电力电子技术在电力系统中的应用研究

电力电子技术在电力系统中的应用研究

冯晓波

身份证号：640203198204081013

摘要：近些年来，我国在科技领域不断取得优异成绩，愈来愈多先进的技术出现在人们的生产生活中，社会生产水平的提升贡献了力量。在此过程中，电力电子技术顺时出现并广泛的应用于诸多领域中，其在电力系统中的应用效果突出。先进的功率半导体器件、高效的能量转换器拓扑结构、智能控制算法等技术的不断推陈出新，将为电力系统的能源转换和管理带来更多创新和改进。同时，电力系统的数字化转型和智能化发展也为电力电子技术提供了更广阔的应用场景和研究方向。

关键词：电力电子技术；电力系统；应用

引言

电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，它为各行各业提供了稳定可靠的电力供应。然而，由于能源资源的有限性和对环境的影响，人们对能源的利用和管理提出了更高的要求。电子电工领域作为信息技术的重要应用领域之一，也开始积极探索并应用与电力系统中。

1电子电工技术

电子电工技术是一个宽泛的概念，涉及电力、电子和通信技术的应用和研究，涵盖了多个子领域和专业，涉及从电路设计到电力系统管理等各个方面。首先，电子电工技术包括了电路设计和分析，这涵盖了模拟电路和数字电路，用于构建各种电子设备和系统，具体包括放大器、滤波器、集成电路等的设计，该领域关注电力的生成、分配和使用。它包括电力站设计、输电线路、变电站、电能质量、节能等，电力系统工程的目标是确保电力供应的可靠性和效率。其次，电子电工技术还包括电子设备的制造和电路板的设计和制造，实际涉及使用电子元件（如电阻、电容、晶体管等）构建电路和电子设备，并且新时期的电子电工技术在通信领域也有广泛的应用，包括移动通信、卫星通信、数据通信和网络技术。最后，自动化和控制系统利用电子电工技术来监控和管理工业过程、机器和设备，具体包括PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器和控制算法等。除此之外，电子电工技术也涉及可再生能源，在大部分应用领域内还可以通过数字信号处理技术用于处理和分析数字信号，广泛应用于音频、视频、通信和图像处理等领域，且电力电子技术涉及高功率电子设备，用于电力转换和控制，如逆变器、整流器、交流传动等。

2电力电子技术在电力系统中的应用

3.1变频调速

变频调速通过调节驱动电机的电源频率，实现对电机转速的控制。变频调速技术广泛应用于电动机驱动系统中，如工业生产中的泵、风机、压缩机等设备，以及交通运输中的电动汽车和高铁列车等。变频调速技术的实现依赖电力电子变流器，它将固定频率的交流电源转换为可调频率的交流电，供给电机驱动。通过调整变频器的工作频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。变频器中的电力电子器件，如IGBT或MOSFET，具有快速开关特性和可调电压电流输出能力，能够根据调速要求提供准确的电源。变频调速技术在实际应用中带来了多方面的好处。首先，它可以提供更宽的调速范围和更高的调速精度，满足不同负载和工况的需求。其次，通过调整电机的转速可以实现能量的优化利用，降低系统的能耗和运行成本。最后，变频调速还可以改善电机的启动和停止过程，提高系统的可靠性和稳定性。在变频调速应用中，借助大数据技术可以进一步优化系统性能。通过对电机负载、工况和运行状态等数据的采集和分析，可以实时调整变频器的控制策略，最大限度地提高系统的效率和可靠性。例如，可以根据负载需求动态调整变频器的输出功率，从而在保证动力输出的前提下实现能源的节约。

3.2风力发电输电技术

风力资源属于风力发电过程中的主要动力来源，在建设风电站时，大多数位于偏远地区。在用户发电机组和调度中心，均可能产生一定程度的问题，且交通工具问题比较明显。以国内风电厂商为例，在积极开展HVDC技术的研发和推广等工作时，将多种功率电子技术集为一体。通过可关断器件，如GTO可控硅、IGBT等，来达到最大应用效果。（1）在运用异步网络化技术时，既可以确保结构比方面的优势，还能够有效降低对环境的总体要求，达到缩减生产成本的目的，促进当前发电效率的提升。在运用PWM等电子技术时，获得了高质量的高压直流输电效果，并且能够做到降低成本，利于HVDC技术的推广。（2）在应用柔性交流传输技术时，该类技术属于新型风电传输技术的类型，能够实现现代控制技术与电力电子技术的紧密结合，对相关系统参数形成有效控制，既可以维持电网的稳定运行状态，促进传输容量的提升。

3.3并网电流内环控制方法研究

（1）并网滤波电容电流瞬时反馈控制策略。为得到并网滤波电容电流瞬时反馈控制策略，本文进行了以下初步研究：将由比例积分（PI）控制的电流外环应用在三相PWM整流器中时，可以加快跟踪误差的速度、降低稳态误差并提高功率因数，但是由于存在谐波和电网电压不稳定的情况，其跟踪误差、降低稳态误差和提高鲁棒性的能力会变差。所以，选择将电流内环应用在三相PWM整流器中，并采用电容电流瞬时反馈和电网扰动输出电流前馈相结合的方式，以改善系统的动态特性。（2）基于PI控制器的逆变器并网电流反馈控制系统。为得到电流内环PI控制方法，本文进行了以下初步研究：PI控制方法是工程和工业应用中广泛使用的控制策略，用于调节系统的输出以使其跟踪期望的参考信号，通过理论分析和实验得到PI控制策略可以快速追踪电流误差，实现对系统输出的精确控制。比较后的电流经过PI环节，通过逆变器输出到LC滤波器中，使电感电流和并网电流反馈到电流环处，是整个电流内环的工作原理。通过仿真和实验平台来验证所提方法的正确性和合理性，并对参数进行优化，最终得到基于PI控制器的逆变器并网电流反馈控制方法。

3.4电力电子转换器在可再生能源系统中的应用

电力电子转换器在可再生能源系统中扮演着至关重要的角色，可再生能源系统主要包括太阳能光伏系统、风能发电系统、潮汐能发电系统等。太阳能光伏系统将太阳能转化为直流电能，而光伏逆变器则将直流电转换为交流电以供电网使用。光伏逆变器具有高效率、高可靠性和输出功率调节等特点，能够将光伏阵列产生的直流电转换为符合电网要求的交流电。风力发电系统通过风机将风能转化为机械能，然后利用风力发电变流器将机械能转换为电能。风力发电变流器将风机生成的交流电转换为高质量的电能，以便并入电网。潮汐能系统通过将潮汐涌动转化为机械能，然后利用发电装置将机械能转换为电能。发电装置通常包括电力电子转换器，用于将机械能转换为电能，并将其输出到电网。在可再生能源系统中，电池储能系统被广泛应用，用于储存电能以平衡电网负荷和提供备用电源。电池管理系统使用电力电子转换器来控制电池的充放电过程，确保电池的安全、有效地运行，并将电能转换为适合用于电网的电能。能量管理系统在可再生能源系统中起着关键的作用，它通过电力电子转换器将不同能源的电能进行优化管理和分配。ＥＭＳ可以根据不同的能源资源以及电网需求，对可再生能源系统进行协调控制，以最大化能源的利用效率。

结语

随着电力系统整体效率和质量的不断提高，融合电力电子技术的应用，未来朝着低成本、高质量的方向转变，从而实现环境保护和可持续发展。

参考文献

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