電力系統中電力電子裝置的運用分析

江宇權

[摘 要]電子電力裝置在電力系統中有著廣泛的應用，其不僅確保了電網的可靠、安全運行，而且在在很大程度上保證了電力系統的長遠發展。筆者針對我國電力系統的現狀，著重分析了電力電子裝置在電力系統中的應用情況以及運作特點。

[關鍵詞]電力系統 電力電子裝置 運用分析

中圖分類號：T63 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）13-0011-01

一、我國電力系統的現狀

我國當前的電力系統的穩定性轉變主要是通過主干電網和微型電網和各地區的地方電網相結合，同時廣泛接入儲能裝置和分布式電源，采用具有極強靈活性的輸電方式和智能化的配電用電裝置相配合，從而實現電力系統的高質量、高穩定性輸電。因此，除了提升對我國電力系統的穩定控制，還需要及時完善和發展電力電子裝置智能化的水平，通過提升控制工作的策略性能，才可以在電力系統中有效發揮電力電子裝置的優勢。

二、在電力系統中電力電子裝置的應用特點

電力電子裝置作為電力系統中的核心裝置，在應用中對電力系統的正常運行有著重要的影響。因此需要在研究其應用前，先探究其應用特點。

（一）對系統可靠性的影響

電力電子裝置可靠性是影響電力系統運行效果的重要因素，電子裝置的平均維護時間、平均無故障運行時間、故障率決定了其可靠性的高低。因此對電力電子裝置進行可靠性評估可以確保電力系統的運行穩定性和安全性。與此同時，可靠性估算結果能夠為電力系統的維修、檢查和運行提供重要的參考。

（二）故障管理特征

電子裝置在進行長時間運轉之后必然會出現一些故障。一般來說，電子裝置的故障都是溫度循環波動或者過高的溫度導致的。在故障管理中，需要預測和預先診斷電子裝置的故障，并且根據診斷結果制定合理的后期保護措施和維修策略。同時對于推測出的電子裝置剩余工作年限，采取相關的預防對策[1]。

故障管理指的對故障的預測和診斷。當系統中的子系統或者元件出現故障時，系統中具備容錯運行能力的電力電子裝置可以及時更改控制方法和調制策略來實現對故障部分的隔離，從而讓整套裝置能夠正常運行。容錯運行形式分為準正常運行和降級運行兩種。準正常運行指的是開啟冗余設計中的子系統或者功率器件來實現正常運行狀態。降級運行指的是利用系統中電力電子裝置的固有冗余能力來在一定限度內保證系統在發生故障后的正常功能運行，但是會相應的減小輸出功率、輸出電壓以及降低電能質量。降級運行相比于準正常運行具備成本低廉、運行簡單，但是有利就有弊，應用范圍比較小。

三、電力電子裝置在電力系統中的實際應用

（一）在發電環節的運用

1.發電機組勵磁。大型發電機組大都采用靜止勵磁技術，這種技術相比勵磁機，控制更為簡單而且具有更快的調節速度，這大大的提升了發電廠的運行效率和性能。在水力發電機組中應用交流勵磁技術，可以實現對勵磁電流頻率的動態調整，從而的發電系統的水流量和水頭壓力進行快速的調節，不僅改善了發電質量也大大提升的發電效率。

2.風力發電。風力發電中最重要的部分就是變流器，不穩定的風能在逆變器和整流器的作用下轉化為頻率、電壓和相位都符合電網要求的電能。隨著變流器的結構的發展，模塊化多電平換流器的應用大大提升了風力發電系統的電壓和容量，這有利于傳輸導線成本和線路損耗的降低，并且促進了對海上風電的開發。

3.光伏電站。我國的大型光伏電站由逆變器組、濾波器、匯流器、升壓變壓器、和光復陣列組建組成，實現了對太陽能的大規模幾種利用。在并聯逆變器中實施友好電網的控制策略，光伏電站能夠具備動態電壓補償、無功補償和有源濾波等高級功能。當前，我國大型光伏發電系統正從示范階段向大范圍推廣階段轉型，因此在其中還存在諸如熱斑效應、逆變器組合和多峰值等不夠理想的技術問題。所以，在光伏電站的設計過程中需要充分考慮逆變器的組合方式以及光伏陣列的組合方式。

（二）在電能儲存環節的運用

1.可調速的抽水蓄能

應用儲能技術的目的是緩解用電高峰的用電需求，從而有效提升目前電力設備的運行效率和利用率。一方面，避免了電網故障對電力系統的影響，提升了電能的利用率和質量，另一方面，為社會的發展提供了可靠和優質的電能[2]。

抽水蓄能電站通常由上水庫、下水庫和發電系統組成，在運行過程中，因為上下水庫間的落差在持續的變化，因此只有保持變速的狀態才能發揮抽水蓄能電站的最大發電效率。可調速的抽水蓄能機組中主要采用轉子繞組勵磁技術，并且利用周波換壓器來調節勵磁系統。

通過對抽水蓄能機組電流幅值和頻率的調節，可以更便捷的切換啟動和運行模式，從而最大程度上發揮電力系統中調頻、突發事故處理和調峰填谷的功能。

2.電池儲能

電池儲能中的主要部分是電池系統和功率調節系統，電池系統中主要應用鈉硫電池和鋰離子電池，變換器主要采用小功率DC/DC變換器，從而實現對電池模塊的均衡使用。高峰值和大功率的DC/DC變換器主要集成到內部電池模塊中，這簡化了對均衡控制的要求并且優化了對功率的調節。電網和電池系統中的電力電子接口是電壓型四象限變換器，可以進行有效的電池充放電管理和儲能系統中的相關并網功能。

（三）在輸電環節中的應用

1. 直流輸電。直流輸電方式包括常規直流輸電形式和榮幸直流輸電形式。其中，常規直流輸電使用的是晶閘管換流器，而柔性直流輸電中使用的是具有全控器件的換流器。兩者相對比，后者可以控制無功功率和有功功率，比不需要無功補償裝置和濾波裝置，能夠實現潮流反轉的固定電壓極性和無源負荷供電等功能，所以廣泛運用到孤島用電、電網互聯、城市供電、和可再生能源介入領域中。柔性直流輸電在發展過程中，其換流器拓撲轉變為模塊化多電平，這大大降低了開關應力壓、開關頻率、輸出電壓的畸變和諧波。

2.分頻輸電。在分頻輸電系統中應用低頻率來進行電能傳輸，能夠有效加強電力系統的電能傳輸能力，減小交流輸電線路的電器距離，并且有效一直線路電壓的波動。對于使用低轉速發電機的風電和水電等利用可再生能源的發電系統中，尤其適合低頻輸電和發電[3]。

3.固態變壓器。固態變壓器具有變換電力電子的作用，能夠變換電流或者電壓的相位、形狀、相數、頻率和復制等參數，是一種新型的變壓器。固態變壓器還具備電能質量調節和控制潮流的功能，通過將其廣泛的應用到電力系統中，能夠明顯的提升電力系統的穩定性，并且采用更靈活的輸電形式。進而實現對智能化電力系統的有效控制，同時提供高品質的、形式多樣的交流電源和直流電源[4]。

四、電力電子裝置實際應用中需要解決的問題

為了符合電力系統的目前的需要和未來發展需要，需要盡快解決以下電力電子裝置的相關問題：（1）大容量高電壓電力電子裝置的拓撲優化、模塊集成技術以及設計理論探究。（2）大容量電力電子裝置的運行控制策略和非線性分析探究。（3）固態限流器以及潮流控制器在柔性交流輸電系統中的應用4.我國大型光伏電站中如何對并網逆變器集群進行有效控制5.關于多能源儲能電力系統的變換器的運行、設計和操控研究。

結論：綜上所訴，電力電子裝置的應用和開發能夠有效提升電力系統的安全性和可靠性，不僅實現了對電力系統的自動化控制，而且促進了電力系統向智能化的轉型。在對電力電子裝置進行實際應用前，不僅需要探究電力電子裝置的應用范圍和方法，還需要做好對電力電子裝置的可靠性、回路仿真和故障運用研究，最終實現電力系統的可持續化發展。

參考文獻

[1] 蔣建國.電力電子裝置在電力系統中的應用[J].電力系統自動化，2014（1）：68-68.

[2] 魏志芬.探究電力系統中電力電子變流技術的應用分析[J].電子世界，2014（6）：47-48.

[3] 李永東.風力發電系統綜述[J].電氣時代，2012（2）：42-47.