控性，变压器一次侧、二次侧的电压或电流均可控；另外，它还兼有断路器的功能，大功率电力电子器件可以瞬时（微秒级）关断故障大电流，也无须常规变压器的复杂继电保护装置以及智能控制单元，既可实现变压器本身的自检测、自诊断、自保护、自恢复等功能，又可实现变压器状态或控制的联网通信等优点。由此可见，电子电力变压器，已经不是一个单纯的“变压器”概念，它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可完成潮流控制或电能质量调节等功能。

电力电子技术在输配电领域的应用

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