電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用分析

周凱

摘? ?要：本文首先從硬件結(jié)構(gòu)一體化、控制方式自動(dòng)化、電能調(diào)節(jié)靈活化三個(gè)角度入手，對(duì)當(dāng)前電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)進(jìn)行了介紹;其后，圍繞發(fā)電領(lǐng)域、輸電領(lǐng)域、電能控制、電能儲(chǔ)存四個(gè)方面，重點(diǎn)研究了電力系統(tǒng)中電子裝置的具體應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)? 光伏發(fā)電? 蓄電池

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（a）-0011-02

電力資源作為應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、獲取方式多樣的資源類型，為社會(huì)居民的生活工作提供了極大便利?；诖?，供電服務(wù)行業(yè)、電力設(shè)備制造行業(yè)也呈現(xiàn)出了持續(xù)性蓬勃發(fā)展的積極態(tài)勢(shì)。在漫長(zhǎng)的行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，電力電子裝置經(jīng)歷了數(shù)代的優(yōu)化與更替，在很大程度上保障了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1? 電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)

現(xiàn)階段，電力電子裝置在電力系統(tǒng)故障處理、供電線路負(fù)荷調(diào)節(jié)、電能量級(jí)轉(zhuǎn)化等多個(gè)領(lǐng)域，都取得了良好的應(yīng)用效果，使得電力系統(tǒng)在實(shí)施供電行為時(shí)更加靈活、高質(zhì)。具體來(lái)講，電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：

第一，硬件結(jié)構(gòu)的一體化。在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，電力電子裝置散熱、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等結(jié)構(gòu)部分的安裝方式都以分體安裝為主，進(jìn)而導(dǎo)致電力電子裝置的硬件整體過(guò)大。這樣以來(lái)，電力電子裝置在投入電力系統(tǒng)使用的過(guò)程中，對(duì)空間環(huán)境的承載能力要求較高，同時(shí)也很可能對(duì)原有供電線路造成外部壓力影響，進(jìn)而降低供電線路的電能資源運(yùn)輸質(zhì)量。為了改善這一問(wèn)題，現(xiàn)階段電力行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的電力電子裝置，越來(lái)越向著一體化、集成化的“緊湊型”結(jié)構(gòu)發(fā)展。在這樣的變化之下，電力電子裝置內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)等器件集成在同一設(shè)備主體當(dāng)中，各功能電路、連接導(dǎo)線也逐漸趨于精巧化。此外，電力電子裝置硬件結(jié)構(gòu)的一體化發(fā)展，也大大縮短了相關(guān)人員的制造設(shè)計(jì)周期，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了相關(guān)資源的有效節(jié)約[1]。

第二，控制方式的自動(dòng)化。在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中，電力電子裝置逐漸擺脫了傳統(tǒng)中參數(shù)設(shè)置、功能調(diào)節(jié)等方面的人為控制方式，依靠信息系統(tǒng)軟件、程序的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障診斷、指令響應(yīng)等控制行為的自動(dòng)化運(yùn)行。同時(shí)，隨著當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)在電力行業(yè)領(lǐng)域的普及應(yīng)用，電力電子裝置還將向著智能化的未來(lái)方向逐步進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

第三，電能調(diào)節(jié)的靈活化。眾所周知，50～60Hz是最佳的發(fā)電頻率，但并非最佳的用電頻率。此時(shí)，現(xiàn)代電力電子裝置在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，能根據(jù)系統(tǒng)終端的指令信息或預(yù)設(shè)的自動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)供電頻率的調(diào)節(jié)，從而輔助電力系統(tǒng)實(shí)施出更加精準(zhǔn)、高質(zhì)地供電服務(wù)行為。

2? 電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用方向

2.1 電力電子裝置在電力系統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用

首先，在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域當(dāng)中，逆變器器、整流器等電力電子裝置的應(yīng)用，有助于風(fēng)能采集工作的高質(zhì)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使風(fēng)能資源的電能轉(zhuǎn)化率更高。基于輸出幅值可調(diào)節(jié)、工作頻率可控制的功能特點(diǎn)，矩陣變換器這一電子裝置在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中也具有很好的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，矩陣變換器能實(shí)現(xiàn)大多數(shù)環(huán)境下風(fēng)能資源的恒頻控制，進(jìn)而將風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)能捕獲效果提升至最大化。此外，若風(fēng)力發(fā)電基站所處的自然環(huán)境中，風(fēng)能量級(jí)不夠穩(wěn)定，還需進(jìn)一步采取風(fēng)光互補(bǔ)的電能轉(zhuǎn)換手段。此時(shí)，便會(huì)應(yīng)用到蓄電池裝置。在蓄電池裝置工作期間，其上方電池板結(jié)構(gòu)會(huì)吸取大量的太陽(yáng)能，并轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池當(dāng)中。這樣以來(lái)，在自然風(fēng)力較小的時(shí)段，發(fā)電基站便可調(diào)動(dòng)蓄電池中儲(chǔ)存的電能資源，彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的能源缺口。

其次，在光伏發(fā)電的領(lǐng)域當(dāng)中，除了上述內(nèi)容中提到的太陽(yáng)能蓄電池以外，并聯(lián)逆變器等電力電子裝置也能發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，并聯(lián)逆變器可為光伏發(fā)電的分布式發(fā)電結(jié)構(gòu)提供功能支持，在保證光伏發(fā)電各區(qū)域負(fù)荷穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)電能資源相對(duì)不足的電網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行電能輸送支持。

最后，在水力發(fā)電的領(lǐng)域當(dāng)中，各類電機(jī)組勵(lì)磁裝置可實(shí)現(xiàn)電流、電壓的靈活調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水電站環(huán)境內(nèi)水流量級(jí)與水壓強(qiáng)度的穩(wěn)定控制，在很大程度上保證了水力發(fā)電系統(tǒng)的供電服務(wù)質(zhì)量。

2.2 電力電子裝置在電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中的應(yīng)用

通常情況下，電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中的電力電子裝置以晶閘管換流器為主。這一電子裝置能實(shí)現(xiàn)供電線路的柔性輸電效果，進(jìn)而保證了有功功率、無(wú)功功率的控制管理。從當(dāng)前來(lái)看，此類電力電子裝置在城市供電領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。同時(shí)，基于換流器等電子裝置的無(wú)源負(fù)荷供電支持能力，其在供電網(wǎng)絡(luò)邊緣區(qū)域也具有一定應(yīng)用價(jià)值，有助于提高此類區(qū)域內(nèi)電能供應(yīng)的穩(wěn)定性和高效性，進(jìn)而改善電力系統(tǒng)中的供電孤島問(wèn)題。

除此之外，在水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等以可再生能源為主的電力系統(tǒng)當(dāng)中，由于水能、風(fēng)能等自然資源在供應(yīng)量級(jí)、流量強(qiáng)度上存在較大不確定性，所以應(yīng)盡量縮短輸電線路的搭建距離，并盡力降低輸電電壓的波動(dòng)幅度。此時(shí)，將固態(tài)變壓器這一電力電子裝置應(yīng)用到可再生能源發(fā)電領(lǐng)域的輸電工作當(dāng)中，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化、高質(zhì)化的電流電壓調(diào)整，從而緩解輸電線路的運(yùn)行壓力，抵御自然資源的波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 電力電子裝置在電力系統(tǒng)電能控制中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國(guó)電力系統(tǒng)相關(guān)行業(yè)、企業(yè)正致力于實(shí)現(xiàn)供電服務(wù)的綠色化、清潔化發(fā)展，“如何達(dá)成電能供應(yīng)與電能使用的動(dòng)態(tài)平衡”也成為了備受關(guān)注的熱門話題?；诖?，將同步補(bǔ)償器、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、電壓動(dòng)態(tài)恢復(fù)器、電力濾波器等各類優(yōu)質(zhì)的電力電子裝置應(yīng)用在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)供電線路中電流、電壓的協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而在滿足用電用戶實(shí)際需求的前提下，盡量降低電能資源的消耗量級(jí)，提升電能資源的應(yīng)用效率，最終促成電能資源的動(dòng)態(tài)節(jié)約[2]。

2.4 電力電子裝置在電力系統(tǒng)電能儲(chǔ)存中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)因大部分用電用戶的生活規(guī)律，產(chǎn)生一定的用電高峰期和用電低谷期。在用電高峰期，電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)供電服務(wù)往往無(wú)法滿足用戶實(shí)際的用電需求，所以供電企業(yè)會(huì)在這一時(shí)段提升供電量級(jí)，進(jìn)而導(dǎo)致線路承載的電流電壓負(fù)荷較大，最終縮短供電線路、供電設(shè)備的使用壽命;在用電低谷期，電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)供電服務(wù)會(huì)大于用戶實(shí)際的用電需求，進(jìn)而產(chǎn)生較多的電能資源浪費(fèi)，降低供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

此時(shí)，通過(guò)蓄電池、勵(lì)磁裝置等電力電子裝置，能有效實(shí)現(xiàn)電能資源的分流、存儲(chǔ)與釋放，從而做到在用電高峰期進(jìn)行電能補(bǔ)充，在用電低谷期進(jìn)行電能儲(chǔ)存。這樣來(lái)，一方面能有效降低電能資源的損耗浪費(fèi)，提升供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益;另一方面，也可減輕特殊時(shí)段內(nèi)供電線路及電力設(shè)備的負(fù)荷量級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)硬件配置的安全保護(hù)。

3? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，電力電子裝置在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，具有不可替代的應(yīng)用價(jià)值。在當(dāng)前的供電服務(wù)工作里，蓄電池、逆變器等電力電子裝置在電能儲(chǔ)存、電壓轉(zhuǎn)換、線路保護(hù)等不同領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的功能作用，為供電企業(yè)電能服務(wù)質(zhì)量與效率的優(yōu)化提升做出了基礎(chǔ)性工具支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱春雷.電廠電力系統(tǒng)中電力電子裝置的主要應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2017（7）：222-223，226.

[2] 趙鑫川，孟學(xué)斌，趙鵬飛.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用分析[J].電子制作，2017（7）：90-91.