電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用分析

董紹剛

摘要：電力系統(tǒng)為我們配給、輸送了巨量的能源，大力推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。目前，電力電子裝置已經(jīng)成為我國(guó)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其在電力系統(tǒng)中的深入應(yīng)用，不僅大大推動(dòng)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化管理鋪平道路。本文結(jié)合電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的情況進(jìn)行探究，為我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：電力電子裝置 電力系統(tǒng) 應(yīng)用分析

1前言

電力電子裝置是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中大部分功能的重要組成部分。例如可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、無(wú)功和諧波動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、儲(chǔ)能裝置功率轉(zhuǎn)換、配電雙向流、交直流電網(wǎng)等?？萍嫉牟粩喟l(fā)展，促進(jìn)社會(huì)各行業(yè)技術(shù)的改革。大功率、高壓電力電子裝置的發(fā)展，變換器單元化和模塊化水平的提高，以及相關(guān)性能的提高，使得電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要。為了維護(hù)電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家調(diào)整電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，推動(dòng)電力系統(tǒng)朝著智能化、可持續(xù)化的方向發(fā)展，優(yōu)化和完善電力系統(tǒng)，保證電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

從上世紀(jì)，電力的利用是社會(huì)發(fā)展的主旋律，給人們帶來(lái)了方便以及快捷。電力資源也是不可替代的重要資源，決定了電力系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。為適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步和生產(chǎn)力發(fā)展的要求，國(guó)家不斷加強(qiáng)的電力資源開發(fā)，以及電力系統(tǒng)中的電力電子裝置的應(yīng)用每時(shí)每刻都在改變著人們生產(chǎn)生活。電力電子裝置不斷完善以及相應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步使電力系統(tǒng)配置變得更合理、高效。人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的電力需求與國(guó)家有限的能源資源的矛盾是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)的難題。從我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一以及穩(wěn)定供電是電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。除此之外，保障我國(guó)電力系統(tǒng)安全輸電能力，還要加強(qiáng)電力系統(tǒng)可調(diào)的靈活性，進(jìn)一步使電力資源得到合理、高效配置。結(jié)合電力電子裝置的優(yōu)點(diǎn)，提高電力系統(tǒng)數(shù)字化以及智能化程度，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

3電力電子裝置的優(yōu)點(diǎn)分析

3.1 電力電子裝置的可靠性

電力電子裝置的可靠性是指在設(shè)定條件以及規(guī)定時(shí)間里完成選定動(dòng)作的能力。影響可靠性的因素通常指電力電子裝置的設(shè)計(jì)以及安裝應(yīng)用狀況。工程師在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)考慮電力電子器件的合理性，并根據(jù)多次運(yùn)行評(píng)估的結(jié)果制定相應(yīng)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。而電力系統(tǒng)的可靠性需要全方位多層次管理。在各種電力系統(tǒng)應(yīng)用中，都需要建立一個(gè)可行的模型進(jìn)行分析論證，結(jié)合電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則綜合分析模型的結(jié)論。

3.2 應(yīng)對(duì)故障方向

電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間久了，難免出現(xiàn)各種各樣的故障。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電力電子裝置一旦發(fā)生故障，沒有得到及時(shí)維護(hù)，造成系統(tǒng)停止工作，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。如果電力電子裝置在正常運(yùn)行時(shí)有相應(yīng)的故障，可以將故障位置分離，然后將故障點(diǎn)模塊從主系統(tǒng)中脫離，實(shí)現(xiàn)離線維護(hù)，快速恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。如果系統(tǒng)主干部分沒有出現(xiàn)問題，則電力電子裝置具有一定的容錯(cuò)性能，即如果系統(tǒng)有故障點(diǎn)，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整響應(yīng)策略，控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，隔離故障點(diǎn)，避免故障點(diǎn)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果故障點(diǎn)的損壞范圍在允許的范圍內(nèi)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，系統(tǒng)將自行降級(jí)。該方法具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低等特點(diǎn)，被電力系統(tǒng)企業(yè)廣泛采用。

3.3 仿真回路技術(shù)

在電力電子裝置的設(shè)計(jì)中，要綜合考慮硬件結(jié)構(gòu)、和軟件應(yīng)用以及裝置制成后的檢測(cè)和后期維護(hù)等要求。其中，仿真回路技術(shù)屬于系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，可以改進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效地驗(yàn)證結(jié)果。針對(duì)電力系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)故障模擬，在抽樣采集任意信號(hào)。電力電子裝置對(duì)傳輸速度有著嚴(yán)格的要求。該裝置的半實(shí)物仿真準(zhǔn)確無(wú)延遲地模擬了硬件的動(dòng)態(tài)特性。目前，無(wú)延遲計(jì)算技術(shù)主要是FPGA技術(shù)。該技術(shù)在電力電子器件中的應(yīng)用可以提高硬件動(dòng)態(tài)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性

3.4 整合標(biāo)準(zhǔn)模塊

電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊的集成是將各種元器件、電路和處理器集成到一個(gè)模塊中，使模塊具有綜合功能。同時(shí)，模塊化集成降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本，減少了購(gòu)買環(huán)節(jié)。集成模塊化模式有三種：硅片集成、封裝集成和三維集成。低電流時(shí)可采用硅片集成和封裝集成，大電流時(shí)可采用三維集成，可提高維修效率，降低維修成本。

4 電力電子裝置的應(yīng)用分析

4.1 電力電子裝置在發(fā)電中的應(yīng)用

電力電子裝置在發(fā)電中應(yīng)用的例子有很多。例如，電力電子裝置在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁中的應(yīng)用，使其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，速度可調(diào);電力電子裝置在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用，則是利用風(fēng)能將風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)為機(jī)械能，機(jī)械能切斷磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)線，產(chǎn)生有效電能供電網(wǎng)使用;電力電子裝置在光伏發(fā)電中的應(yīng)用，將太陽(yáng)能通過相關(guān)專業(yè)元件轉(zhuǎn)化為電能。目前，電力電子器件在發(fā)電中的應(yīng)用尚處于發(fā)展初期。

4.2 電力電子裝置在電能存儲(chǔ)中的應(yīng)用

電能存儲(chǔ)是電能的有效存儲(chǔ)，即當(dāng)供電量大于用電量時(shí)，多余的電能將被存儲(chǔ)。儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，能及時(shí)解決供電用電高峰之間的矛盾，減少能源的浪費(fèi)，提高電力資源的利用率。應(yīng)用案例通常有壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能和電池儲(chǔ)能三種。一是壓縮空氣儲(chǔ)能，基本原理是：在用電低低谷時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成空氣能儲(chǔ)存，在用電高峰時(shí)將儲(chǔ)存的空氣能轉(zhuǎn)換成電能。在轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)電機(jī)通過磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)原理來(lái)轉(zhuǎn)換電能和儲(chǔ)存其他能量，從而提高發(fā)電效率。二是抽水蓄能，基本原理如下：在水電站中，水泵是由高空落水的能量驅(qū)動(dòng)的。水泵的旋轉(zhuǎn)是通過在電磁場(chǎng)中切斷磁感應(yīng)線來(lái)產(chǎn)生電能的。當(dāng)電能利用有剩余時(shí)，水電站利用剩余電能將下游的水抽向上游，實(shí)現(xiàn)蓄能，提高了電能的儲(chǔ)存效率。三是蓄電池儲(chǔ)能，基本原理如下：把電能放在電池里就像給電池車的電池充電一樣。不同的是，電池需要非常大的容量，需要非常高的需求。在現(xiàn)有的電池技術(shù)中，鋰離子電池、鈉硫電池和全釩液流電池是常用而且比較受歡迎。

4.3 電力電子裝置在微型電網(wǎng)中的應(yīng)用

微電網(wǎng)的應(yīng)用原理是由電源、變換器等組成的微發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能在非自備電網(wǎng)中運(yùn)行，能自行供電和儲(chǔ)能，具有電能獨(dú)立運(yùn)行的能力，也能與外界進(jìn)行電能交換，進(jìn)而優(yōu)化自身電能。通過設(shè)置獨(dú)立的開關(guān)元件，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)自運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

4.4 電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子器件在電力傳輸中的應(yīng)用有三種：直流傳輸、分頻傳輸和固態(tài)變壓器。電力電子器件在高壓直流輸電中的應(yīng)用包括兩種模式：常規(guī)高壓直流輸電和柔性高壓直流輸電[2]。其中，常規(guī)直流輸電采用晶閘管作用下的變流器，柔性直流輸電采用基于全控裝置的變流器。柔性直流輸電的優(yōu)點(diǎn)是可以獨(dú)立控制輸出有功功率和無(wú)功功率[3]。而電力電子裝置在分頻傳輸中的應(yīng)用原理是低頻時(shí)用倍頻變壓器傳輸電能，高頻時(shí)用電能，這樣可以大大縮短交流輸電線路的距離，提高系統(tǒng)的輸電能力。電力電子器件在固態(tài)變壓器中的應(yīng)用原理是能夠交換電壓的參數(shù)和特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)原電流、電壓和功率的靈活控制。

5 結(jié) 論

總之，隨著環(huán)境保護(hù)和能源需求的提高，當(dāng)前電力系統(tǒng)正逐步向可持續(xù)發(fā)展和智能化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變。目前，社會(huì)生產(chǎn)的很多工藝和技術(shù)需要高質(zhì)量的電力資源。因此，電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用就更加重要。電力電子裝置的應(yīng)用極大地提高了電力系統(tǒng)的性能，促進(jìn)了電力系統(tǒng)改革的進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]周凱.電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，11

[2]任俊闖，陳春燕.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字通信世界，2017，03

[3]朱曉群.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，08

[4]張春秋.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].民營(yíng)科技，2011，12.

[5]馮雪松.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017，07