电力电子技术在智能高压开关设备中的应用

电力电子技术在智能高压开关设备中的应用

娄传磊

山东中实易通集团有限公司山东省济南市250000

摘要：近年来，我国电网受到很多因素的影响，开始对其进行深入的改革，形成一种新型的电网——智能电网。智能电网与传统电网相比较更加的灵活、环保和安全，能够产生较为理想的社会效益。但是，由于我国在智能电网上的研究时间还较短，没有形成成熟的智能电网体系，在这种情况下我国电力企业应当不断研究先进的电力电子技术，并将其应用在智能电网中，使其得到进一步完善和发展，以满足人们对于电能的需求。下面笔者就先对我国电网的发展情况进行阐述。

关键词：电力电子技术；智能；高压开关；设备；应用；分析

引言：

经济的快速发展离不开信息技术的推动，而信息技术的发展和智能电网的建设有着密不可分的关系，所以，智能电网必须顺应社会的发展。为了智能电网更符合社会发展的需求，就需要将各种先进技术应用在其中。在智能电网中的各个环节中，电力电子技术都发挥着重要作用。所以，电力电子技术作为先进的技术，对智能电网来说必不可少。

1.电力电子技术布既述

在电力电子技术中，有三个重要的组成部分，分别是电力电子器件、电力电子电路以及电力电子变换器的主电路。首先是电力电子器件部分，作为电子操作器件，它所负责的就是控制电能的变化。根据控制情况分为三类，对于半控型期间的晶体闸管就选用半空型器件，需要进行电流驱动和电压驱动的就是全控型器件，还有一种就是能提高安全性的不可控型器件。其次是电力电子电路的整体操控部分，作为电力电子技术的重要组成部分，电力电子电路的控制非常重要1[’。为了能有效的保证能量的充足，它借助功率半导体器件来变换和控制电能。由于只能通过微弱的信号来控制电能，所以功率半导体器件一旦出现问题，就无法对电路进行控制。最后就是电力电子变换器的主电路部分，它主要负责的是对电能进行变化和控制。其中功率半导体器件起着非常重要的作用，而且它并不是通过相同的电路拓扑结构和控制方式来实现高频化、高频率、高功率因数和低变换损耗的。而有源和无源功率半导体器件有序的排列就组成了变换器主电路拓扑结构。对于电力电子技术而言，这三部分缺一不可。而电力电子技术包括高压直流输电技术，柔性交流输电技术，智能开关技术以及高压变频技术等。

2.当前我国智能电网的发展情况

智能电网在研究过程中，每个国家所研究的内容不一样，造成其一直以来都没有一个统一的概念，但是根据其输电形式的改变，可以将智能电网称为是电网的智能化，是电网现代化发展的重要方向。在智能电网中应用了很多现代先进的技术，有效提高了能源的使用效率，降低了电能在生产和运输过程中对周围环境所造成的不良影响。在全球科技不断改革和发展的背景下，各国都对电网进行了相应的改革，其中美国所研制出的智能电网是世界上最为先进的和成熟的体系，但是也无法满足美国本土对于电能的需求。相较于美国成熟的智能电网体系，我国在此方面还处于研究阶段，并进行了大量的实验和研究。通过对当前我国在智能电网的实验能够发现，所产生了效果是较为理想，而且还研究出了能够引领我国电网发展的重要成果，如柔性交流、高压直流等方面的输电技术。

3.电力电子技术在智能高压开关操动机构上的应用

在电网中，高压开关设备通过对电路的接通和分断操作完成电能传输、分配和供给，并对各负载进行保护和控制。在实际应用过程中，监测系统根据监测到的数据，并结合控制程序算法实时计算出是否需要进行分合闸操作。若需要进行开关分合闸操作，就要通过控制系统发出指令，调节操动机构，实现高压开关的分合闸控制。相控开关技术（Phase-ControlledSwitching，PCS）是根据线路电压或电流的相位来合理控制高压断路器的合分时刻，从而抑制电网中的操作过电压和涌流的一种技术，在电能质量和特高压输电等领域具有广阔的应用前景。

3.1永磁操动机构

现在多采用永磁操动机构，并利用电子技术、电力电子技术和计算机技术完善控制单元。则电路的工作原理如下：控制器监测和分析现场工作状态，根据分析结果选择合适的电压或者电流相角，适时发出分、合闸操作指令，按照实际工作要求接通、分闸操作电磁线圈。对于智能控制的断路器，在电磁线圈接通期间，控制器需要合理地调节线圈电压，以得到要求的操动机构出力特性。当操动机构主电路电力电子装置采用IGBT、MOSFET等全控型开关器件时，可以在断路器进行合、分闸操作，使开关器件以较高频率接通和分断，控制器根据出力特性控制通断占空比，即可方便调节电磁铁线圈的工作电压。

3.2电机驱动原理的操动机构

原有的操动机构多为液压、气动、弹簧及液压弹簧操动机构，而新型操动机构利用先进的数字技术和电力电子技术并且与电动机相结合，在满足断路器操动机构的所有核心要求的同时，在性能和功能方面具有许多新优势。控制单元采用基于DSP的电机操动机构伺服控制系统，实现各种运动控制策略；执行机构是可控性较高的伺服电机；电机驱动单元采用电力电子装置，方便地利用DSP等运算处理单元发出的控制信号来改变电力电子开关器件的开关状态，从而达到控制电机的目的。采用电机驱动操动机构可以较为方便地实现操动机构动作特性的控制，降低机构动作分散性，完全实现断路器开断和关合过程的智能控制，提高断路器运行的可靠性和机械寿命。

4.电力电子技术在新型开断技术上的应用

随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件在电器设备上逐渐得到广泛应用，为研究和解决灭弧问题提供了新的思路。由电力电子开关器件构成的固态高压开关，是一种无触点开关，在通断过程中不产生电弧，动态开关特性非常优越。在中低压的直流系统中，利用电力电子开关器件IGBT作为无触点开关与直流接触器的触点并联，接通负载时无触点开关IGBT先动作闭合电路，然后接触器触头闭合电路，IGBT退出运行。在负载电路断开时，无触点开关IGBT先导通，然后接触器触头断开，电流再瞬间转移到IGBT中，接触器触头实现无弧断开，整个电路可以实现无电弧开断。

总结：

由于直流系统中不存在过零点，给直流电流开断带来了较大困难。目前，在高压直流开断技术领域有两种开断思路，这两种思路均以电力电子技术为基础。一种思路是采用混合式拓扑结构，例如，混合式直流断路器，采用机械断口与电力电子电路并联的混合式拓扑结构，既解决了电力电子器件长期通流损坏大的问题，又实现了无电弧开断。另一种思路是，利用电力电子电路与电容电感电路相结合，制造出电路过零点，通过机械断口实现直流系统的开断。

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