電力電子裝置在電力系統中的應用

萬恒

摘要：電力系統作為我國民用、工用、商用重要的能源依靠，對我國社會穩定發展，經濟穩步提高起著重要的支撐作用。電力電子裝置作為當前智能化電網系統的核心，對電力系統的發展有著直接的影響力，本文針對電力電子裝置在電廠發電、能源傳輸、儲能后備等主要方面的應用進行系統性的概述并總結。

1 引言

近年來，我國電力系統發展迅速并且趨于智能化、自動化、高效化等方向集中發展，在其中，電力電子裝置技術的不斷升級是促使電力系統在以上方面不斷進步的根本動力，我國各個研究機構當前在電力電子裝置領域也加大了研發投入。目前，在我國電網組網中，電力電子裝置主要應用于供需用電轉換、功率互配、可再生能源的并網發電以及交流電網與直流電網之間的互聯并網等方面。本文就當前電力電子裝置對于電力系統性能的提升與改善進行系統性的論述與總結。

2 電力系統中電力電子裝置的主要應用

2.1 電力電子裝置在發電系統中的應用

電力電子裝置作為發電系統中不可或缺的一部分，在發電機組中，電力電子裝置可以有效提升發電機組的發電效率；此外，在水力發電廠中，電力電子裝置可以肩負起對水利發電過程中水流量以及壓強的控制，為實現在不同條件下的發電控制提供了極大的幫助[1]；當前由于傳統能源發電面臨著環境污染以及能源枯竭等因素，新能源發電諸如光伏發電站近年來發展迅速，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，具有著重要的戰略地位。

2.2 電力電子裝置在電能儲存方面的應用

電能儲備的作用在于應對用電高峰期的時候有充足的后備能源供應能力，這對保證電力系統穩定運行有著至關重要的作用，也是作為社會經濟穩定發展、居民用電正常的必要后盾。在我國的電能儲備方案中，抽水儲能方案運用廣泛，而電力電子裝置作為可以實現抽水儲能中抽水速度控制的手段，在抽水儲能過程中占據中重要的地位，其工作原理大致是：由于在水力發電的抽水儲能過程中，隨著水流的不斷變化，上下流水位落差高度也隨著發生變化，是一個動態的過程，如果按照一定的抽水速度進行運行，將直接導致效率的大大降低，而電力電子裝置則可以根據勵磁調節系統變化其工作轉子的頻率與幅值的大小進而實現儲能水電站在不同狀況下的工作狀態。

此外，電力電子裝置在空壓儲能上面也有著極為廣泛的應用[2]。因為電力系統的用電量根據時間不同用電量存在用電高峰期和用電低峰的區別，而其中通過變頻驅動技術則可以根據實時用電量對電能進行儲備和釋放，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中的應用

微型電網的組成部分主要包含了分布電源、儲能裝置、功率轉換器、監控保護等。在微型電網的運轉中，這些組分具備著各自的職能，通常，分布式電源可以實現微型電網的并網運行，可以有效提升使用效率；而儲能裝置通過配合分布式電源以及功率轉換器等電子裝置可以提高能源的使用效率以及電網通信監控的高效性。監控保護功能在于自動識別負荷量，根據過載與否執行相應的操作，可以有效降低因為過載負荷導致的系統癱瘓等情況的出現。

2.4 電力電子裝置在輸電環節的應用

電網系統的輸電組網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，因為直流輸電主要由常規性直流電輸出和柔性電流輸出構成，電力電子設置（換流器等）在對可再生能源接入、孤島供電、城市供電和電網互聯等領域有著廣泛的應用。分頻輸電作為一種高效低能耗的電能傳輸方法在當前新能源（水電、風能、光電）領域已經被廣泛采用，因為在分頻輸電過程中，通過采用低頻送電，大大提高了電能傳輸效率，而且對傳輸過程中伴隨的因外界環境因素導致的電壓波動現象有很好的抑制性[3]。固態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、相位等參數的一種器件，可以對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，為智能化電力系統提供了必要的條件。

2.5 電力電子裝置在電能質量控制中的應用

在電能質量控制中，通常應用到的電力電子裝置有：動態無功補償器、鏈式靜止同步補償器、有源電力濾波器、統一電能質量調節器以及動態電壓恢復器等電子裝置[4]。其中，動態無功補償器和鏈式靜止同步補償器在改善負荷異常、系統功率不穩定等方面有著較多的應用；有源電力濾波器、統一電能質量調節器則針對變流裝置將傳輸電流導入電網系統前對諧波進行調整，保證網側電流諧波含量得到抑制，進而提高電力設備的使用效率；動態電壓恢復器是可以實現串聯型電能控制的動態系統修復裝置，它可以根據實際狀況中出現的電壓不平衡現象針對正序、逆序、無序現象進行有效補償，近年來，關于動態電壓恢復器的主要研究方向集中在多電平逆變器這一方面[5]。

3 結論

隨著電力電子裝置在電力系統中的深入應用，我國的電網正全面化朝著自動化、智能化的方向快速發展，電力電子裝置的技術水準不斷提升一方面會進一步帶動我國電力系統的進一步發展，同時在電力傳輸與應用過程中也使得能源利用效率提升、生產成本降低、安全性得到進一步提高等。此外，在保證電力電子裝置技術的不斷成熟的前提條件下，保障設備的可靠性、穩定性、安全性也是在未來電力系統中必要提及的關鍵因子，高效、安全、穩定、環保型的電力系統是當前的大勢所趨，也勢必成為現在以及將來電力電子裝置發展的主要方向。

4.參考文獻

[1]姜建國，喬樹通，郜登科. 電力電子裝置在電力系統中的應用[J]. 電力系統自動化，2014，v.38；No.52903：2-6+18.

[2]劉江. 電子裝置在電力系統中的應用研究[J]. 中國高新技術企業，2016，No.35403：41-42.

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

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

[5]賀智雄. 電力電子裝置在電力系統中的應用[J]. 科學中國人，2016，09：28.