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【关键词】电力系统 开关电源 不间断电源
一、电力电子技术的发展
1957年美国通用电气公司研制出了第一个晶闸管,标志着电力电子技术的诞生。而1958年以集成电路的诞生为标志的微电子技术带动了一系列高新技术产业的发展,标志着第一次电子技术革命的开始。现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子器件按照能被控制电路信号所控制的程度分为不可控器件、半控型器件和全控型器件。不可控器件主要指电力二极管、该二极管虽不可控,可因为结构简单,使用方便成本低,仍被广泛应用。半控型器件主要指晶闸管,由它所组成的电路灵活成熟、开关损耗小、开关时间短,在电源、通用逆变器、电机控制等电路中应用广泛。但驱动电流大、耐浪涌电流能力差、容易受二次击穿。以电子技术和微电子技术的发展为背景,全控型器件是在八十年代末期和九十年代初期发展起来了,主要有电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(电力MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)。其特点是集高频、高压和大电流于一身,是大型的功率半导体复合器件,全控型器件的诞生表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
二、现代电力电子的应用领域
(一)电力系统及节能方面
电力电子技术在电力系统领域中的应用着非常广泛和重要,在发电通过改变设备的运行特性为主要目的;而电子技术在高压输电领域的应用,极大的提高了电网运行的稳定性,被称为“硅片引起的第”;在配电领域,则通过电力电子装置来防止电网瞬间停电、瞬间电压跌落、闪变等,以进行电能质量控制,加强供电可靠性,改善供电质量。同时还通过减少无功损耗,提高功率指数,来达到节能的目的。在发达国家有60%以上的电能至少经过一次以上的电力电子变流装置进行处理。通过这种处理可以节约能源和提高用电设备的性能。直流输电在长距离、大容量输电中有很大的优势,其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都使用晶闸管变流装置。
(二)交通运输
电子技术在铁路运输、船舶、航天、电动汽车等行业都有广泛的应用,称为新兴产业不可缺少的重要技术。新型环保绿色电动汽车与混合动力电动汽车都正在积极的发展中。汽车是靠汽油引擎的运行发展起来的一种机械,它排出大量的二氧化碳与其他废气,严重污染了环境。而绿色电动汽车的电机用蓄电池为能源,靠电力电子装置来进行电力变换与驱动控制,其蓄电池的充电也是离不开电力电子技术的。显然,未来电动汽车大有可能取代燃油汽车。。而在电气机车中的直流机车就是采用整流装置来供电的,而交流机车则采用变频装置来供电,都离不开电子技术的应用,直流折波器和铁道车辆、磁悬浮列车中的电力电子技术更是关键技术的应用实例。船舶、飞机也需要各种不同要求的电源,所以航海、航空都离不开电力电子技术。
(三)开关电源
首先高速发展的计算机技术在带领人类进入了信息社会的同时,也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化,关键技术是高频化。由于开关电源轻、小、薄的特点,其应用日益广泛。现在开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防监控,LED灯袋,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。
(四)不间断电源(UPS)
电子技术带给计算机领域的还有不间断电源技术。所谓不间断电源(UPS)是指计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
三、总结
90年代以后,电子技术朝着大功率化、模块化、变频化和智能化发展。电化学专业、铁道电气车、钢铁工业、电力工业的迅速发展给电力电子器件提供了用武之地。通过电子技术和微电子技术的结合,促成了功率集成电路的诞生,最终促使了大量新结构、新材料器件等电子器件的诞生和发展,给工业、航天等带来了极大的帮助和便利,对节约能源、改造传统产业、发展新型产业作出了巨大的贡献。总而言之,电力电子因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。
参考文献:
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关键词:电力电子技术;电力系统;应用研究
电对保障居民生活及工业生产具有重要作用,而基于实际情况,目前我国电力系统还存在一定不足,供电设施设备容易出现故障,不易维修,且出现故障后诊断存在一定困难,影响电力的有效供应。电力电子技术对电力系统的发展具有极大的保证作用。对于此,充分利用电力电子技术,加大其在电力系统中的应用对保证电力系统供电正常具有促进作用。
1当前电力系统运行所存在问题分析
电力系统的有效运行对保证居民生活及工业生产具有较大的作用,而基于目前实际情况,在现有工业化生产及居民用电中,常由于供电异常问题导致巨大的损失,影响颇为严重。具体来讲,目前电力系统供应中所主要存在的问题集中于以下几个方面:
1.1电力管理运行用电缺乏安全管理
电力作业属于运行用电作业属于特种作业,必须具有相关资质的人员上岗作业,并实施监护。但目前电力系统管理中,由于缺乏专业电气人员,电力工作人员由于缺乏专业水平,贸然作业必然引起违章作业,临时用电造成极大隐患。另,电力系统在运行管理中,对于出现的异常问题,相关人员不能及时对其处理并采取有效措施应对是主要问题,常导致引起较大的损失。
1.2接零保护重视度不足
目前,企业为减低成本及提高工作效率,对电力系统用电装置大多均未配置TN-S系统;且大多施工人员对用电安全认知程度不足,缺乏对接零保护的认识,常导致用电安全事故的发生。对于该类故障,其主要原因在于相关单位对电气安全保护不到位及缺乏有效防护措施的投资使用造成,实际应用中应引起主要及重视。
1.3不重视电气设备材料选型及质量
电力系统管理中不重视电气设备材料选型及质量,如各类电气元件选型不恰当及质量不合格,比如各类企业为节约成本及提高企业利润,忽视质量要求,对于部分产品,恶意降低规格及标准,常导致施工质量无法达标,无法满足实际使用要求。在这种情况下,一单生产过程中电流、电压及功率出现过载情况,容易导致电路发热等情况,激发电火花等,引发电气故障发生,造成生命及财产安全。
1.4临时用电管理不规范,存在任意搭接情况,存在安全隐患
在一些企业在实际生产中,临时搭接用电,不规范用电,常导致用电过程容易对电路造成过载等危险,影响电路系统运行正常及对企业造成由于电气故障所导致的经济损失。
2电力电子技术发展趋势分析
我国电力电子技术在这些年取得了较好的发展,且技术也有了显著提升。而对于其发展趋势,首先来讲,模块化及集成化是主要趋势,如对于电力电子技术,电源单元及功率器是主要组成部分,也是其核心所在,模块化及集成化的发展使得电气元件更加的紧凑,体积更小及能够与不同功能的器件实现有效配合,为电力系统的发展起到乐极大的技术支持。同时,现代电子电力技术朝低频向高频发展是必然趋势,以变压器来讲,其供应频率与变压器的容积、电感反应具有反比关系,而在电力器件体积逐渐减小的情况下,加速有低频向高频发展是必然的趋势,如可控制关断型电力电子器件的出现很好的反应了现代电子技术发展的趋势,也是主要方向。另外,电力电子技术朝全控化及数字化发展。如目前应用的关断型电器使用还存在一些风险,但电力电气技术的发展对该电器设备进行了有效改革,如自关断的全控性器件使用,有效弥补和避免了危险的发生,使得电力电子技术变革得以很好体现,表示这电力技术发展逐渐智能化及数字化,为该行业的发展带来了极大的前景。此外,电力电子技术的发展朝绿色化转变是主要趋势,如节能一直是我国所倡导并要求在实际生产中必须使用的技术,同时,也能为各使用单位带来显著的经济效益。而一直以来,电子设备以严重高次谐波额形式流入电网中,对电网造成了极大的污染,其结果将导致电网功率严重下降。而这些年,各电网滤波器等各电器元件的使用为电网有效运行带来了可能,极大推动了电网的有效运行。
3电力电子技术在电力系统中的应用分析
对于电力电子技术在电力系统中的应用,具体内容如下:电力电子技术在电源方面具有一定的应用价值。分别对一般电源及专用电源分别说明;一般电源在电力电子技术的应用下取得了一定的效果。如通过整流器转变,可使交流电转化为直流电。如现在电力技术中,利用电气电力元件,能够通过蓄电池作为备用电源对负载实现供能,不仅具有较好的降噪性,同时也使得电源有效性及可靠性得以充分保证。对于专用电源,高频逆变器的使用满足了高性能、大容量的要求,具有广阔的使用前景。现代电力电子技术在我们日常生活中应用也较为广泛,当前家用电器普遍应用现代电力电子技术,给我们的日常生活带来了较大的便利。许多电器都只需要按下按钮就能进行工作,而不需要人们亲自动手。同时,利用电子电力技术,结合数字化计算机技术,能够有效实现预约与在线监测的功能,对于提高用户使用质量具有促进效果。
4结束语
综上所述,电力系统安全有效运行关系企业的发展与生存,是企业高度重视及思考的话题,也是企业在日常利用中重点把控及解决的主要问题,加强用电安全管理及做好设备的运行与维护,对于保证电力企业利用安全具有重要的意义。对于电力系统运行来讲,电力电子技术的应用对保证电力设备供电正常具有积极促进作用。笔者结合实际情况,就电力系统中电力电子技术的应用情况进行了说明,以供参考。
参考文献
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关键词;电力电子技术;应用;
前言;我国人口众多,又处在经济高速发展阶段,能源供需矛盾突出。此外,化石燃料在一次能源中占很大比例。为实现可持续发展,必须实施新的能源发展战略,采用新技术。我国电力工业面临的挑战有:电力供需矛盾难以根本缓解、有限资源的制约日趋严重、有限资源的制约日趋严重、有限资源的制约日趋严重。过去,由于我国对电网的投资强度偏低,电网结构相对薄弱,建设电网的任务更加艰巨。今后一段设计靠外延发展电网仍时主要的,发展电网的策略与西方发达国家不尽相同。但是,在确定网架结构、输电方式、电压等级以及制定电网技术发展战略时都必须考虑这一总的发展趋势。根据我国“九五”规划和2010年发展目标,我国电力工业还会有很大发展,将继续维持较高的增长速度。单从长远出路在于进一步依靠科技进步,大幅度增加再生能源发电的比例,实现能源的高效利用,发展与环境兼容的能源利用技术,发展新型输配电技术及电能质量控制技术。
1 主要技术和电力技术的应用
1.1 电力电子技术
简要的说,它在我国经济得到了空前的发展,在快速增长的同时社会也在全面进步,人们的生活质量的要求也越来越高。已经造成的环境污染和越来越多严重的污染和日益进增长的能源供给危机,与人们日益增长的生活需求形成了矛盾。电力电子技术作为新能源发电的关键技术,直接关系到新能源发电技术的开发利用的前途问题。因此,电力电子技术的革新发展对新能源发电技术起着的决定性作用。我国较早起步,也是目前做的很好的电力系统通信网络,是我国专用通信网中规模较大、发展较为完善的专网。已经形成了大家所熟悉的电信网络的各种业务,在电力系统的继续发展中至关重要,有着决定性的作用。它的应用状况如下:
1、发电系统:电力电子技术在这个环节的应用以改善发电机等多种设备的运行特性为主、加以进行系统的功率条节。主要表现在:大型发电机的静止励磁控制,水力、风力发电机的变速恒频励磁,发电厂风机水泵的变频调速。火电厂的风机水泵耗电量很大,几乎占所有厂用电的65%。它的效率也很低,变频调速可以解决运行的效率问题,可是目前能生产高压大容量变频器的企业不多,能够精确应用的更不多。
2、输电系统:柔流输电技术,是将电力电子技术与现代控制技术结合的,一种对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的不间断调节控制技术。能够较大幅度的降低电能输送过程中的损耗,在输电能力个稳定性水平上都有大的改变。对于电能的输送部分,近来较为关注的是高压直流输电技术。 远距离高压直流输电,会解决很多的问题,在相同的条件下输送电能的损耗要比交流小的多,没有变化的电流,就没有了电抗压降,整体压降也小故线路投资低,稳定性极高,几乎没有稳定性问题。
1.2 应用GPRS技术
GPRS技术能满足电力系统远动通信对速度、质量和可靠性等的要求,可以作为远动通信的备用通道,也可以作为电力抄表等非实时系统的主要通道。GPRS,即通用无线分组业务,是一种基于GSM无线系统的无线分组交换技术,提供终端到终端或者终端和互联网之间的无线IP连接。由于使用了“分组交换”的技术,用户使用GPRS可以免受断线的困扰。GPRS的特有机制可以保证数据传送和语音通话同时进行。 GPRS技术特点相对原来GSM拨号方式的电路交换数据传送方式,采用分组交换技术并具有以下强大的优势:一是高速率,GPRS能够同时利用一个无线信道的全部8个时隙,理论上的最高速率能够达到171.2 kbit/s。虽然运营者一般不可能分配所有的时隙给数据服务,而与现有的电路交换数据服务(9.6 kbit/s)和短消息服务(每次小于160字符)相比,仍然具有很大的优越性。二是永远在线,每当用户要发送或者接收信息时,只要能够得到无线信道,GPRS就能够立刻建立连接。因而,在电力系统中应用较广。
1.3 电子启动电流限制技术在电力系统中的运用
电动工具的启动速度经由限制启动电流控制,这一手段的运用为功率较大的电动工具进行征程作业创造了十分高效的前提条件。继电器与限流电阻各一只组成的电子启动电流限制器,在工具机体内通过对其启动过程中电枢、磁力线的控制,实现工具启动,电流不会出现立刻增大的现象,为其正常、安全运用奠定了极其重要的保证。
1.4 微机控制技术的应用
在进行微机控制过程中,电动工具机器内部只需要安装空间占用小、价格相对较低的单片机,便可以进行作业。使用该项技术最大的优势,便在于其能够对操作和控制进行自动选择,通过控制屏上的按钮进行工具运作控制,不仅实现了高效作业,更加实现了这一过程中工具完好度的保护。
2 电力电子技术在节能环节的应用
2.1 变负荷电动机调速运行
为了使电力电子技术在在节能环节有所作为,我们就需着手于以下两方面:①电动机自身方面的应用;②变负荷电动机的调速技术的应用。倘若能将两者有机的结合在一起,势必会使电动机的节能获得显著的效果。近年来,风机和水泵在国外大多数采用调速控制,鉴于在国内对其的应用还不够成熟,以及由于变负荷的风机和泵类等采用交流调速替代节流阀(或者挡风板)对水流量、风流量进行控制都能取得良好的效果,并且具有较高的效率和精度,以及较广的调速范围,加之能够连续无级调速,同时在调速过程中具有相对小的转差损耗,节电率能够达到百分之三十,然而采用调速控制虽然有上述优点,却也存在较高的成本以及产生高次谐波的缺点,但这并不会影响其在矿山和冶金等部门的推广。因此,我国对其应加强研究,并需要进一步推广,
2.2 减少无功损耗,提高功率因数
交流异步电动机以及变压器在电气设备中均属于感性负载,其在运行的过程中对无功功率、有功功率都要消耗,所以,同有功电源一样,无功电源是确保电能质量的不可或缺的部分,要在电力系统中维持无功平衡,不然,将导致功率因数的降低,系统电压的下降以及设备的损坏,甚至致使大规模的停电事故的出现,为了杜绝此类事件的产生,我们要在电力网或电气设备无功容量不足时,增装无功补偿设备,提高设备功率因数。
3 结束语
综上所述,电力电子技术能够在电力系统的众多领域得到广泛地运用,随着现代计算机技术的不断发展,我们应加大电力电子技术的研究力度,使其应用性更加的完善,对电力系统的控制以及节能起到更大的作用,以及最大幅度地提高电力系统的稳定性,从而获得巨大效益。
参考文献
[1]赵家华.浅谈工程领域电子技术的应用[J].电子世界,2013,(2):741-742.
关键词:电力电子技术;电气控制;应用
一、电力电子技术在电气控制中的重要意义
当前,随着经济水平的不断提高,人们在日常生活与社会工作生产经营的过程中对于电力的需求在不断增加,电力系统的稳定安全为现代民生及市场经济发展有着重要的意义,而电力电子技术能够有效的满足这一电力需求,其分布在电力系统的各个环节中,能够细致深入的对其做好把控,当前在电力控制运用电力电子技术的过程中,其的本质是通过利用计算机和自动控制技术,并立足于此,实现对电能间的相互转换,在保障电气系统工作效率的基础上,还有效提升了电气系统的自控能力,从而不断提升服务的优质性与高效性,有效推动电力行业的长远持续发展,具体来看,其主要体现在以下两个方面:
首先,电力电子技术的实际运用能够有效提升电气系统的智能化水平,与此同时,电力电子器件在不断的研发与实验过程中也逐渐朝着多样化发展,其的智能化与自动化在很大程度上促进了电子技术的优化完善,从而为电气系统的智能化发展奠定了坚实的基础[1。
另一方面,电力电子技术在运用过程中,其具有一定的大功率特征,在其的推动下,有效改善了电系系统的工作效率,进一步提升了电能转换效率,在确保电气系统能够满足群众实际的电力需求的基础上,还在很大程度上改善了资源浪费的问题,有效提升了电力行业的经济效益与社会效益。
二、电力电子技术在电气控制中的实际运用
(一)软开关装置应用
随着电力电子技术的日益成熟与推广应用,电路信息处理水平也在不断提升,电气控制水平也在其的推动下得以改善,电力电子技术的实际优势得以充分发挥,有效的满足了控制性与兼容性的实际需求,基于此,电力企业要是重视对于电力装置的更新优化,从而结合自身实际情况,尽可能提升装置设备的智能化发展,为电气控制工作提供更强有力的支持,电气控制开关是电气控制中的一项重要工作,传统的电气控制开关不仅容易遭受电磁的侵扰,还会造成较大的能源消耗,电子技术的对于软开关控制装置的应用,能够有效改善这一状况,并合理针对噪音以及损耗问题进行控制,将电气控制中的各个电路进行重组,提升电力系统的稳定性。
(二)高压直流输电技术
对于电能的输出工作而言,其往往采用交流电压的方式,究其原因,是因为受到电能运输距离以及技术等相关因素的局限,但在采用交流电压进行电能输出的过程中,会导致较长的运输距离产生较大的电能消耗,并且难以实现对电能的有效控制,基于此,现阶段就可以采用高压直流输电技术实现对这一情况的改善,由此借助换流站的实际价值,从而实现交流电压向直流电压的转化,有效的推动电能运输工作的顺利开展,并在此基础上,借助多种电气设备,尽可能的降低运输过程中的能耗[2]。
(三)Pwm控制技术
在实际开展的电气控制过程中,对于脉冲的宽度实现调整改变,并在得到相应波形之后实现对第电力系统的调节目标可以通过PWM控制技术来落实,就目前掌握的情况来看,PWM控制技术是相对来说较为成熟的一种控制手段,其立足于面积等效理论基础上,已经得到了越来越多人的认同及运用,在其一系列优势的推动下,能够实现除电力系统中直流脉宽调整之外,能够充分发挥自身的运用价值,实现对于交变电流的控制。
(四)智能无功补偿装置
现存的电力系统中无功功率方面的问题,其主要包括两种类型,即容性无功以及感性无功,对于传统的无功补偿装置来说,其本身存在一系列弊端,从而导致无法保障电气系统的稳定性,而相较于这一装置,智能无功补偿装置,显然具有更高的应用优势,其能够在很大程度上实现对于谐波的一种,从而避免出现谐振的情况,有效提升了装置的稳定性,并且在职能无功补偿装置实际的运行过程中,其能够根据实际情况以及无功补偿需求实现感性无功以及容性无功之间的切换,有效优化控制系统,与此同时,若此过程中无人监管,还能够有效的针对无功率变化情况实现自动追踪处理,以此进一步提升了补偿的准确性,另一方面,在远距离电能输送的过程中,其也会相应产生无功功率,而智能无功补偿装置能够有效的抵消这一状态,从而为电能输送的质量以及品质提供支持与保障。
(五)有源滤波器
无功率补偿能够提高电力系统及负载的功率因数,减少系统中功率的损耗,能够对电压进行稳定,从而提高供电方面的质量。静止无功补偿装置包括:晶匣管控制电抗器(TCR)、晶匣管投切电容器(TSC)、静止同步补偿器、可控串联补偿装置(TCSC)等。晶匣管控制电抗器(TCR)中包括两个反并联的晶匣管、一个电抗器,这些器件之间是串联的关系,通过晶匣管触发延迟角的改变就能够控制电抗器电流的大小,从而实现对电抗器的基波无功功率的连续调节。晶匣管控制电抗器中的三相交流调压电流通常采用的是支路控制三角形的方式进行联结。
晶匣管投切电容器(TSC)是属于单相结构的,其中的小电感的作用是对电容器投入电网是可能出现的冲击电流进行抑制。晶匣管投切电容器的优点为无机磨损、响应快速、平滑投切、综合补偿效果高等。静止同步补偿器指的是利用电力半导体桥式变流器实现动态无功补偿的装置,该装置调节的速度较快、运行的范围较广。静止同步补偿器中的多重化、PWM技术等能够使补偿电流中的谐波的含量降低。静止同步补偿器的原理为通过并联的形式将自换相桥式电流联结在电网上,通过对输出电压的调节实现对无功电流的吸收或者发出,从而实现动态无功补偿。可控串联补偿装置(TCSC)中电控器是有晶匣管来控制的,主要的联结方式就是实现电容器与电控器之间的并联。通过晶匣管的导通角的调节来实现电抗器电流的改变,实现补偿装置基频等效电抗的变化。可控串联补偿装置不仅能够实现参数的补偿,还能够通过阻尼控制环境的加入来实现系统阻尼状况的改善,从而实现对低频振荡的有效抑制,使系统的静态稳定性与暂态稳定性提高。
2有源电力滤波器
有源电力滤波器的原理是对补偿对象进行检测,从而得到谐波电流的等分量,通过补偿装置来产生一个与谐波电流分量相等但是极性相反的补偿电流分量,通过对谐波电流的抵消来实现进入电网的电流是包含基波电流而没有谐波电流。有源电力滤波器谐波电流抵消的理论基础就是瞬时无功功率理论。有源电力滤波器的动态响应速度非常快,而且补偿功能多样化,在补偿的过程中补偿的特性不会受到电网阻抗的影响,因此是谐波电流抑制的一个重要的发展方向。有源电力滤波器中包含两部分,一部分是指令电流运算电路,另一部分是补偿电流发生电路。指令电流运算电路的作用是对补偿电流进行检测,从而得到其中谐波与无功电流的等分量,补偿电流发生电路使根据前者的检测结果产生实际的补偿电流。
3高压直流输电技术
高压直流输电主要的功能就是将发电厂输出的交流点经过换流器的作用之后转变为直流电,然后在将得到的直流电通过输电线路输送到受电端,达到受电端之后再将直流电逆变为交流电,之后再输送给用户使用。高压直流输电能够传输的功率较大,而且传输过程中所需线路的造价也较低,较为容易控制,因此在当前是高电压大容量、长距离输电、异步联网等输电过程中的重要手段。直流输电架空线路的成本非常小,而且损耗也较小,利用直流输电方法能够确保输电的稳定性,还能够将额定频率不同的电网进行互相联网。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。
4总结
【关键词】电力电子技术;发展;应用领域
一、概述
电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的,为了使电力电子装置的结构紧凑,体积减小,常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式,后来又把驱动,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PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。
二、电力电子技术的发展
随着电力半导体制造技求、徽电子技术、计算机技术,以及控制理论的不断进步,电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展,应用的领域将更加广阔。
1.整流器时代。整流器是一个整流装置,简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域,大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到很大发展。
2.逆变器时代。是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波)。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。上世纪七十到八十年代随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
3.变频器时代。是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。80年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。
三、现代电力电子的应用
1.计算机高效率绿色电源。绿色电脑就是一种安全、节能型电脑,绿色是一种环保称谓,其实质是将耗电量、原材料以及对健康和环境的危害力争减少到最低限度。绿色电源技术是业界探讨极为广泛的话题。随着“绿色电源”概念伴随“智能电网”一起涌现,我们发现此概念涵盖的范畴已经不仅是功耗。实际上它是设计社群与最终用户的一种观念变更。就最基本的层面而言,“绿色”表示高能效。
2.通信用高频开关电源。通信用高频开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止,将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压,转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多,所以开关变压器可以做的很小,而且工作时不是很热。
3.直流-直流(DC/DC)变换器。DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。
4.不间断电源(UPS)。不间断电源(即UPS),是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时,UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
5.变频电源。变频电源是将市电中的交流电经过ACDCAC变换,输出为纯净的正弦波,输出频率和电压一定范围内可调。它有别于用于电机调速用的变频调速控制器,也有别于普通交流稳压电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波(无失真)。变频电源十分接近于理想交流电源,因此,先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源,以便为用电器提供最优良的供电环境,便于客观考核用电器的技术性能。变频电源主要有二大种类:线性放大型和SPWM开关型。
6.高频逆变式整流焊机电源。高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
7.大功率开关型高压直流电源。上世纪80年代,高频开关电源技术迅速发展。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。
8.电力有源滤波器。电力有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿,之所以称为有源,是相对于无源LC滤波器,只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言,APF可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离,控制并主动输出电流的大小、频率和相位,并且快速响应,抵销负载中相应电流,实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功和不平衡。
9.分布式开关电源供电系统。分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。
四、电力电子设备和系统发展趋势
1.在未来一段时间内,以各种电力半导体器件为主功率器件的电力电子设备和系统将展开竞争且共同发展。晶闸管及其派生器件仍将垄断特大功率领域。
2.以IGBT为主功率器件的整流器和逆变器可提高效率、减小噪声,减轻设备的重量、减少体积,将广泛应用于工业(电机变频、电焊机,工业加热,电镀电源、贮能装置等)、家用电器(电磁炉,商用电磁炉,变频空调,变频冰箱等)和新能源等方面(风力发电,光伏发电、电动汽车等)等。
3.以IGCT为主功率器件的电力电子设备和系统将有可能逐步取代晶闸管。
4.以MOSFET为主功率器件的电力电子设备和系统将在中低功率领域发挥巨大的作用。
5.谐振变流器技术将广泛应用,新的控制技术及手段将在电力电子设备和系统中获得应用,并进一步提高电力电子设备和系统的性能和档次。
关键词 电力电子技术;应用;发展前景
中图分类号TM1 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)46-0078-02
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术,它对于电力领域有着非常重要的贡献,它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。在现阶段的发展背景下,电力电子技术可以理解为功率强大。它与传统的电子技术相比,改变了以往的发展模式,有着许多的优势和功能:它不仅能够通过功率较大的电流和承受高电压,而且能够在大功率的情况下,很好的解决器件发热、运行效率的问题,对于我国电力事业的发展意义重大。当前,电力电子技术的应用范围已经越来越广,对于人们的生活所产生的影响越来越大。本文主要针对当前电气工程领域的四大热点进行详细分析和探讨,分别为电气节能领域、新能源发电领域、电力牵引领域以及智能电网领域4个方面。
1 电力电子技术的应用
1.1 电气节能的应用
节能是当前社会发展的必然趋势。电气节能主要包括变频调速、电能质量控制、有源滤波等,当前阶段,在电气节能的应用中又以变频调速为主要研究内容。电机变频调速节能是当前工业节能发展的一个主要途径,在未来的发展时期,三大发展因素将会进一步促进电机变频调速行业的快速发展:一是变频器产品日趋成熟,应用范围越来越广,技术越来越新,企业投资产品的成本将会越来越低;二是电机变频调速节能的效果非常明显,具有广泛的社会效益,这样能够更好的调动企业生产的积极性;三是国家对重点耗能企业也会采取一系列措施,发展电气节能能够有效的降低企业能源消耗,减少资源浪费,为社会创造财富。
1.2 新能源发电的应用
当前,社会发展的速度越来越快,人们消耗的资源也越来越多,全球范围内的石油储量、煤炭资源总量逐步在减少。在传统能源逐步减少的同时,生态平衡也受到严重的破坏,环境污染日益严重。因此,新能源在未来的一段时期有很大的发展前景。现在通过新能源发电的方法越来越多,比如通过地面太阳能发电、风电等,其中太阳能光伏发电在上海世博会上被充分利用,这对于新能源的开发有很好的借鉴意义。上海世博会的太阳能发电项目不仅是我国当前规模最大、采用技术最多的项目,同时也是世博会历史上新能源发电技术的最大规模应用,可以说,新能源的世界已经离我们越来越近。新能源发电中的电力电子技术应用特点主要有:新能源在供给过程中能源供给随机性较大,比如风能、太阳能等都会随着天气的变化而变化,并对电网发电的要求比较高,在新兴的能源使用中,可以充分考虑海洋能等随意性不大的资源。
1.3 电力牵引的应用
电力牵引(electric traction)是利用电能为动力的轨道运输牵引动力形式。它是以电力系统或发电厂为电源,通过牵引变电所使电力系统受电,经过降压、变频成交流电源,由接触网向电力机车、动车组供电。比如电力机车或动车的牵引电动机将电能充分转换为机械能,驱动铁路列车运行,这给人们的生活提供了极大的方便。但电力牵引也存在一些不足,主要表现在增加了供电系统装置,使其一次性投资比其他牵引动力形式要高些,同时,电力机车在运行时,会产生高次谐波和负序电流,谐波的存在和高压接触网及其回流网的不对称,对沿线不平行接近的电信线路将产生干扰电压,对电力系统的安全、经济运行有一定的影响,对通信质量和人身安全也存在一定的影响。因此,需要采取有效措施进行防护和限制,要在以后的发展过程中不断改进技术,通过新技术来改进电力牵引的缺点,使其达到合理,为社会发展贡献力量。
1.4 智能电网的应用
智能电网,就是将电网进行智能化改造,它是建立在集成的高速双向通信网络的基础之上的,在运行的过程中,通过先进的传感和测量技术、控制技术以及先进的决策管理体系的应用,实现电网的可靠运输、实现经济、高效、环境友好和使用安全的目标。从更高的层次来讲,当前社会发展的电网变得比以往更大、更安全及更高能效,但其智能化程度仍旧较低,因此,其在未来的发展过程中有很好的发展前景。智能电网的核心就是智能电表。通过借助智能电表,电力事业机构能够知道用户在任意时间所使用的电能,便于他们根据用户的个性化需求提供针对性的服务,不断的满足社会的需求。
2 电力电子技术的未来发展前景
当前,电力电子技术的发展已经进入到各个领域,它在人们的生活中扮演着非常重要的角色,有着非常大的发展前景,这主要体现在以下几个方面:
1)新的材料进一步更新。随着社会经济的发展,人们生活水平越来越高,对于新材料的需求也会越来越高。同样,电力电子技术也会进一步加快研究步伐,将会扩大器件的频率研究、功率等级研究,会有效的降低器件的温度,减少器件体积,同时,成本将会大幅度下降,可以大大改进系统性能,扩大应用范围,使越来越多的领域受益;
2)改进器件和装置封装形式。在未来的发展前景中,电力电子技术将会对电力电子器件和装置形式不断进行改进,实现系统集成,减小各项生产成本,同时,通过新技术的运用使其获得更高的集成化和可靠性;
3)使用无需吸收电路并且关断延时小的集成门极换流晶闸管,这样可以有更多的器件来选择应用,特别是在一些大功率应用场合的器件选择时,选择的范围将会越来越广,给人们社会生活带来方便;
4)发展新型的全半导体变流系统。随着社会经济发展的迅速,社会在选择上越来越倾向于体积小、应用广的电子器件。因此,电力电子技术的发展将会在体积小、重量轻、损耗小、无功率的全半导体变流系统上做文章,不断加大设计力度和创新手法,满意日益增长的物质文化需要;
5)发明新型家用电器产品。随着低碳经济的提倡,人们在生活中越来越追求低碳的概念,低碳对于人们的生活有着非常重要的意义,现阶段,各种低碳产品已经逐步进入人们的视线和生活之中,新型汽车、新型电动车等低碳产品供不应求。因此,未来的电子器件的发展趋势将会进一步向家用电器延伸。
参考文献
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[2]张铭.电力电子技术在电力系统中的应用浅析[J].内蒙古石油化工,2010(8).
【关键词】电力系统 电力电子技术 应用
电力电子技术不是一项单一的技术,包含着电力、控制以及电子三方面的内容,是一项系统化、多样化的技术,主要的研究方向是电力变化,其主要目的是使得电力的交换与控制更加简易,方便人们日常生活。电力电子技术的运用十分广泛,根据统计数据显示,发达国家有超过60%的最终使用电能经过一次以上的变流装置处理。
1 电力电子技术的发展概述
变流技术包含电力电子设备的制造和电力电子的电路设计。这两个方面是电力电子技术的两个主要分支,电力电子器件的发展经过了3个阶段,分别是半控型、全控性以及复合型的发展过程,最后将保护电路、功率器件、驱动以及控制集成一起,形成集成电路(PIC),目前这种形式存在着功率较小的弊端,却是电力电力技术发展的一个十分重要的方向。
整流电路作为广泛应于电力电子电路设计的电路形式,具有一定的普适性,20世纪80年代之后,逆变电路成了主流,被广泛运用于电路设计当中,但是占主流地位的还是整流电路。电力电子电路向高频化趋势反向发展,像电路拓扑形式也不断涌现。同r微处理器的数字控制也不断发展,使得电子电力系统的控制技能发展到一个新的层次,渐渐取代了模拟控制,也是电力电子控制技术的一个新的发展方向。
电力系统的现代化是一个繁杂的过程,其实现绝对离不开电力电子技术的广泛应用。对于长距离、大容量输电,直流输电有着无可厚非的优势,其通过金闸管变流装置的作用实现其功能。除此之外,柔流输电也需要通过电力电子技术的相关装置才能实现其功能。在电力系统中,谐波抑制与无功补偿具有非凡的意义。晶闸管控制电抗器(TCR)以及晶闸管投切电容器(TSC)都是电力电子技术中重要的无功补偿装置。新型的电力电子装置,如源电力滤波器(APF)和静止同步补偿器(STATCOM)都具有更为强大的性能,更优越的无功补偿和谐波补偿的功能。电力电子装置在电力系统中的运用十分广泛,具有重大意义。
2 高压直流输电技术的应用
当交流电通过发电产传输出去,然后通过换流器整流交流电变成直流电,再经过输电线路的作用,将直流电输送至用电端,最后将直流电逆变为交流供电使用,这种技术形式我们就成为高压直流输电。其具有传输功率大、控制性能好以及线路造价低等优良特点,当前电力系统中,在高电压大容量、长距离输电以及异步联网方面存在着一些不足,高压直流输电技术可以有效的解决这个问题,直流电架空线路的高价低廉,能耗小,相比其他形式具有良好的稳定性,可以有效实行地下或者海底输电,容易实现不同电网的互联以及分级分期建设和增容扩建的优点。
3 有源电力滤波器
动态响应,高速度,功能多样和高稳定性是有源电力滤波器的优点,其有抑制谐波的作用,是当今电力电子发展的一个方向。有源电力滤波气的工作远离就是检测补偿对象,从而得到谐波电流的基本信息,最后产生一个等量的反极性电流分量,就可以和谐波电流相抵消,最后使得进入电网的电力仅仅含有基波。
有源电力滤波器包含两个部分,补偿电流发生电路与指令电流运算电路,两者相互作用,产生补偿电流,最后得到实际电量。
4 电子电力装置在电机中的运用
在水里发电机系统中,水力压力和流量是所能发出电流量的两个决定因素,因为机组的发电量会随着这两个因素的变化发生很大的变化;而在风力发电系统中,电量与风度的三次方呈正比,所以风力发电机所能发出的电量与风速密切相关。因此机组是变速运行的,如果想要获得最大的有效功率,就需要调整转子励磁电流的频率,使其与转子转速叠加后始终保持一个恒定输出频率。电子电力装置在水力、风力发电中的运用特别广泛,特别是在变速恒频励磁方面。同时,半导体晶闸管整流和并励性能相互构成的励磁系统,是一种高稳定性、造价低廉以及技术结构简易的优良特点,应在电力系统中不断推广,以实现快速调节等现代化手段。
5 静止无功补偿装置的应用
静止无功补偿装置具有较强的稳定性,电流的质量偏低一直是一个需要解决的问题,而静止无功补偿装置有效地解决了这一困境,以往交流电网设备落后却依然在交流电网中运用,要加大静止无功补偿装置的应用,以提高输电系统输送功率和潮流控制能力。
无功功率补偿系统的作用也是十分重要的,用电系统的和负载的功率因素过低是一个比较复杂的问题,无功功率补偿系统很好的解决这一问题,可以提高功率因素,进而降低了电力系统的功率损耗,设备的容量也得到明显的降低,静止无功补偿装置也是多种多样的,晶闸管投切电容器(TSC)、可控串联补偿装置(TCSC)以及晶闸管控制电抗器(TCE),各个装置有着各自不同的特点,各有所长。SVC可以运用在高压直流电换流中,其作用是充当系统补偿和负荷补偿,其在电路中会对真个系统进行无功补偿,同时也可以抑制大功率负荷的冲击,避免电压闪变和电压波动的状况。 TCR的基本单相结构由晶闸管和电抗器组成,其电路的基本构成也就两个反并联的晶闸管和一个电抗器串联,晶闸管可以出发延迟,从而调节电抗器通过电流大小,最后达到基波无功率的效果,联结三相交流调压电路呈三角形,是TCR电路设计中的一种基本形式。
6 结语
电力电子技术在电力系统中有广泛的运用,其可以优化电力系统,实现电力网络化,调节配电网潮流分配,保障可再生能源的大规模发电,提高电能质量,治理电网,是建设智能电网的基础性措施,从而发挥电力电子技术对电力发展的促进作用,使其长足发展,为电网的不断发展打下坚实的基础。
参考文献
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作者简介
安哲(1981-),男,河北省沙河市人。大学本科学历。现为邢台职业技术学院实验师。主要研究方向为电子电力。
论文摘要:电力电子技术正在不断发展,新材料、新结构器件的陆续诞生,计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持,在各行各业中的应用越来越广泛。电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜成绩。
1前言
电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程,它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代,柔流输电(FACTS)概念被提出后,电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注,多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。
2电力电子技术的应用
自20世纪80年代,柔流输电(FACTS)概念被提出后,电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注,多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节,列举电力电子技术的应用研究和现状。
2.1在发电环节中的应用
电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备,电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。
2.1.1大型发电机的静止励磁控制
静止励磁采用晶闸管整流自并励方式,具有结构简单、可靠性高及造价低等优点,被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。
2.1.2水力、风力发电机的变速恒频励磁
水力发电的有效功率取决于水头压力和流量,当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组),机组的最佳转速变随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比,风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率,可使机组变速运行,通过调整转子励磁电流的频率,使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。
2.1.3发电厂风机水泵的变频调速
发电厂的厂用电率平均为8%,风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%,且运行效率低。使用低压或高压变频器,实施风机水泵的变频调速,可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟,国内外有众多的生产厂家,并不完整的系列产品,但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多,国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。
2.2在输电环节中的应用
电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第”,大幅度改善了电力网的稳定运行特性。
2.2.1直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDCLight)技术
直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点,对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网,高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器,标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。
2.2.2柔流输电(FACTS)技术
FACTS技术的概念问世于20世纪80年代后期,是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术,可实现对交流输电功率潮流的灵活控制,大幅度提高电力系统的稳定水平。
20世纪90年代以来,国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小,设备结构简单,控制方便,成本较低,所以较早得到应用。2.3在配电环节中的应用
配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求,还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用,即用户电力(CustomPower)技术或称DFACTS技术,是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版,其原理、结构均相同,功能也相似。由于潜在需求巨大,市场介入相对容易,开发投入和生产成本相对较低,随着电力电子器件价格的不断降低,可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。
2.4在节能环节的运用
2.4.1变负荷电动机调速运行
电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面,通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面,只有将二者结合起来,电动机节电方较完善。目前,交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速,我国正在推广应用中。
变频调速的优点是调速范围广,精度高,效率高,能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小,定子、转子的铜耗也不大,节电率一般可达30%左右。其缺点主要为:成本高,产生高次谐波污染电网。
2.4.2减少无功损耗,提高功率因数
在电气设备中,变压器和交流异步电动机等都属于感性负载,这些设备在运行时不仅消耗有功功率,而且还消耗无功功率。因此,无功电源与有功电源一样,是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡,否则,将会使系统电压降低,设备破坏,功率因数下降,严惩时会引起电压崩溃,系统解裂,造成大面积停电事故。所以,当电力网或电气设备无功容量不足时,应增装无功补偿设备,提高设备功率因数。