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1.變電站技術(shù)的自動化變電站是電力系統(tǒng)中的重要部分,變電站中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用,主要是將計算機(jī)和通訊技術(shù)結(jié)合在一起,對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理和分析,并重組優(yōu)化變電站設(shè)備和電力系統(tǒng)。這種技術(shù)對各個系統(tǒng)的互連配置進(jìn)行了簡化,操作起來更加方面快捷,滿足了電網(wǎng)自動化建設(shè)的要求,另外數(shù)據(jù)監(jiān)控的利用時微機(jī)保護(hù)功能進(jìn)一步完善,并且還能有效識別處理系統(tǒng)內(nèi)單元模塊的故障,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
2.配電網(wǎng)技術(shù)的自動化配電網(wǎng)技術(shù)的自動化技術(shù)主要運(yùn)用在改造城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)上,目的是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動化,解決城鄉(xiāng)自動化系統(tǒng)中的問題,促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展,這樣才有利于確保電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)安全,提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過運(yùn)用電氣自動化技術(shù)能對用戶計量表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,及時排查出故障,減少切點(diǎn)情況的發(fā)生,降低用電量損失。另外,利用系統(tǒng)檢測能計算出線路線損,保證線路運(yùn)行更加通暢。
二、電力工程中電力自動化技術(shù)的應(yīng)用
1.現(xiàn)場總線技術(shù)幾年來,現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸興起,并在電力工程中起著不可或缺的作用?,F(xiàn)場總線技術(shù),不僅有利于實(shí)現(xiàn)智能自動化裝置和控制器之間的連接,還有利于解決電氣設(shè)備與高級控制系統(tǒng)間的信息傳遞問題。具體來說,這項技術(shù)就是將傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)所獲得的信息參數(shù)傳遞到計算機(jī)上,計算機(jī)通過分析數(shù)據(jù)模型,顯示出電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障,然后利用布線技術(shù)將最終指令傳送到控制設(shè)備上,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的控制功能?,F(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢是,利用信息技術(shù)就能對電力系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,這樣就大大降低了管理難度,而且有利于技術(shù)人員分析不同渠道的供電數(shù)據(jù),以此全面掌握用戶的用電需求,制定出行之有效的電力營銷策略。
2.主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為電力自動化關(guān)鍵技術(shù)之一,主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)給軟件工程造成了非常大的變革,也影響著軟件的開發(fā)與利用。在電力工程中,主動對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種監(jiān)控技術(shù)手段,可以主動對電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督控制,以提高供電的可靠性,還有利于降低對信息數(shù)據(jù)的處理和計算速度,這樣處理電力數(shù)據(jù)的成本也就大大減少了。采用對象技術(shù)和觸發(fā)機(jī)制,可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的自動監(jiān)控,而且信息數(shù)據(jù)在處理之后能夠提高準(zhǔn)確率和利用價值,這樣相關(guān)技術(shù)人員就能對數(shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)處理,操作使也有了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料可以參考。目前隨著計算機(jī)信息技術(shù)的更新與發(fā)展,數(shù)據(jù)庫技術(shù)也得到了更加復(fù)雜和全面的功能,更多先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)入電力自動化建設(shè),有利于提升電力系統(tǒng)的自動監(jiān)視與控制功能,進(jìn)而滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。
3.光互連技術(shù)在繼電和自動控制系統(tǒng)中,光互連技術(shù)運(yùn)用得比較廣泛,這種技術(shù)主要是利用探測器功率限制電力扇出數(shù),提升電力系統(tǒng)的集成度,并且不存在信道對帶寬的限制,有利于實(shí)現(xiàn)重構(gòu)互連,另外光互聯(lián)技術(shù)的干擾性比較強(qiáng),能使數(shù)據(jù)傳輸更加便捷。而電子傳輸和電子交換技術(shù)的運(yùn)用,不僅有利于拓展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),還能促進(jìn)編程結(jié)構(gòu)的不斷改善,讓電力系統(tǒng)的靈活性得到增強(qiáng)。除此之外,光互連技術(shù)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,可以通過搜集和分析電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料,及時找到出現(xiàn)故障的位置,以提高電力故障的處理效率,盡可能避免因故障帶來的不必要損失,這樣才能提高電力服務(wù)的質(zhì)量。光互連技術(shù)還有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能,在技術(shù)使用方面更具靈活性,產(chǎn)生的畫面也更為清晰,為電力調(diào)度人員開展電力調(diào)度工作提供了參考標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù),因此在電力系統(tǒng)中被廣泛運(yùn)用。
三、結(jié)束語
總而言之,現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展是從低頻技術(shù)到高頻技術(shù)處理問題為主的,從傳統(tǒng)電力電子技術(shù)向現(xiàn)代電力電子技術(shù)方向發(fā)展。當(dāng)下,電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)成為環(huán)保、節(jié)能、全自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正向著應(yīng)用技術(shù)高頻化、產(chǎn)品性能綠色化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化的方向發(fā)展。
2電力電子技術(shù)對電力系統(tǒng)的重要作用
電力系統(tǒng)由輸配電路器、發(fā)電設(shè)備和伏在用電設(shè)備三大部分組成。電力系統(tǒng)是歷史上逐步擴(kuò)建,直到聯(lián)網(wǎng)之后才發(fā)展起來的,是一個地域分布廣、設(shè)備眾多、運(yùn)行參數(shù)相互影響且瞬變很快的大系統(tǒng),其對于安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行具有重大意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力電子設(shè)備已經(jīng)著手進(jìn)入電力系統(tǒng),并為解決電能控制提供了技術(shù)手段。據(jù)不完全估計,發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中,有60%以上的電能不得不經(jīng)過一次或者更多的電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在面向社會現(xiàn)代化的進(jìn)程中,電力電子技術(shù)就是關(guān)鍵技術(shù)之一??梢圆环咆试~地說,如果脫離了電力電子技術(shù),電力系統(tǒng)在如今的成就將不會如此。
3電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1電力系統(tǒng)的智能控制
電力系統(tǒng)的控制應(yīng)用與研究在先前的40多年內(nèi),大體上可分為三個階段:以傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出基礎(chǔ)的控制階段;以線性最優(yōu)控制、非線性控制及多臺電腦機(jī)器系統(tǒng)協(xié)調(diào)的控制階段;智能性的控制階段。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新階段,基本上是用來解決和處理那些用傳統(tǒng)方法難以解決和解釋的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題;特別是用于具有強(qiáng)非線性、模型不確定性、需要很強(qiáng)適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。所以說,智能控制在電力系統(tǒng)工程某些應(yīng)用方面的前景與路線非常廣闊,在對其進(jìn)行應(yīng)用時,要由某些人工設(shè)置好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以協(xié)調(diào)和控制。
3.2柔流輸電系統(tǒng)
在輸電系統(tǒng)一些特別重要的地方,采用電力裝置對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)(如相位差、電壓、電抗、感抗等)進(jìn)行調(diào)整控制,使輸電更加可靠、更加精確,能具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將微機(jī)處理技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù),應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng),以提高系統(tǒng)可控性、運(yùn)行性、可靠性能和電能質(zhì)量,而且可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。
4基于電力電子技術(shù)的智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展和應(yīng)用
4.1前景
對于電力行業(yè),智能電網(wǎng)是未來的大勢所趨,可再生能源是推動傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的重要原動力。傳統(tǒng)的集中式、大容量、可計劃的發(fā)電方式正在受到清潔化、不穩(wěn)定、靈活可調(diào)節(jié)、分布式的發(fā)電方式?jīng)_擊。以前的結(jié)構(gòu)是電廠盡可能集中、大容量。這種集中式大容量的電廠發(fā)出來的電,通過電網(wǎng)輸配電送到千家萬戶使用,它是單向的。而現(xiàn)在隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的興起,對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可調(diào)性提高了要求。但可再生能源由于具有清潔、靠近用戶側(cè)的優(yōu)勢,未來前景廣闊,如何解決其先天的不穩(wěn)定劣勢,這就需要可再生能源發(fā)電變得更加智能,比如通過信息化、IT的技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等實(shí)現(xiàn)預(yù)測功能。因此,可再生能源是推動傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)遷移的重要原動力之一。一旦實(shí)現(xiàn)了向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型,電價就可以根據(jù)未來的天氣做出調(diào)整,人們的很多生活方式都會受到影響。智能電網(wǎng)影響的是整個產(chǎn)業(yè)鏈,無論是發(fā)電端,還是輸配電環(huán)節(jié),一直到最終的售電用電環(huán)節(jié)都會有深刻的變化。
4.2實(shí)現(xiàn)的手段
要讓能源變得更加智慧,自然少不了IT技術(shù)的幫助。電力和IT,也就是信息系統(tǒng)深度融合到一起。以前的IT技術(shù)對電網(wǎng)來說是起支撐作用,但到了智能電網(wǎng)階段,IT是真正實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的驅(qū)動力,是深度融合的,不可分割的。IT的信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)對整個智能電網(wǎng)的構(gòu)成是基礎(chǔ)性的,這對我們來講是個很大的機(jī)會。更美好的智能電網(wǎng),是一個將用戶、電力、設(shè)備緊密聯(lián)接在一起的電網(wǎng),是一個無時不在、無瓦不用的全聯(lián)接電網(wǎng)。而這種美好圖景,未來將與移動化、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新概念結(jié)合在一起,巨大的革新需要眾多企業(yè)參與其中。
5結(jié)束語
(一)電力技術(shù)和能源相結(jié)合電力技術(shù)可以將風(fēng)能水能和太陽能等自然能源轉(zhuǎn)化為電能,不僅大大提高了對自然資源的利用率,而且還解決了我國依靠煤炭、石油等不可再生資源的現(xiàn)狀。電力資源的使用符合科學(xué)發(fā)展觀,能夠?qū)崿F(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,電力技術(shù)的主要發(fā)展趨勢就是利用自然資源進(jìn)行發(fā)電,完善的電力節(jié)能技術(shù)也能提高我國的能源節(jié)約效率,為了促進(jìn)我國電力技術(shù)的發(fā)展,國家對其進(jìn)行了大力的關(guān)注和支持。
(二)機(jī)電一體化的發(fā)展和應(yīng)用在電力系統(tǒng)方面,我國主流的研究方向是通過電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電能的科學(xué)控制和管理。在不久的將來,我國幾乎全部的電能都是靠電力技術(shù)對其進(jìn)一步處理,然后投入并使用。機(jī)電一體化可以有效的將電力技術(shù)和使用設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一整合,隨著最近幾年機(jī)電一體化的快速發(fā)展,為我國電力技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。
(三)智能技術(shù)的推廣智能技術(shù)的應(yīng)用,可以使設(shè)備具有自適應(yīng)和自控制的能力,隨著電子計算機(jī)和人工智能等理論和技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,電力控制系統(tǒng)的智能化進(jìn)入到了嶄新的歷史時期。智能化的電力控制系統(tǒng)可以對操作過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和判斷,從而可以全面地提升電力系統(tǒng)的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
二、電力技術(shù)的應(yīng)用
對電力系統(tǒng)的意義電力技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)設(shè)備的控制,這種技術(shù)主要是通過計算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的,雖然電力技術(shù)在我國的電力系統(tǒng)中應(yīng)用的時間不算長,但其發(fā)展速度卻十分迅速,我國的電力系統(tǒng)已經(jīng)有了一套比較完整的體系。電力技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效改善發(fā)電機(jī)等多種設(shè)備的運(yùn)行特征,從而實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)功率的調(diào)節(jié)。主要的表現(xiàn)是:對大型發(fā)電機(jī)的靜止勵磁的控制、對水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵磁控制和對發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速控制。在火電廠中,風(fēng)機(jī)水泵的發(fā)電量占很大的比重,但它的效率也比較低,通過變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行的效率,但是我國目前的企業(yè)很少有能夠生產(chǎn)高壓大容量的變頻器,其精確度也有待提高。電力技術(shù)的目的是為了實(shí)現(xiàn)對電能的有效利用和提升電力行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量,其主要的特點(diǎn)有以下幾個方面:提高電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,電力技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅可以提高資源的利用率,降低人力成本和管理成本,而且還可以促進(jìn)和完善電力系統(tǒng)的功能,從而使我國的電力行業(yè)朝著低耗能和高效率的方向發(fā)展。電力技術(shù)的應(yīng)用使我國的電力行業(yè)和其他的新興產(chǎn)業(yè)相融合,調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),機(jī)電一體化的進(jìn)程促進(jìn)了電力行業(yè)的發(fā)展,提升了電力企業(yè)的實(shí)力。
三、應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的主要電力技術(shù)
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是通過電纜進(jìn)行傳輸?shù)?,而電纜一般是鋪在地下的,這也就增加了故障排查的難度。太赫茲波可以穿過泥土、塑料和石灰板等難以移動和清除的物質(zhì),可以對鋪在地下的電纜進(jìn)行有效的觀察。太赫茲波發(fā)達(dá)的敏感性可以探測到非常細(xì)微的問題和缺陷,因此太赫茲探測器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅可以大大降低工作人員的勞動強(qiáng)度,維護(hù)人員安全,而且可以提高檢測的精確度,降低企業(yè)的成本。太赫茲檢測技術(shù)的運(yùn)用還可以有效的抑制偷電行為,大范圍的檢測到偷電狀況,減少偷電行為發(fā)生的概率。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對通信速度、質(zhì)量和可靠性的要求。GPRS既可以作為遠(yuǎn)動通信的備用頻道,又可以作為非實(shí)時系統(tǒng)的主要通道。它是一種基于GSM無線系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),也就是無線分組業(yè)務(wù),可以通過無線IP實(shí)現(xiàn)終端和終端或者終端到互聯(lián)網(wǎng)之間的連接。GPRS技術(shù)的引用可以使用戶免受斷線的阻擾,保證數(shù)據(jù)傳送和語音通話能夠同時進(jìn)行,分組交換技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面:一方面提高傳輸速率,GPRS可以同時利用一個無線頻道的全部時隙,可以達(dá)到理論上的最大傳輸速率,但在現(xiàn)實(shí)中,運(yùn)營商不可能把所有的時隙分配給數(shù)據(jù)服務(wù),但與其他的數(shù)據(jù)交換服務(wù)相比,仍然有很大的優(yōu)勢;另一方面是永不斷線,只要在無線頻道中,用戶發(fā)送或者接受的消息就能通過GPRS實(shí)現(xiàn)實(shí)時連接。因為以上的優(yōu)點(diǎn),GPRS技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
四、電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
(一)電力技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用電力技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在對發(fā)電機(jī)中電磁和頻率的控制。在我國大型電廠的發(fā)電機(jī)中主要采用的是靜態(tài)電磁系統(tǒng),隨著電力技術(shù)的發(fā)展,電磁控制樞紐逐漸被取代,實(shí)現(xiàn)了對靜態(tài)電磁的方便控制。不僅對靜態(tài)電磁的進(jìn)行了自身調(diào)整,也提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行速度。電力技術(shù)在電廠電力系統(tǒng)中的普及,可以有效控制發(fā)電時水源頭的壓強(qiáng)和水力的流速,使水力發(fā)電系統(tǒng)隨著水流的壓強(qiáng)和流速改變而改變,從而保障發(fā)電機(jī)以穩(wěn)定的效率運(yùn)行。
(二)電力技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用輕型直流輸電技術(shù)(HDVCLIGHT)具有可靠性高、容量大、易調(diào)節(jié)和靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),這種技術(shù)應(yīng)用到海底電纜或者在遠(yuǎn)距離輸電時有著明顯的優(yōu)勢,可以避免出現(xiàn)停運(yùn)或者閃爍的狀況。柔流輸電技術(shù)(FACTS)最早是在20世紀(jì)80年代提出的,是目前發(fā)展比較迅速的新型技術(shù),這種技術(shù)良好地結(jié)合了電子技術(shù)和控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中電壓、相位和功率等參數(shù)的控制,不僅改善了電能的輸送狀況,而且降低了電能在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的損耗,該技術(shù)的運(yùn)用大大增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于電能的輸送,高壓直流輸電技術(shù)成為近來關(guān)注的焦點(diǎn),遠(yuǎn)距離的高壓輸電可以解決許多問題,與交流電相比,減少在相同條件下電能的損耗,穩(wěn)定的電流減少了電抗壓降,整體壓降的減小可以減少對線路的投資,提供輸送的穩(wěn)定性。
(三)電力技術(shù)在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅可以改善電能的配送質(zhì)量,還可以增強(qiáng)供電的可靠性,最終實(shí)現(xiàn)各個電能用戶都能快捷、安全、公平的用電。為了使電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的良好運(yùn)用就需要對功率、電壓、諧波等參數(shù)進(jìn)行精確的控制,防止電能在輸送的過程中出現(xiàn)波動或者擾動。電力技術(shù)是這一環(huán)節(jié)中應(yīng)用到的主要技術(shù),它和柔流電輸電技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)原理是一樣的。電力技術(shù)不僅可以擴(kuò)展系統(tǒng)的配電能力,而且可以提高配電質(zhì)量和可靠性。該電力技術(shù)的另一個優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)的成本比較低,因此其市場前景非常廣闊。提高電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還要強(qiáng)化我國的智能型電網(wǎng),建設(shè)智能型電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)電力的科學(xué)發(fā)展,從而更有利的實(shí)現(xiàn)電力能源的良好輸送和提高使用的效率。建設(shè)智能型電網(wǎng)還可以提高其經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)節(jié)能減排,減少污染物的排放數(shù)量。實(shí)現(xiàn)清潔能源的標(biāo)準(zhǔn)化和電力系統(tǒng)控制運(yùn)行的智能化。智能化的電網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和用戶的雙向互動,便于為用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的電力跨省交易也加大了對電力資源的調(diào)劑,有效避免自然災(zāi)害對電力系統(tǒng)的危害,為用戶提供安全穩(wěn)定的電源。
上世紀(jì)50年代末晶閘管在美國問世,標(biāo)志著電力電子技術(shù)就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR),我國70年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國推廣。然而,SCR畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開關(guān)器件,在交流傳動和變頻電源的應(yīng)用中受到限制。70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應(yīng)管(PowerMOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等,它們的共同特點(diǎn)是既控制其導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,是全控型開關(guān)器件,由于不需要換流電路,故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當(dāng)前,IGBT以其優(yōu)異的特性已成為主流器件,容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
許多國家都在努力開發(fā)大容量器件,國外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的新型器件,已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極,它開通時相當(dāng)于晶閘管,關(guān)斷時相當(dāng)于晶體管,從而有效地協(xié)調(diào)了通態(tài)電壓和阻斷電壓的矛盾,工作頻率可達(dá)幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經(jīng)推出的IGCT可達(dá)4500一6000V,3000一3500A。MCT因進(jìn)展不大而引退而IGCT的發(fā)展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發(fā)達(dá)國家相比,我國在器件制造方面比在應(yīng)用方面有更大的差距。高功率溝柵結(jié)構(gòu)IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國外有了最新發(fā)展??梢韵嘈?,采用GaAs、SiC等新型半導(dǎo)體材料制成功率器件,實(shí)現(xiàn)人們對“理想器件”的追求,將是21世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢。
高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點(diǎn)。GTO和IGCT,IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭,必將為21世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
二、變頻技術(shù)的發(fā)展過程
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換
技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時移相PWM技術(shù)等。
VVVF變頻器的控制相對簡單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時,由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。
矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動機(jī)的控制方法,求得直流電動機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算;它不需要模仿直流電動機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。
三、變頻技術(shù)與家用電器
20世紀(jì)70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等[4]。
20世紀(jì)末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化,而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。
在洗衣機(jī)方面,過去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱,沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動引起的噪聲。
四、電力電子裝置帶來的危害及對策
電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù),還引起了嚴(yán)重的諧波污染。
另外,硬件電路中電壓和電流的急劇變化,使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力,并給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴(yán)重的電磁干擾(EM1),而且情況日趨嚴(yán)重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),國際電氣電子工程師協(xié)會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國政府也制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定[5]。
(一)諧波與電磁干擾的對策
1、諧波抑制
為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償,即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置,使輸入電流成為正弦波[3]。
傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補(bǔ)償諧波,又可補(bǔ)償無功功率。其缺點(diǎn)是,補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。
電力電子器件普及應(yīng)用之后,運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償成為重要方向。其原理是,從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流,然后產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。
大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重數(shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2、電磁干擾抑制
解決EMI的措施是克服開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是:
(1)開關(guān)器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關(guān)器件導(dǎo)通時的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關(guān)損耗;
(2)開關(guān)器件上并聯(lián)電容,當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關(guān)損耗;
(3)器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導(dǎo)通期間,開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時驅(qū)動器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS動作。
目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
(二)功率因數(shù)補(bǔ)償
早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī),它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī),利用過勵磁和欠勵磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。因此,在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>
另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置。它具有靜止型和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn),但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài),損耗和噪聲都很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)載的不平衡,所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補(bǔ)償裝置得到了長足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后,可大大減少補(bǔ)償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
五、結(jié)束語
我們相信,電力電子技術(shù)將成為21世紀(jì)重要的支柱技術(shù)之一,變頻技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位,近年來在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領(lǐng)域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化及我國加人世界貿(mào)易組織,我國電力電子技術(shù)及變頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
參考文獻(xiàn):
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[3]王兆安黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.
[4]陳國呈,周勤利.變頻技術(shù)研究[J].上海大學(xué)自動化學(xué)院學(xué)報,1995(6):23-26.
1.1通過課程改革,提高教師教學(xué)水平與科研能力新型元器件、電路拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的不斷涌現(xiàn),使電力電子技術(shù)課程的內(nèi)容更新較快。通過課程教學(xué)改革,激勵教師及時更新知識儲備,做好新知識、新技術(shù)的學(xué)習(xí)與傳授,使課堂教學(xué)更能體現(xiàn)時代性,并使教師自覺提高自己的教學(xué)水平。同時,依托我校已建成的電力電子實(shí)驗室,鼓勵教師開發(fā)適用于各層次、滿足不同專業(yè)側(cè)重點(diǎn)的實(shí)驗和實(shí)踐環(huán)節(jié),使教師通過指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計,并結(jié)合企業(yè)項目需求,開發(fā)出多項科研教研項目,使教師科研能力得到提高。
1.2為課程群建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的進(jìn)一步探索研究奠定基礎(chǔ)電力電子技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門由現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。通過課程改革,為電力電子技術(shù)精品課程建設(shè)、課程群建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。此外,通過課程改革,探索適用于我校的電類專業(yè)卓越工程師特色培養(yǎng)模式,并促進(jìn)教科研和企業(yè)項目合作與承接等工作的深入開展。
2教學(xué)改革方案的實(shí)施與主要特色
為努力改變該課程原有的難教難學(xué)的狀況,教學(xué)改革方案從以下幾個方面實(shí)施:
2.1重新編排教學(xué)內(nèi)容,突出課程實(shí)用性和趣味性改變傳統(tǒng)教學(xué)中對四大變流電路孤立、單一的學(xué)習(xí)模式,引入生活中常見電路以及電子小制作的實(shí)例,通過一系列具體電路系統(tǒng)設(shè)計過程的演示,將《模擬電路》、《電機(jī)與電氣》等前期專業(yè)課程的知識與《電力電子技術(shù)》所學(xué)理論知識相聯(lián)系,展現(xiàn)課程強(qiáng)弱電結(jié)合、多學(xué)科融合的特點(diǎn)。并且,在保證理論基礎(chǔ)扎實(shí)前提下,增加日常電路分析和設(shè)計實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個教學(xué)過程中所占比重,以實(shí)例激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣,以興趣帶動能力培養(yǎng),在這一過程中培養(yǎng)學(xué)生的讀圖、分析、畫圖、簡單電源電路設(shè)計等能力,實(shí)現(xiàn)理論與應(yīng)用相輔相成、有機(jī)結(jié)合,最終提升學(xué)生工程應(yīng)用方面的綜合素質(zhì)。
2.2采用引導(dǎo)型教學(xué)方式,注重教學(xué)過程中的互動性和學(xué)生分析解決問題能力的培養(yǎng)授課過程中注意開展互動,通過采用提出啟發(fā)性問題—共同討論—獲得結(jié)論—實(shí)驗驗證的方法,在教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和新的突破點(diǎn),將學(xué)生被動接受知識的過程轉(zhuǎn)化為其不斷解決問題的過程,使學(xué)生主動學(xué)習(xí)、開放思維,并在此過程中加深相關(guān)理論的理解,訓(xùn)練其分析和解決問題的能力。
2.3充分發(fā)揮多媒體教學(xué)優(yōu)勢,改變理論教學(xué)抽象、刻板的現(xiàn)狀電力電子技術(shù)重視對電路波形的分析。課程原有的單一的板書或簡單PPT課件加板書的傳統(tǒng)授課形式課堂信息量較少,不夠直觀,不能解決學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣,接收效果較差等問題。利用PowerPoint、Flash、視頻等多媒體手段,不僅能使波形分析更為直觀,還能方便地展示電路在不同條件下的工作狀態(tài),以及課程內(nèi)容在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。既可使教學(xué)內(nèi)容更加豐富,還使分析過程不再枯燥抽象,分析結(jié)果生動醒目,便于學(xué)生理解。
2.4以實(shí)際系統(tǒng)分析為手段,提高學(xué)生知識融會貫通的能力改變對變流技術(shù)中各典型電路孤立的講解,通過帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行典型的電力電子系統(tǒng)分析,結(jié)合系統(tǒng)供電、控制等模塊電路結(jié)構(gòu)、原理的介紹,體現(xiàn)該門課程電力、電子和控制學(xué)科間的交叉性,使學(xué)生學(xué)會將與課程相關(guān)的專業(yè)課內(nèi)容靈活運(yùn)用于電路分析和設(shè)計應(yīng)用中,提高他們對所學(xué)知識的融會貫通能力。
2.5引入專業(yè)常用仿真軟件,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)基本專業(yè)技能專業(yè)仿真軟件在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計及應(yīng)用中的作用越來越顯著,掌握一至兩種仿真軟件工具將成為工科學(xué)生應(yīng)具備的基本素質(zhì)之一。同時,在教學(xué)過程中,利用仿真軟件對電路工作情況進(jìn)行仿真,可以使分析過程更為直觀,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前,電力電子仿真軟件主要有Matlab、Pspice、SIMetrix/SIMPLIS和Saber等,其中Pspice和Matlab在開關(guān)電源開發(fā)應(yīng)用中具有重要作用,被相關(guān)企業(yè)廣泛運(yùn)用[4]。在教學(xué)改革中,通過在課堂教學(xué)和實(shí)驗環(huán)節(jié)中引入建模的基本原理與過程,既能使課堂教學(xué)和實(shí)驗更加生動直觀與安全,還能引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的應(yīng)用,使他們具備基礎(chǔ)建模能力,有助于滿足企業(yè)對于學(xué)生基本專業(yè)技能的要求。
2.6開發(fā)一批設(shè)計性、綜合性研究實(shí)驗,培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用、創(chuàng)新能力利用學(xué)校電力電子實(shí)驗室和軟件仿真的資源,結(jié)合當(dāng)前熱門課題和企業(yè)需求,開發(fā)一些設(shè)計性、綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗,或通過課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計的方式指導(dǎo)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行研究設(shè)計。實(shí)驗的開發(fā)以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力為主要目的,既有助于學(xué)生鞏固所學(xué)知識,提高知識綜合運(yùn)用能力,又可為電子設(shè)計大賽等專業(yè)比賽人才選拔奠定基礎(chǔ)。
2.7以課程改革為契機(jī),積極拓展校企合作途徑,開發(fā)產(chǎn)學(xué)研項目,提升教師科研水平在課程改革中,積極尋求校企合作的新途徑,深化校企合作的內(nèi)容,將企業(yè)實(shí)際項目作為教學(xué)的實(shí)踐、提升環(huán)節(jié),依托學(xué)校的實(shí)驗實(shí)訓(xùn)中心,以教師為主導(dǎo),學(xué)生進(jìn)行設(shè)計、驗證配合,不僅可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的興趣,同時也有利于教師自身科研水平的提高。
3結(jié)語
電力服務(wù) 電力 電力線路 電力工程 電力安全 電力技術(shù) 電力管理 電力實(shí)訓(xùn)報告 電力營銷 電力畢業(yè) 紀(jì)律教育問題 新時代教育價值觀