電力電子裝置在電力系統中的應用研究

張永春 呂香玲 河南機電職業學院

電力電子裝置在電力系統中的應用研究

張永春 呂香玲 河南機電職業學院

隨著科技的進步，應用在電力系統中的設備和裝置越來越先進，不斷推動電力系統向信息化、智能化等方向發展。電力電子裝置作為推動電力系統發展的重要設施，其能夠實現可再生能源的并網發電、儲能裝置的功率轉換、無功和諧波的動態補償等，功能非常強大。本文主要分析了電力電子裝置在電力系統中的應用范圍，并針對電力電子裝置在電力系統中的故障管理和可靠性進行了研究和探討。

電力電子裝置；電力系統；故障管理

隨著全球可再生資源的不斷消耗和氣候環境的不斷破壞，電力能源作為可再生清潔性能源受到人們的重視。隨著電力電子裝置在電力系統中的應用，進一步推動電力系統向智能化方向發展，如更加靈活的輸電方式、配電智能化、用電智能化等，且還能夠提高供電質量和可靠性[1]。電力電子裝置在電力系統中應用比較廣泛，對電力系統性能的改善效果非常顯著，因此本文針對電力電子裝置在電力系統中的應用范圍和效果進行了探討。

1.電力電子裝置在電力系統中的應用范圍

1.1 電力電子裝置在發電環節中的應用

靜止勵磁技術與勵磁機比較，調節速度更快、控制更加簡單，能夠顯著提高發電的性能和效率，且還可以改善發電品質[2]。在水利發電機組中采用交流勵磁技術，能夠實現對水頭壓力和水流量的迅速調節，有效提高發電效率。變流器作為風力發電的核心，主要是利用整流器和逆變器將變化較大的風能轉換為穩定的能力，而且隨著變流器拓撲結構向多電平拓撲方向發展，實現降低線路損耗的作用，有效控制傳輸導線的成本，繼而大力推動風力發電的開發和發展。光伏發電主要是利用太陽能進行費電，通過光伏陣列組建、濾波器、逆變器組等，實現無功補償、動態電壓補償等。但在進行光伏電站的設計時，需要全面考慮光伏陣列的組合方式、逆變器的組合方式等。

1.2 電力電子裝置在電能儲存中的應用

電力系統儲能技術主要是應對高峰負荷供電需求，起到緩解的作用，且可以提高電力設備的利用率和電力系統運行效率。常見的電能儲存裝置主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能等。其中通過對可調速抽水蓄能的應用，可以采用轉子繞組勵磁方式，即對轉子勵磁電流頻率和復制的調整，實現抽水蓄能機組啟動和運行模式的切換，能夠保證在面對緊急事故備用、調頻等出現多重作用。壓縮空氣儲能主要是將電能以高壓空氣的形式儲存起來，在后期用電高峰期時，將高壓空氣釋放出來，驅動發電機發電[3]。電池儲能主要是利用鋰離子電池、鈉硫電池和全釩液流電池等，采用小功率DC/DC變換器，實現電池模塊的電流均衡。

1.3 電力電子裝置在輸電環節中的應用

常規直流輸電主要采用晶閘管換流器、柔性直流輸電采用全控器件換流器，但由于柔性直流輸電具有有功功率可控、無功功率可控、可向無源負荷供電等優勢，相對于常規直流輸電而言，其在孤島供電、城市供電等領域應用更加廣泛，而且輸出電壓的諧波和畸變率更小。在水利發電、風力發電等可再生能源中，一般需要利用低頻率進行發電和電能傳輸，起到降低輸電線路電氣距離、抑制線路電壓波動等作用。固態變壓器屬于新型變壓器，其能夠針對電壓或電流的幅值、相位、頻率和形狀等進行變換，能夠進一步保障電力系統的穩定性。

1.4 電力電子裝置在電能質量控制中的應用

動態無功補償器能夠對電力系統的功率振蕩進行抑制、確保電壓的穩定性，改善和解決負荷電壓不平衡的問題。鏈式靜止同步補償器應用在電力系統中，可充分實現無功功率連續可調，且具有相應速度快、可靠性等優勢。諧波治理裝置主要是利用多重化技術、脈寬調制技術等，降低變流裝置注入電網的諧波。此外應用電力濾波器、統一電能質量調節器等，有效減少諧波含量，提高設備利用率[4]。在一些企業中應用的中低壓電力系統，如果出現電壓暫降，則會導致設備損壞，而動態電壓恢復器應用在電力系統中，能夠有效對不平衡的電壓暫降進行合理抑制。

2電力電子裝置在電力系統的應用研究

2.1 電力電子裝置的可靠性評估

為了充分體現出電力電子裝置在電力系統中應用的價值，對電力電子裝置的可靠性、故障率、維護時間和使用率等進行評估具有必要性。其中可靠性作為衡量電力電子裝置最重要的指標，通過做好可靠性評估，有利于電力電子裝置的管理。一般電力電子裝置可靠性評估主要是采用從元件或系統層面進行建模的方式，其中元件可靠性模型包含功率器件故障率、電解電容故障率等建模、系統層面可靠性模型包含累加模型、組合模型等[5]。

2.2 電力電子裝置的故障管理

在電力系統電力電子裝置實際應用中，難免會因為各種各樣的因素出現故障問題。目前主要采用熱管理和故障管理方式實現對故障率的控制。其中熱管理主要是通過控制器件損耗起到避免瞬態熱應力的情況。故障管理首先要進行故障的診斷，依據診斷結果識別故障，此外還可以依據不同部件的故障機理，對故障問題進行預測。針對元件或子系統故障，可以采用準正常運行能力，確保電力電子裝置在故障時仍然能夠滿足實際應用功能。

2.3 電力電子標準模塊的應用

電力電子標準模塊具有減少電力電子裝置成本、損耗和降低維護工程投入等優勢，且適用于各種場合。對于電力電子標準模塊集成化，需要從雜散電感、開關損耗、信號測量等方面進行突破，如采用三維集成方式，通過將無源層作為變換器的基板，提高電力電子標準模塊的空間利用率。

3.結束語

綜上所述，電力電子裝置在電力系統中應用主要體現在發電環節、儲能環節、輸電環節和電能質量控制等，大力推動了電力系統向信息化和智能化方向發展。而對電力電子裝置進行可靠性評估和故障管理，加強對電力電子標準模塊的應用，能夠進一步提高電力電子裝置的安全性，降低使用成本。

[1]行鵬,程瓊,李俠,等.一種用于新型大功率電力電子裝置的高功率試驗系統[J].高壓電器,2012,07∶52-56.

[2]韋林,廖慧昕,易干洪.電力電子技術在電力系統中的應用研究[J].數字技術與應用,2012,10∶97-98.

[3]吳芳.電力系統試驗中的大功率電力電子裝置等效研究[J].電子制作,2014,20∶13-14.

[4]張挺,宋斌斌,王惠鐸.電力電子裝置在電力系統中的實際運用[J].電子技術與軟件工程,2015,21∶246.

[5]黃宗建,魏宏飛,吳會敏.電力電子技術在電力系統中的應用探討[J].電子測試,2014,13∶91-92+134.