電力電子技術在電力傳輸系統(tǒng)及在高壓電器中的應用已十分廣泛，已經(jīng)顯示出它越來越重要的作用。這里所說的“高壓”應在6KV以上。
主要應用領域為：
1、高壓交、直流輸電;
2、靜止型動態(tài)無功補償裝置SVC;
3、高壓電機軟啟動;
4、高壓直流電源及高壓變頻;
一、高壓交、直流輸電
現(xiàn)代電子技術、控制技術、計算機技術等與傳統(tǒng)電力技術的融合產生了發(fā)展前景廣闊的電力電子技術。電力電子技術在高壓直流輸電(HVDC)、靜止無功補償器(SVC)等領域已有廣泛的應用。八十年代后期，為了充分利用已有的輸電設備、有效地控制系統(tǒng)潮流分布、提高對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制能力，提出了‘靈活交流輸電技術(FACTS)’并得到了很快發(fā)展，F(xiàn)ACTS裝置的目的都是通過利用大功率電力電子器件的快速響應能力，實現(xiàn)對電壓、有功潮流、無功潮流等的平滑控制，從而在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力，改善電壓質量，達到最大可用性、最小損耗、最小環(huán)境壓力、最小投資和最短的建設周期的目標?？煽卮a(TCSC)、新型無功發(fā)生器(STATCOM)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等工業(yè)樣機相繼投運。九十年代中期，為解決日益突出的電能質量問題，國外又提出了‘定制電力(Custom Power)’技術，即把電力電子技術用在配電領域。屬于這類技術的新型電力設備，如配電用新型靜止無功補償器(DSTATCOM)、動態(tài)電壓恢復器(DVR)、靜止開關(SSB)等也相繼投運。我國對電力電子技術的研究經(jīng)過40多年的努力，特別是近十多年的迅速發(fā)展，在部分領域已經(jīng)初步形成了分析研究、試驗仿真、設備制造、系統(tǒng)集成的能力，但整體技術與國際先進水平相比還有較大的差距。
我國電網(wǎng)現(xiàn)狀迫切需要上述各項技術，因為：
⑴ 我國電網(wǎng)面臨的主要問題應該是大幅度提高電網(wǎng)的大容量、遠距離輸電能力。其次，要增強電網(wǎng)的安全可靠性以及改善電能質量;再次，經(jīng)濟性和環(huán)境問題。然而，當前要實現(xiàn)大規(guī)模輸電面臨諸多技術困難;大區(qū)電網(wǎng)強互聯(lián)的格局尚未形成;電網(wǎng)建設滯后，瓶頸增多，威脅電網(wǎng)安全;取得線路走廊和變電站站址日益困難。這些已成為當前亟待解決的關鍵問題。
⑵ 電壓穩(wěn)定問題日益突出。以京滬穗電網(wǎng)為例，我國大型負荷中心存在的主要問題是：電廠少，使得動態(tài)無功支撐日益不足;恒定功率負荷遞增，不利于電壓的恢復，從而引起電壓穩(wěn)定問題。
⑶ 全國電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，形成總裝機容量超過1.4億千瓦，南北距離超過4600公里的超大規(guī)模同步的交流系統(tǒng)。目前，整個互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問題比較突出。聯(lián)網(wǎng)后局部故障(事故)影響范圍擴大，將可能波及鄰近電網(wǎng)，在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應。可能造成整個電網(wǎng)動態(tài)品質的惡化。增加了電網(wǎng)運行安全控制的復雜程度。
先進電力電子技術是將大功率電力電子開關器件的制造技術、現(xiàn)代控制技術和傳統(tǒng)電網(wǎng)技術實現(xiàn)了有機的融合，已經(jīng)成為超高壓直流輸電、靈活交流輸電、大容量抽水蓄能電站、短路電流限制、節(jié)能降耗等現(xiàn)代電網(wǎng)技術和裝備的核心。它主要包括直流輸電(HVDC)技術、柔性(靈活)交流輸電(FACTS)和定制電力技術(Custom Power)?？梢灶A計，這幾項技術的發(fā)展將會導致電力系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化，大幅度提高輸電線路的輸送能力和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，大大提高系統(tǒng)的可靠性、運行靈活性。
1、高壓直流輸電(HVDC)技術
高壓直流輸電的應用場合歸納以下兩大類：
⑴ 在不同頻率的聯(lián)網(wǎng)、因穩(wěn)定問題而難以采用交流、遠距離電纜輸電等，這些技術上交流輸電難以實現(xiàn)而只能采用直流輸電的場合。
⑵ 在技術上兩種輸電方式均能實現(xiàn)，但直流比交流的技術經(jīng)濟性能好。
自1954 年瑞典哥特蘭的世界上第一項高壓直流輸電工程投運以來,高壓直流輸電技術已隨著電力電子技術的突飛猛進而飛速發(fā)展, 直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調節(jié)靈活等優(yōu)點，對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨特的優(yōu)勢。已作為高壓交流輸電技術的有力補充而在全世界廣泛應用。我國幅員遼闊,西電東送、南北互供的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略
目前全世界眾多直流輸電工程中具有代表性的工程有：
• 巴西伊泰普直流輸電工程( Itaipu HVDC transmission project)，世界上已建成投運的輸電電壓最高(±750kV)、輸送功率最大(6000MW)的直流輸電工程。
• 魁北克—新英格蘭直流輸電工程(Quebec—New England HVDC transmission project)，世界上最大的多端(5個換流站)直流輸電工程。
我國的直流輸電工程發(fā)展迅速，已投入運行的大型工程有：
• 葛洲壩—上海直流輸電工程(1990 年)±500kV，1200MW，1064km。它既是我國第1 條長距離大容量高壓直流輸電線路,又是區(qū)域電網(wǎng)直流互聯(lián)工程。中國電力從此進入交直流混合輸電的時代。
• 三峽—常州直流輸電工程第1 條從三峽左岸至江蘇常州, ±500kV，3000MW，890km，第2 條從三峽右岸至上海地區(qū),額定容量3 GW ,額定電壓±500 kV ,送電距離1 000 km。
• 三峽—廣州直流輸電工程(2004 年)±500kV，3000MW，962km
直流輸電已是成熟技術，造價較高是其與交流輸電競爭的不利因素。新一代的直流輸電是指進一步改善性能、大幅度簡化設備、減少換流站的占地、降低造價的技術。直流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)(Light HVDC)，它采用GTO、IGBT等可關斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競爭。此外，可關斷的器件組成換流器，由于采用可關斷的電力電子器件，可以免除換相失敗，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺、海島)的供電。輕型直流輸電系統(tǒng)(Light HVDC)應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。
2 、柔性(靈活)交流輸電(FACTS)技術
隨著電力電子元件單件容量向大功率及高電壓的迅速發(fā)展,出現(xiàn)了一類為適應電力系統(tǒng)向遠距離、大容量送電,需要對其參數(shù)實施快速控制的設備—柔性交流傳輸設備(Flexible ACT ran smission Systems , 簡稱為FACTS) , FACTS 技術的概念問世于20 世紀80 年代后期，是一項基于電力電子技術與現(xiàn)代控制技術，對交流輸電系統(tǒng)的實施靈活快速調節(jié)的輸電技術。它是利用大功率電力電子器件的快速響應能力，實現(xiàn)對電壓、阻抗、相位、有功潮流、無功潮流等的平滑控制。在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力、增大送電容量，改善電壓質量，達到最大可用性、最小損耗的目標。FACTS提高了交流電網(wǎng)運行可控性，增強其抗御事故的能力。
FACTS技術經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，第一代FACTS技術，如可控串補(TCSC)、靜止無功補償器(SVC)等是基于自換相的半控器件(如晶閘管)的FACTS裝置，第二代、第三代FACTS裝置都是基于可關斷器件GTO、IGBT、IGCT等組成的變流器，包括靜止無功發(fā)生器(STATCOM)、靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)和相間功率控制器(IPFC)等。
據(jù)日本研究, 對于跨距150 km 的輸電系統(tǒng), 熱容量極限為6 600 MW , 常規(guī)送電額定容量為3 700MW , 裝設FACTS 設備后, 不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性, 而且可使送電容量增加到4 500MW。與新建線路相比, FACTS 設備投資及安裝費用少, 還有利于環(huán)境保護。
新研制成功并應用于紐約電力系統(tǒng)中的轉換靜止補償器(CSC)，證明FACTS功能已從“單個輸電的控制器間接作用于全電網(wǎng)”的階段，進入了“直接控制多回輸電更有效地作用于全電網(wǎng)”階段。如果在三峽升壓變電站和出線上安裝大功率CSC，可瞬時控制向多個方向輸送的功率，從而快速控制大電網(wǎng)。FACTS裝置在未來輸配電系統(tǒng)中抗拒大事故發(fā)生及其連鎖發(fā)展中具有更有效的作用。
盡管柔性交流輸電技術已在多個輸電工程中得到應用，并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩、快速調節(jié)系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的優(yōu)越性能，但其推廣應用的進展步伐比預期的要慢。主要原因之一是工程造價比常規(guī)的解決方案高，因此，只有在常規(guī)技術無法解決的情況下，用戶才會求助于FACTS技術;另外，F(xiàn)ACTS技術還需要進一步完善。目前FACTS技術的應用還局限于個別工程，如果大規(guī)模應用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術問題，例如：多個FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調配合問題，F(xiàn)ACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護的銜接問題，F(xiàn)ACTS控制納入現(xiàn)有的電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)問題等等。隨著電力電子器件的性能提高和造價降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價會降低，在不久的將來會比常規(guī)的輸配電方案更具競爭力。
3、定制電力(Custom Power)技術
定制電力是指將電力電子裝置或稱靜態(tài)控制器，用于1kV到35kV的配電系統(tǒng)，以向對電能質量敏感的用戶所提供的電力達到用戶所需可靠性水平和電能質量水平。定制電力設備(或稱控制器)采用先進的大功率可關斷電力電子器件(如IGBT、IGCT、IEGT等)和數(shù)字信號處理器(DSP)測控技術，來實現(xiàn)對供電電壓的動態(tài)調節(jié)和補償。定制電力技術(CP，Custom Power)主要用于配電系統(tǒng)故又稱為配電靈活交流輸電(DFACTS)技術。
定制電力技術所要解決的問題主要是電網(wǎng)中普遍存在的“電壓跌落”。電能質量調查顯示：在所有配電系統(tǒng)事故中，電壓跌落占70%-80%;而在輸電系統(tǒng)事故中，電壓跌落所占的比例超過96%。定制電力技術所解決的電能質量問題主要源于電力系統(tǒng)故障，其受影響的用戶往往對電能質量和供電可靠性較一般用戶有更高的要求。一次電能質量事故將導致嚴重的經(jīng)濟損失或重大的社會影響。目前在歐美各國對電壓跌落的關注程度比其它有關電能質量問題的關注程度要大得多，在我國，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電壓跌落和短時斷電的影響也逐漸引起了供電公司、用戶及制造廠商的關注，特別是在一些高科技園區(qū)、大型醫(yī)院、電信、銀行、軍工和重要的政府部門等。
自二十世紀八十年代末，國外便開始了定制電力技術措施的專題研究，并陸續(xù)地推出了相應的固態(tài)切換開關(STS)、靜態(tài)電壓調整器(SVR)、靜態(tài)串聯(lián)補償器(SSC)、配電無功發(fā)生器(DSTATCOM)等產品化裝置，并進行能量儲存技術、靜態(tài)電壓調整技術、故障電流限制器、有源濾波及統(tǒng)一電能質量調節(jié)器(UPQC)等技術的研發(fā)和工程示范。這些技術的應用電壓等級均為6&O1566;35kV。其中，STS的最大短路電流達25kA，響應時間小于1個周波，最大容量達6.9MVA;SSC的響應時間小于1/4周波，最大容量達10MVA，采用電容器或超導儲能;DSTATCOM的響應時間小于1/4周波，最大容量達20MVA，采用電容儲能。
其中應用晶閘管閥體為主要部件的串聯(lián)補償(SSC)主要針對源自配電系統(tǒng)的電壓驟降和突升。
二、靜止型動態(tài)無功補償裝置SVC
1，當前電網(wǎng)存在的問題
隨著現(xiàn)代電力電子設備和非線性負荷的大量應用,使電網(wǎng)供電質量受到嚴重影響,尤其是各種電力電子開關器件的大量應用和負載的頻繁波動是最主要的干擾源,對電網(wǎng)的穩(wěn)定造成一系列不良影響:
⑴ 功率因數(shù)低，增加電網(wǎng)損耗，降低效率，降低輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性;
⑵ 產生的無功沖擊引起電網(wǎng)電壓降低，電壓波動及閃變，甚至電壓崩潰。嚴重時導致傳動
裝置及保護裝置無法正常工作甚至停產;
⑶ 導致電網(wǎng)三相不平衡，產生負序電流使電機轉子發(fā)生振動;
⑷ 電容器組諧振及諧波電流放大，使電容過負荷或過電壓，甚至燒毀;
⑸ 增加變壓器損耗，引起變壓器發(fā)熱;
⑹ 導致電力設備發(fā)熱，電機力矩不穩(wěn)甚至損壞;
⑺ 加速電力設備絕緣老化，易擊穿;
2，靜止型動態(tài)無功補償裝置SVC結構與功能
針對上述問題，世界各國目前普遍采用TCR型靜止型動態(tài)無功補償裝置SVC，用以消除無功沖擊，濾除高次諧波，平衡三相電網(wǎng)。
SVC(Static Var Compensator)由晶閘管控制電抗器(TCR)和無源濾波器(FC)構成，是一種并聯(lián)連接于電網(wǎng)當中，根據(jù)負荷的工作狀態(tài)快速、自動調節(jié)系統(tǒng)無功功率的補償裝置。主要功能是提高輸電線路供電穩(wěn)定性，抑制電壓波動、閃變，濾除高次諧波，改善功率因數(shù)、改善三相不平衡。
如圖1所示，無源濾波器FC裝置和TCR裝置并聯(lián)接入電力系統(tǒng)中。FC濾波器組主要由電力電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、刀閘、電流互感器、斷路器等主要一次元件組成。根據(jù)不同的負載情況設計成若干條LC濾波器。其中串聯(lián)電抗器與電容器串聯(lián)諧振于特定諧波頻率，對特定諧波呈現(xiàn)低阻，實現(xiàn)諧波濾除功能。同時，對50Hz工頻呈現(xiàn)容性，在SVC系統(tǒng)中提供容性無功。TCR支路主要由相控電抗器、穿墻套管、避雷器、晶閘管閥組、刀閘、斷路器、線電流互感器、相電流互感器等主要一次元件組成。TCR采用三角形接線，其中每相電抗器分裂成兩個，分別位于閥組兩側，可減小相控電抗器短路時的短路電流。晶閘管閥組可受控改變流過相控電抗器的電流，實現(xiàn)調節(jié)TCR電流的作用。晶閘管閥組作為TCR的核心部件，其快速開斷能力是實現(xiàn)快速動態(tài)調節(jié)無功的基礎。在所有一次設備中，其結構也最為復雜，是TCR核心技術之一。晶閘管閥組由晶閘管元件、晶閘管電子板等組成。晶閘管電子板也被稱為TE板，實現(xiàn)電光電觸發(fā)方式。SVC控制系統(tǒng)與閥組的聯(lián)結采用光纖方式，可有效隔離高低電位，減少閥組對控制系統(tǒng)產生的傳導性干擾。
TCR裝置跟隨負載的變化快速調整與相控電抗器連接的晶閘管導通角，通過改變晶閘管導通角的大小使相控電抗器輸出大小可調的感性無功功率，來維持或控制功率因數(shù)為1或其它設定值。
控制原理公式表述如下：
負載所需的無功功率+TCR提供的無功功率—FC提供的無功功率=0(設定常數(shù))。
三、高壓大功率靜止無功發(fā)生器SVG
作為無功補償領域的另一重要分支，SVG是當前世界上最先進也是最復雜的補償技術產品，在響應速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限、降低諧波和減少占地面積等多方面具有更加優(yōu)越的性能。由于區(qū)域電網(wǎng)的容量越來越大，這就要求補償裝置的容量也相應增大。在幾百MVA級的無功補償系統(tǒng)中，常用的方案是將SVG與SVC相結合，充分發(fā)揮SVG的快速特性和SVC的穩(wěn)態(tài)性能，使系統(tǒng)在補償特性、造價、可靠性等方面達到最優(yōu)。
1，SVG (STATC OM)原理
SVG是當今無功補償領域最新技術的代表。SVG并聯(lián)于電網(wǎng)中，相當于一個可變的無功電流源，其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償系統(tǒng)所需無功功率。由于SVG的響應速度極快，所以又稱為靜止同步補償器(Static Synonous Compensator, 簡稱STATCOM)。
SVG的基本原理(見圖2)是利用可關斷大功率電力電子器件(如IGBT)組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{節(jié)橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>
2，SVG的功能
目前最理想的方案就是采用SVG，用以提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，增加輸電能力，消除無功沖擊，濾除諧波，平衡三相電網(wǎng)。
⑴ 提高線路輸電穩(wěn)定性
在長距離輸電線路上安裝SVG裝置，不但可以在正常運行狀態(tài)下補償線路的無功損耗，抬高線路電壓，提高有效輸電容量，而且可以在系統(tǒng)故障情況下提供及時的無功調節(jié)，阻尼系統(tǒng)振蕩，提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性。
⑵ 維持受電端電壓，加強系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性
對于負荷中心而言，由于負載容量大，又沒有大型的無功電源支撐，因此容易造成電網(wǎng)電壓偏低甚至發(fā)生電壓崩潰的穩(wěn)定事故。而SVG具有快速的無功功率調節(jié)能力，可以維持負荷側電壓，提高負荷側供電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。
⑶ 補償系統(tǒng)無功功率，提高功率因數(shù)，降低線損，節(jié)能降耗
電力系統(tǒng)中的大量負荷，如異步電動機、電弧爐、軋機以及大容量的整流設備等，在運行中需要大量的無功;同時，輸配電網(wǎng)絡中的變壓器、線路阻抗等也會產生一定的無功，導致系統(tǒng)功率因數(shù)降低。
對電力系統(tǒng)而言，負荷的低功率因數(shù)會增加供電線路的能量損耗和電壓降落，降低了電壓質量。同時，無功也會導致發(fā)電、輸電、供電設備的利用率降低;對于電力用戶而言，低功率因數(shù)會增加電費支出，加大生產成本。
⑷ 抑制電壓波動和閃變
電壓波動和閃變主要是負荷的急劇變化引起的。負荷的急劇變化會導致負荷電流產生對應的劇烈波動，劇烈波動的電流使系統(tǒng)電壓損耗快速變化，從而引起受電端電網(wǎng)電壓閃變。引起電壓閃變的典型負荷有電弧爐、軋鋼機、電力機車等。
SVG能夠快速地提供變化的無功電流，以補償負荷變化引起的電壓波動和閃變現(xiàn)象。
目前，抑制電壓波動和閃變的最佳方案是采用SVG。
⑸ 抑制三相不平衡
配電網(wǎng)中存在著大量的三相不平衡負載，典型的如電力機車牽引負荷和交流電弧爐等。同時，線路、變壓器等輸配電設備三相阻抗的不平衡也會導致電壓不平衡問題的產生。
SVG能夠快速地補償由于負載不平衡所產生的負序電流，始終保證流入電網(wǎng)的三相電流平衡，大大提高供用電的電能質量。
⑹ 面向電網(wǎng)應用多種補償功能
抑制系統(tǒng)振蕩，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，為電網(wǎng)安全保駕護航。
由于區(qū)域電網(wǎng)的容量越來越大，這就要求補償裝置的容量也相應增大。在幾百MVA級的無功補償系統(tǒng)中，常用的方案是將SVG與SVC相結合，充分發(fā)揮SVG的快速特性和SVC的穩(wěn)態(tài)性能，使系統(tǒng)在補償特性、造價、可靠性等方面達到最優(yōu)。
3，SVG-優(yōu)勢
SVG是目前最為先進的無功補償技術，基于電壓源型變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式質的飛躍。它不再采用大容量的電容、電感器件，而是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現(xiàn)無功能量的變換。從技術上講，SVG較傳統(tǒng)的無功補償裝置有如下優(yōu)勢：
⑴ 響應速度更快
SVG響應時間：≤5ms。
傳統(tǒng)靜補裝置響應時間： ≥10ms。
SVG可在極短的時間之內完成從額定容性無功功率到額定感性無功功率的相互轉換，這種無可比擬的響應速度完全可以勝任對沖擊性負荷的補償。
⑵ 電壓閃變抑制能力更強
SVC對電壓閃變的抑制最大可達2：1，SVG對電壓閃變的抑制可以達到5：1，甚至更高。SVC受到響應速度的限制，其抑制電壓閃變的能力不會隨補償容量的增加而增加。而SVG由于響應速度極快，增大裝置容量可以繼續(xù)提高抑制電壓閃變的能力。
⑶ 運行范圍更寬
SVG能夠在額定感性到額定容性的范圍內工作，所以比SVC的運行范圍寬很多。更重要的是，在系統(tǒng)電壓變低時，SVG還能夠輸出與額定工況相近的無功電流。
⑷ 補償功能多樣化
SVG不僅具有快速補償系統(tǒng)無功功率的目的，還能夠根據(jù)用戶實際需要，對負荷諧波電流、負序電流等電能質量問題進行綜合補償。
⑸ 諧波含量極低
SVG采用了PWM技術、三電平技術和多重化技術，不僅自身產生的諧波含量極低，還能夠對負載的諧波和無功進行補償，實現(xiàn)有源濾波的功能，真正做到多功能化。
⑹ 占地面積小
由于無需高壓大容量的電容器和電抗器做儲能元件，SVG的占地面積通常只有相同容量SVC的50%。
四、高壓電機軟起動
1，中、高壓(6～10 kV)電機常用的起動方法
交流電動機是在各種領域中應用最為廣泛的電動機，為解決交流電動機在起動過程中對電網(wǎng)、機械的沖擊，人們采取過很多辦法，傳統(tǒng)的有串電阻起動、串電抗器起動、星—角轉換起動、自耦降壓起動、變頻起動等。
用晶閘管控制的電機軟起動裝置是利用晶閘管反并聯(lián)、調節(jié)晶閘管的導通角達到交流調壓的目的，為解決在空載和輕載時交流異步電動機功率因數(shù)過低的問題，此技術得到了應用。后來又引入電流反饋技術，使該項控制水平大幅度提高，得到廣泛的采用。
2，電機軟起動的好處
⑴ 可減小對電網(wǎng)的沖擊，可降低變壓器的容量
普通鼠籠式電動機在空載全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍。當電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降。采用軟起動后起動電流可降為額定電流的1.5～3倍，可大大降低電網(wǎng)電壓的波動率。
⑵ 可減小對電機的傷害，延長電機壽命
電動機直接全壓起動時的大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力，引起電機故障。軟起動時的電動力是其四分之一。可見效果是非常明顯的。
電動機直接全壓起動時的大電流會使定轉子繞組產生大量的焦耳熱。燒損繞組絕緣，降低電機壽命。軟起動可以大大降低發(fā)熱量。提高電機壽命。
電機直接全壓起動時，會產生操作過電壓，在最不利的情況下過電壓會達到額定電壓的5倍，這對電機絕緣將造成極大的傷害。
⑶ 可減小對機械的傷害，延長機械壽命
軟起動時電機緩慢加速，力矩逐步加大，有利于潤滑油脂的充分到位，還免除了干磨現(xiàn)象。這些都極大程度地減小了對電機的傷害，有利于提高機械設備的壽命。
3，晶閘管的耐壓問題
在高壓電機軟啟動中使用的晶閘管也因單只晶閘管耐壓不夠要串聯(lián)運行，有如上述TCR中晶閘管閥組那樣。當晶閘管的額定電壓小于實際要求時，可以用兩個以上同型號器件相串聯(lián)。理想串聯(lián)希望各器件承受電壓相等，但實際上因器件特性之間的差異，一般都會存在電壓分配不均勻的問題。串聯(lián)的器件流過的漏電流總是相同的，但由于靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件所承受的電壓是不等的。承受的電壓高的器件將首先達到轉折電壓而導通，使另一個器件承擔全部電壓也導通，兩個器件都失去控制作用。同理，反向時，因伏安特性不同而不均壓，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿。這種由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓問題稱為靜態(tài)不均壓問題。
為達到靜態(tài)均壓，首先應選擇參數(shù)和特性盡量一致的器件，此外可以采用電阻均壓。
由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓稱為動態(tài)不均壓。為達到動態(tài)均壓，同樣首先應選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件，另外，還可以用RC并聯(lián)支路做動態(tài)均壓。對于晶閘管來講，采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減少器件開通時間上的差異。
4，軟起動裝置性能的比較
目前國內外的中高壓軟起動產品主要有兩種，一種為應用高壓變頻器軟起動另一種應用可控硅做軟起動，在此筆者簡要的介紹一下兩種裝置的性能。
⑴ 高壓變頻器軟起動
變頻器裝置主要是用在交流電機的調速上，具有明顯的節(jié)能效果。如果把變頻裝置用來做軟起動，在整個起動過程中電機不會有過流現(xiàn)象，對起動轉矩大的負載，具有很好的起動性能。但對于起動轉矩小的，這一優(yōu)點則表現(xiàn)不出來。
⑵ 晶閘管軟起動
此種方法有兩種結構，一是將晶閘管直接串聯(lián)應用(3a)、二是開關變壓器技術(3b)，此兩種方式主電路形式如下：
圖3a中電路清晰結構簡單，但存在元件參數(shù)一致性要求及輸出諧波問題，雖有占地空間較小的優(yōu)勢但安全穩(wěn)定性堪憂。
圖3b中電路結構很清晰，與a相比雖有占地空間稍大問題，但不存在參數(shù)一致性要求也不存在輸出諧波污染問題，安全穩(wěn)定。
就目前電力電子器件的情況來說b更有技術優(yōu)勢，但隨著電力電子技術不斷的升級改進，在軟起動領域中3b最終將被3a所取代。
五、晶閘管閥組
高壓晶閘管閥組是TCR中十分重要的部件。根據(jù)SVC的電壓要求，采用若干個晶閘管串聯(lián)而成，使其耐壓水平達到SVC要求。晶閘管閥組中還有散熱器、均壓/阻尼電容器和電阻器、高電位觸發(fā)板和支撐架等。要求散熱器和晶閘管一隔一的排列，以便每個晶閘管都能均勻地得到散熱。晶閘管閥組散熱采用水冷散熱器或熱管散熱器。
串聯(lián)后的晶閘管耐壓要留有足夠大的裕量。例如單相10kV晶閘管閥組單臂半波共串聯(lián)10個6500V晶閘管元件。單相6kV晶閘管閥組單臂半波共串聯(lián)6個6500V晶閘管元件。要求晶閘管，開通、觸發(fā)特性一致性好，高溫特性優(yōu)良，適合多只串聯(lián)使用。串聯(lián)后的晶閘管要有均壓措施、過壓保護，和丟脈沖保護等功能。晶閘管閥層采用擊穿二極管(BOD)進行快速保護。由于每個晶閘管處于不同的電位，為實現(xiàn)高低電位完全隔離，要求觸發(fā)板自取能，可控硅觸發(fā)電路采用光電轉換裝置，光信號觸發(fā)。觸發(fā)器的同步信號取自電網(wǎng)電壓，經(jīng)同步變壓器降壓，光耦后作為同步信號。觸發(fā)器接到觸發(fā)命令后,產生寬脈沖的觸發(fā)命令，再通過光纖傳遞給脈沖功放產生脈沖列信號，經(jīng)過磁隔離變壓器隔離，觸發(fā)晶閘管。磁隔離脈沖變壓器提供同一組晶閘管閥串相同的觸發(fā)脈沖信號,即觸發(fā)脈沖信號同時開始、同時停止,以保證閥串同時導通。并且磁隔離變壓器起到低壓控制回路與中壓主回路絕緣、隔離的作用。專門用于多個晶閘管串聯(lián)系統(tǒng)的特種脈沖變壓器,可滿足3-12個晶閘管串聯(lián)同時觸發(fā)的需要。其結構和工藝上保證了多繞組輸出脈沖的上升沿時間誤差小于0.2μs，脈沖上升沿陡度可達2A/μs，適合觸發(fā)電流容量在50～4000A范圍內的晶閘管。良好的性能，保證了觸發(fā)系統(tǒng)的安全性,可靠性和穩(wěn)定性。
晶閘管閥組就是晶閘管的串聯(lián)運行的組件。除了它在TCR中應用外，在高壓領域應用十分廣泛，例如：高壓直流輸電、高壓電機軟起動、各種高壓直流電源等。
編后語
本文未就對“高壓直流電源及高壓變頻”進行討論。因高壓直流電源范圍很寬、原理各異，擬另文討論。高壓變頻器就目前來看屬低壓變頻器輸出串聯(lián)，為另一設計思路。
應該說明本文是匯集了若干相關報道文章精華，重新編寫的摘要匯編，以便需要者能“一目了然”，了解概貌。在此順向原報道者致謝!
編者簡介：朱英文：(1939- )，高級工程師，現(xiàn)任北京京儀椿樹整流器有限責任公司技術顧問，中國電力電子產業(yè)網(wǎng)特約顧問，主要研究電力半導體器件的設計、制造、應用中的熱設計和電力半導體器件主回路結構設計。曾參與專業(yè)詞典、書籍的編寫、翻譯等工作。主要成果有：“無刷勵磁發(fā)電機用旋轉整流管設計和制造”，“晶閘管芯片球面磨角工藝”“大功率半導體器件用散熱器風冷熱阻計算方法”等
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