電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬恒

摘要：電力系統(tǒng)作為我國民用、工用、商用重要的能源依靠，對(duì)我國社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展，經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步提高起著重要的支撐作用。電力電子裝置作為當(dāng)前智能化電網(wǎng)系統(tǒng)的核心，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展有著直接的影響力，本文針對(duì)電力電子裝置在電廠發(fā)電、能源傳輸、儲(chǔ)能后備等主要方面的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性的概述并總結(jié)。

1 引言

近年來，我國電力系統(tǒng)發(fā)展迅速并且趨于智能化、自動(dòng)化、高效化等方向集中發(fā)展，在其中，電力電子裝置技術(shù)的不斷升級(jí)是促使電力系統(tǒng)在以上方面不斷進(jìn)步的根本動(dòng)力，我國各個(gè)研究機(jī)構(gòu)當(dāng)前在電力電子裝置領(lǐng)域也加大了研發(fā)投入。目前，在我國電網(wǎng)組網(wǎng)中，電力電子裝置主要應(yīng)用于供需用電轉(zhuǎn)換、功率互配、可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電以及交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)之間的互聯(lián)并網(wǎng)等方面。本文就當(dāng)前電力電子裝置對(duì)于電力系統(tǒng)性能的提升與改善進(jìn)行系統(tǒng)性的論述與總結(jié)。

2 電力系統(tǒng)中電力電子裝置的主要應(yīng)用

2.1 電力電子裝置在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力電子裝置作為發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的一部分，在發(fā)電機(jī)組中，電力電子裝置可以有效提升發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；此外，在水力發(fā)電廠中，電力電子裝置可以肩負(fù)起對(duì)水利發(fā)電過程中水流量以及壓強(qiáng)的控制，為實(shí)現(xiàn)在不同條件下的發(fā)電控制提供了極大的幫助[1]；當(dāng)前由于傳統(tǒng)能源發(fā)電面臨著環(huán)境污染以及能源枯竭等因素，新能源發(fā)電諸如光伏發(fā)電站近年來發(fā)展迅速，而在其中，電力電子裝置（如逆變器、濾波器、光伏陣列組件等）作為光伏電站的控制中樞，具有著重要的戰(zhàn)略地位。

2.2 電力電子裝置在電能儲(chǔ)存方面的應(yīng)用

電能儲(chǔ)備的作用在于應(yīng)對(duì)用電高峰期的時(shí)候有充足的后備能源供應(yīng)能力，這對(duì)保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，也是作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展、居民用電正常的必要后盾。在我國的電能儲(chǔ)備方案中，抽水儲(chǔ)能方案運(yùn)用廣泛，而電力電子裝置作為可以實(shí)現(xiàn)抽水儲(chǔ)能中抽水速度控制的手段，在抽水儲(chǔ)能過程中占據(jù)中重要的地位，其工作原理大致是：由于在水力發(fā)電的抽水儲(chǔ)能過程中，隨著水流的不斷變化，上下流水位落差高度也隨著發(fā)生變化，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，如果按照一定的抽水速度進(jìn)行運(yùn)行，將直接導(dǎo)致效率的大大降低，而電力電子裝置則可以根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)變化其工作轉(zhuǎn)子的頻率與幅值的大小進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能水電站在不同狀況下的工作狀態(tài)。

此外，電力電子裝置在空壓儲(chǔ)能上面也有著極為廣泛的應(yīng)用[2]。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的用電量根據(jù)時(shí)間不同用電量存在用電高峰期和用電低峰的區(qū)別，而其中通過變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)則可以根據(jù)實(shí)時(shí)用電量對(duì)電能進(jìn)行儲(chǔ)備和釋放，這一過程大大提高了電能的使用效率。

2.3 電力電子裝置在微型電網(wǎng)中的應(yīng)用

微型電網(wǎng)的組成部分主要包含了分布電源、儲(chǔ)能裝置、功率轉(zhuǎn)換器、監(jiān)控保護(hù)等。在微型電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)中，這些組分具備著各自的職能，通常，分布式電源可以實(shí)現(xiàn)微型電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，可以有效提升使用效率；而儲(chǔ)能裝置通過配合分布式電源以及功率轉(zhuǎn)換器等電子裝置可以提高能源的使用效率以及電網(wǎng)通信監(jiān)控的高效性。監(jiān)控保護(hù)功能在于自動(dòng)識(shí)別負(fù)荷量，根據(jù)過載與否執(zhí)行相應(yīng)的操作，可以有效降低因?yàn)檫^載負(fù)荷導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓等情況的出現(xiàn)。

2.4 電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)的應(yīng)用

電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電組網(wǎng)通常包含著直流輸電、分頻輸電、變壓器等模塊。在直流輸電部分，因?yàn)橹绷鬏旊娭饕沙Ｒ?guī)性直流電輸出和柔性電流輸出構(gòu)成，電力電子設(shè)置（換流器等）在對(duì)可再生能源接入、孤島供電、城市供電和電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。分頻輸電作為一種高效低能耗的電能傳輸方法在當(dāng)前新能源（水電、風(fēng)能、光電）領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛采用，因?yàn)樵诜诸l輸電過程中，通過采用低頻送電，大大提高了電能傳輸效率，而且對(duì)傳輸過程中伴隨的因外界環(huán)境因素導(dǎo)致的電壓波動(dòng)現(xiàn)象有很好的抑制性[3]。固態(tài)變壓器作為一種能夠控制并改變傳輸電壓和電流幅值、頻率、相位等參數(shù)的一種器件，可以對(duì)傳輸電能有著高效的控制，很大程度上提升了電流傳輸過程中的靈活性，不同種類的電力電子設(shè)置在不同方式的電能傳輸過程中起到不同的作用，為智能化電力系統(tǒng)提供了必要的條件。

2.5 電力電子裝置在電能質(zhì)量控制中的應(yīng)用

在電能質(zhì)量控制中，通常應(yīng)用到的電力電子裝置有：動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器、鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器、有源電力濾波器、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器以及動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器等電子裝置[4]。其中，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器和鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器在改善負(fù)荷異常、系統(tǒng)功率不穩(wěn)定等方面有著較多的應(yīng)用；有源電力濾波器、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器則針對(duì)變流裝置將傳輸電流導(dǎo)入電網(wǎng)系統(tǒng)前對(duì)諧波進(jìn)行調(diào)整，保證網(wǎng)側(cè)電流諧波含量得到抑制，進(jìn)而提高電力設(shè)備的使用效率；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)型電能控制的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)修復(fù)裝置，它可以根據(jù)實(shí)際狀況中出現(xiàn)的電壓不平衡現(xiàn)象針對(duì)正序、逆序、無序現(xiàn)象進(jìn)行有效補(bǔ)償，近年來，關(guān)于動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的主要研究方向集中在多電平逆變器這一方面[5]。

3 結(jié)論

隨著電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的深入應(yīng)用，我國的電網(wǎng)正全面化朝著自動(dòng)化、智能化的方向快速發(fā)展，電力電子裝置的技術(shù)水準(zhǔn)不斷提升一方面會(huì)進(jìn)一步帶動(dòng)我國電力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)在電力傳輸與應(yīng)用過程中也使得能源利用效率提升、生產(chǎn)成本降低、安全性得到進(jìn)一步提高等。此外，在保證電力電子裝置技術(shù)的不斷成熟的前提條件下，保障設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、安全性也是在未來電力系統(tǒng)中必要提及的關(guān)鍵因子，高效、安全、穩(wěn)定、環(huán)保型的電力系統(tǒng)是當(dāng)前的大勢(shì)所趨，也勢(shì)必成為現(xiàn)在以及將來電力電子裝置發(fā)展的主要方向。

4.參考文獻(xiàn)

[1]姜建國，喬樹通，郜登科. 電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014，v.38；No.52903：2-6+18.

[2]劉江. 電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，No.35403：41-42.

[3]高雅致. 電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探析[J]. 電子制作，2016，No.300Z1：80+74.

[4]周平. 電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 電子制作，2015，No.27603：214.

[5]賀智雄. 電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 科學(xué)中國人，2016，09：28.