摘要：本文介绍了高压直流输电与静止无功补偿装置技术等电力电子关键技术，我们分析了电气工程领域热点技术及应用特点：一是新能源发电热点技术；二是电气节能热点问题。
关键词：电力电子技术；发展热点
0 引言
在全球性能源紧缺和环境问题日益严重的背景下，在能源开发、节约和使用方面具有优势的电力电子技术得到了长足发展，并且已经发展成为我国国民经济平稳前进的基础性技术，电力电子技术已经成为无可替代的必要存在。在电气工程领域呈现四大应用热点电气节能、新能源发电、电力牵引和智能电网。下面分别予以简要介绍。
1 电力电子技术的发展
电力电子技术的主要内容包括两个技术：器件制造技术；变流技术，即电力电子当中的应用电路技术。电力电子器件经历了半控型（第一代电力电子器件）、全控型（第二代电力电子器件）和复合型（第三代电力电子器件）的发展过程，把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC），目前其功率较小，但其代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
1.1 高压直流输电技术
高压直流输电技术，顾名思义，就是利用换流器，达到变电的效果，即将从电厂流出的交流电转换为直流电，确保最终输入手电端的电流是直流电流，再把直流电逆变为交流电供用户使用的技术。高压直流输电具有传输功率大、线路造价低、控制性能好等优点，是目前解决高电压大容量、长距离输电和异步联网的重要手段。直流输电架空线路的造价低、损耗小，不存在交流输电的稳定性问题，可以实现额定频率不同的电网的互联，易于实现地下或海底电缆输电，易于进行潮流控制，便于分级分期建设和增容扩建。直流输电工程按照直流联络线可分为单级联络线、双极联络线、同极联络线和背靠背直流输电系统。
1.2 静止无功补偿装置
静止型动态无功补偿装置广泛应用于提高输电系统的稳定性、改善电能质量、对冲击性负荷的无功补偿和闪变抑制等领域。FACTS技术（灵活交流输电系统）从根本上改变了交流电网过去基本上只依靠缓慢、间接以及不精确设备进行机械控制的局面，对提高输电系统的输送功率和潮流控制能力以及改善电力系统稳定性、控制系统振荡等具有明显作用。常见的FACTS装置包括静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）、可控串联补偿器（TCSC）、晶闸管控制移相器（TCPST）、统一潮流控制器（UPFC）、动态电压调节器（DVR）、超导储能系统（SMES）、不间断电源（UPS）、统一电能质量控制器（UPQC）等。
无功功率补偿可提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，稳定受电端和电网的电压，提高供电质量，在电气化铁道中平衡三相的有功及无功负载。静止无功补偿装置包括晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、可控串联补偿装置（TCSC）等。SVC可作为系统补偿和负荷补偿，还广泛应用于高压直流输电换流站的无功补偿和抑制电弧炉等大型冲击负荷造成的电压闪变和电压波动。TCR的单相基本结构是两个反并联的晶闸管与一个电抗器相串联，通过改变晶闸管的触发延迟角，可以改变电抗器电流的大小，即可以达到连续调整电抗器的基波无功功率的目的。TCR通常采用支路控制三角形联结三相交流调压电路的形式，如图1所示：
图1 十二脉波TCR的接线形式
TSC具有无机磨损、响应速度快、平滑投切以及良好的综合补偿效果等优点。图2.为其单相结构简图，其中的小电感用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。静止同步补偿器专指由自换相的电力半导体桥式变流器进行动态无功补偿的装置，与SVC相比，其调节速度更快，运行范围宽，而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量。
2 电气工程领域热点技术及应用特点
2.1 新能源发电
不可再生能源的急剧减少，环境的日益恶劣，生态失衡日益严重，这些已经成为全球性的大难题。面临着严重的能源危机，新能源的应用正受到世界各国的普遍关注。新能源发电主要包括太阳能、风能、生物质能发电等。一个典型的太阳能光伏发电系统，它包括DC一AC逆变、DC一DC直流变换、AC一DC整流等多个电力电子变换环节。显然，除了光伏阵列之外，其他部分都与电力电子有关。如一套典型的双馈式风力发电系统就包含发电机侧变换器、网侧变换器、系统控制器、变桨控制器等多个电力电子变换环节。由此可见，新能源发电系统与电力电子应用技术密切相关。新能源发电中的电力电子技术应用特点为：一次能源供给随机性大，风能、太阳能都随夭气情况而有很大变化，并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小，电能质量高等。而目前我国的现状为二并网变换器以进口产品为主，普遍运行经验不够，国产产品仍在摸索中前进。其中主要的问题是装备可靠性差，有关功能和性能还满足不了要求，标准不统一。进一步的发展包括：第一，向大容量发展。风机发电系统单机容量已经达到兆瓦，且正在向更大容量发展，光伏并网发电系统也已经开始向兆瓦级方向发展直接变换。如双馈式风机系统正在向直驱式或混合式系统方向发展。第二，高性能。主要体现在高效率、高可靠性，以及为适应电网需求的低电压穿越和孤岛保护等。
2.2 电气节能
电气节能包括变频调速、电能质量、有源滤波等，尤其以变频调速为主要内容。变频调速系统主要是采用了电力电子变频器作为电机驱动电源，变频调速技术已经比较成熟，市场量大面广，并且可持续发展设备需要更新换代周期约为10年。目前在低压电机系统中，约有30%采用了变频调速技术，高压电机系统中亦有约20%采用了变频调速技术。发展的空间仍然很大。但主要的问题仍然是变频器可靠性需进一步提高，价格还是偏贵，操作复杂，现场操作人员掌握程度参差不齐。今后进一步的发展主要集中在：一是专用型。主要为专门的应用进行专门的设计和制作，以提高性能简化功能，减低成本为主要目的。二是集成型。越来越多的电力传动系统将电机、变频器及其控制集成于一体，形成一个系统产品。
3 结语
作为高新技术系统中不可或缺的存在，电力电子技术应用系统的发展和应用，是关乎国计民生的存在，是支撑国民经济全面发展的基础和保障。因此，该应用领域是学科交叉最为广阔、存在着最为广阔的集成创新和二次创新的空间，也是当前国际竞争最为激烈的领域。面对如此艰巨的挑战，我们必须迎难而上，抓住这次改革发展的大潮流，在机遇和挑战的双重作用力下，积极发展和研究我国的电力电子应用技术，为我国国民经济的持续发展开拓坚实的道路。
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论文作者:张颖波,廖海剑
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/20
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