工控摘要：電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù)，它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的，已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)*的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)本專業(yè)人才中占有重要地位。
　　
　　電力電子涉及由半導(dǎo)體開關(guān)啟動(dòng)裝置進(jìn)行電源的控制與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。半導(dǎo)體整流控制、半導(dǎo)體硅整的小型化等的出現(xiàn)，產(chǎn)生一個(gè)新的電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體硅整流、汞弧整流器應(yīng)用于控制電源，但是這樣的整流回路只是工業(yè)電子的一部分，對(duì)于汞弧整流器應(yīng)用范圍而言是有局限的。半導(dǎo)體硅整流的應(yīng)用涉及很多領(lǐng)域，如汽車、電站、航空電子、高頻變頻器等。
　　
　　在發(fā)電環(huán)節(jié)的運(yùn)用
　　
　　電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備,電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。
　　
　　（一）大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制。靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié),因而具有其*的快速性調(diào)節(jié),給*的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
　　
　　（二）水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭壓力和流量,當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)（尤其是抽水蓄能機(jī)組）,機(jī)組的*轉(zhuǎn)速亦隨之發(fā)生變化。風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比,風(fēng)車捕捉zui大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得zui大有效功率,可使機(jī)組變速運(yùn)行,通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率,使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
　　
　　（三）發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為8%,風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的65%,且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器,實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速,可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟,國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家,并有完整的系列產(chǎn)品。
　　
　　（四）太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能,是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電,無論是獨(dú)立系統(tǒng)還是并網(wǎng)系統(tǒng),通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電,所以具有zui大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實(shí)施的陽光計(jì)劃以3～4kW的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主,我國實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則以10～15kW的獨(dú)立系統(tǒng)居多,而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠（7.2MW）等。
　　
　　在輸電環(huán)節(jié)的運(yùn)用
　　
　　（一）柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）交流輸電或電網(wǎng)的運(yùn)行性能。已應(yīng)用的FACTS控制器有靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、靜止調(diào)相機(jī)（STATCON）、靜止快速勵(lì)磁器（PSS）、串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）等。近年來,柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)也對(duì)FACTS進(jìn)行了深入的研究和開發(fā)。
　　
　　（二）高壓直流輸電技術(shù)（HVDC）流站可以搬遷,可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競(jìng)爭(zhēng)力。此外,可關(guān)斷器件組成的換流器,由于采用了可關(guān)斷的電力電子器件,可避免換相失敗,對(duì)受端系統(tǒng)的容量沒有要求,故可用于向孤立小系統(tǒng)（海上石油平臺(tái)、海島）供電,今后還可用于城市配電系統(tǒng),并用于接入。
　　
　　近年來,直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展,輕型直流輸電采用IGBT等可關(guān)斷電力電子器件組成換流器,應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行無源逆變,解決了用直流輸電向無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問題。同時(shí)大幅度簡(jiǎn)化設(shè)備,降低造價(jià)。
　　
　　（三）靜止無功補(bǔ)償器（SVC）SVC是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān),實(shí)現(xiàn)快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC可以有不同的回路結(jié)構(gòu),按控制的對(duì)象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管投切電抗器（TSR）或晶閘管控制電抗器（TCR）。
　　
　　在配電環(huán)節(jié)的運(yùn)用
　　
　　配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能質(zhì)量控制既要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求,還要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用,即用戶電力（CustomPower）技術(shù)。用戶電力技術(shù)（CP）技術(shù)和FACTS技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型新式電力電子技術(shù)。采用FACTS的核心是加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力;發(fā)展CP的目的是在配電系統(tǒng)中加強(qiáng)供電的可靠性和提高供電質(zhì)量。CP和FACTS的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù),各自的控制器在結(jié)構(gòu)和功能上也相同,其差別僅是額定電氣值不同,目前二者已逐漸融合于一體,即所謂的DFACTS技術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）,固態(tài)斷路器（SSCB）,故障電流限制器（FCL）,統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（PQC）等。
　　
　　我國電力電子技術(shù)的發(fā)展
　　
　　1.配電自動(dòng)化前景
　　
　　配電網(wǎng)自動(dòng)化智能電網(wǎng)投資重中之重:配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的zui后一個(gè)環(huán)節(jié),其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。配電自動(dòng)化是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。從投資構(gòu)成上我們預(yù)計(jì),智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上,配網(wǎng)自動(dòng)化將占40%左右,是智能電網(wǎng)投資的重中之重。我國配網(wǎng)自動(dòng)化處于初級(jí)階段:配網(wǎng)自動(dòng)化在我國處在起步階段,國內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動(dòng)化率不足10%,目前國外配網(wǎng)自動(dòng)化的比例達(dá)到60%-70%,國內(nèi)仍剛剛開始試點(diǎn),未來市場(chǎng)空間廣闊。
　　
　　2.配電自動(dòng)化簡(jiǎn)介
　　
　　配電自動(dòng)化指:利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合,將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起,改進(jìn)供電質(zhì)量,與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系,以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性,力求供電經(jīng)濟(jì)性,企業(yè)管理更為有效。配電自動(dòng)化是一個(gè)龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程,包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對(duì)用戶的供電質(zhì)量,提高服務(wù)水平,減少運(yùn)行費(fèi)用的觀點(diǎn)來看,配電自動(dòng)化是一個(gè)統(tǒng)一的整體。
　　
　　配自動(dòng)化包含以下配電自動(dòng)化包含以下4個(gè)方面:①饋線自動(dòng)化。饋線自動(dòng)化完成饋電線路的監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。其主要功能有:運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無功補(bǔ)償和調(diào)壓等。②變電站自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化指應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù),通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工對(duì)變電站進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量和運(yùn)行操作的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化以信號(hào)數(shù)字化和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)為標(biāo)志,進(jìn)入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域,使變電站運(yùn)行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的變化,取得顯著的效益。變電站自動(dòng)化的基本功能有:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護(hù)交換信息、自動(dòng)控制的協(xié)調(diào)和配合、與變電站其他自動(dòng)化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通信等項(xiàng)功能。變電站自動(dòng)化技術(shù)是配電自動(dòng)化的重點(diǎn)之一。③配電管理系統(tǒng)。配電管理系統(tǒng)（DMS）是指用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有:數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、配電網(wǎng)運(yùn)行管理、用戶管理和控制、自動(dòng)繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)（AM/FM/GIS）等。④需求側(cè)管理。通過一系列經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)措施,由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負(fù)荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個(gè)內(nèi)容涉及電力供需雙方,甚至與電力管理體制有關(guān),必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī)則,并zui終由電力市場(chǎng)來調(diào)節(jié)。可以看到,電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關(guān)系,也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系,在電力市場(chǎng)環(huán)境下,需求側(cè)管理必將被重視。
　　
　　3.配電自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)
　　
　　根據(jù)對(duì)國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)的研究,配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn):
　　
　　1）多樣化盡管配電自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,但是從日本等國家的應(yīng)用情況看,各個(gè)階段的技術(shù)都在使用,并且各有其適應(yīng)范圍:基于自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)適合于農(nóng)網(wǎng)等負(fù)荷密度低、供電半徑長、故障較多而供電可靠性較差的區(qū)域;第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）適合于中小城市和縣城;基于人工智能具有豐富應(yīng)用的第三階段配電自動(dòng)化系統(tǒng)適合于大城市和重要園區(qū);甚至僅僅具有遙信和遙測(cè)功能而不具備遙控功能的配電網(wǎng)信息系統(tǒng)也有其應(yīng)用前景,主要因?yàn)樗梢灾苯硬捎霉猛ㄐ刨Y源（如GPRS等）,而不需要建設(shè)通信網(wǎng)。
　　
　　2）集成化配電自動(dòng)化涉及面很廣,它不但有自己實(shí)時(shí)信息采集的部分,還有相當(dāng)多的實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)和準(zhǔn)時(shí)實(shí)時(shí)信息需要從其它應(yīng)用系統(tǒng)中去獲取。比如,從地調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中獲取主供電網(wǎng)和變電站信息;GIS系統(tǒng)中獲取配電線路拓從撲模型和相關(guān)圖形;從PMS系統(tǒng)中獲取配電設(shè)備參數(shù);從用電營銷系統(tǒng)/負(fù)荷控制系統(tǒng)中獲取用戶信息等。因此,配電自動(dòng)化的主站不再是單一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),而是將多個(gè)與配電有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)集成起來形成綜合應(yīng)用的系統(tǒng)。為了規(guī)范應(yīng)用系統(tǒng)間集成和接口,電工委員會(huì)制訂了IEC61968系列標(biāo)準(zhǔn),提出運(yùn)用信息交換總線（即企業(yè)集成總線）,可將若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、相互平行的應(yīng)用系統(tǒng)整合起來,在實(shí)現(xiàn)信息交換的同時(shí),使每個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮自己的特色,形成一個(gè)有效的應(yīng)用整體。
　　
　　3）智能化配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),配電系統(tǒng)智能化則是配電自動(dòng)化的發(fā)展方向。因此,配電自動(dòng)化與實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)密切相關(guān),主要表現(xiàn)在:自愈配電技術(shù)。這就是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中饋線自動(dòng)化的故障診斷、定位、隔離以及恢復(fù)供電的基本功能,在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級(jí)為適應(yīng)分布式發(fā)電的雙向能量流下的饋線自動(dòng)化功能。運(yùn)行技術(shù)。這就是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用軟件功能。在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級(jí)為考慮設(shè)備全生命周期的資產(chǎn)優(yōu)化與智能調(diào)度業(yè)務(wù)功能。分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入技術(shù)。這是配電自動(dòng)化系統(tǒng)面臨的新要求,尤其是涉及到配網(wǎng)潮流計(jì)算和分析以及分布式電源對(duì)電網(wǎng)的影響。定制電力技術(shù)。根據(jù)電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),以不同的技術(shù)和價(jià)格提供不同等級(jí)的電能質(zhì)量,以滿足不同用戶對(duì)電能質(zhì)量水平的需求。配電自動(dòng)化系統(tǒng)是其技術(shù)支撐手段之一。用戶互動(dòng)技術(shù)。這就是配電自動(dòng)化系統(tǒng)中停電管理功能,在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級(jí)為適應(yīng)用戶雙向互動(dòng)的業(yè)務(wù)功能。
　　
　　現(xiàn)在我國的電力都在往智能電網(wǎng)這塊發(fā)展,所以的技術(shù)和發(fā)展都在一步一步的智能化,相信電力電子技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用可以加速電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。高頻化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化和智能化是電力電子器件未來的主要發(fā)展方向。