電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應用

趙楊輝

（內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司阿拉善電業(yè)局，內(nèi)蒙古 阿拉善 750300）

0 引 言

科技的不斷發(fā)展，必然會促進社會各行各業(yè)技術(shù)的改革，電力系統(tǒng)亦是如此。電力系統(tǒng)主要是將人們生活中需要用電的地方進行體系化管理，并利用電力系統(tǒng)的工作特性進行分配和輸送電力的工作。雖然電力系統(tǒng)技術(shù)不斷更新和改進，但是有限的資源在慢慢枯竭，自然環(huán)境也受到嚴重威脅，因此，國家必須在電力系統(tǒng)中堅持可持續(xù)發(fā)展的要求，同時調(diào)整電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，促使電力系統(tǒng)朝著智能化、持續(xù)化方向前進。對電力系統(tǒng)進行優(yōu)化和改進以保障電力系統(tǒng)的高效應用。

1 電力系統(tǒng)發(fā)展概括

現(xiàn)代社會進步過程中，電力資源帶給人們便利、快捷的生活方式，所以電力系統(tǒng)的發(fā)展是非常重要的，電力資源也是一種不可以替代的重要資源。但是隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和進步，改變?nèi)藗兩罘绞降牟粌H有電力資源的開發(fā)，還有電子裝置在電力系統(tǒng)中的不斷應用。電力電子裝置使電力系統(tǒng)變得更加合理、方便、快捷。人們賴以生存的環(huán)境資源有很多，包括可再生資源和不可再生資源，如陽光、水源及石油等。但是不可再生資源的消耗速度非常快，導致人們生活的需求迫切需要科技力量來解決，解決的方向需要堅持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略部署。縱覽我國的電力系統(tǒng)發(fā)展可知，其發(fā)展方向具有統(tǒng)一性和穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)分布包括分布式電源與儲能裝置。此外，我國的電力系統(tǒng)也具有可調(diào)的靈活性和安全輸送能力，以保證合理的分配電力資源。利用電力電子裝置的優(yōu)勢，使電力系統(tǒng)具有更高的智能化程度，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

2 電力電子系統(tǒng)的性質(zhì)

2.1 電力電子裝置的可靠性

影響電力電子裝置可靠性的因素有裝置的設(shè)計和是否全方位管理。電力電子裝置的可靠性能的分析和實驗，可直接影響電力電子裝置的應用結(jié)果。同時，工程師設(shè)計過程中也要對電力電子裝置的合理性進行思考，并且多次運行評測結(jié)果，制定相應的可靠性標準。電力系統(tǒng)的可靠性需要在整體層面進行體系管理。無論是在復雜的電力系統(tǒng)中還是簡單的電力系統(tǒng)中，都需要建造可行性的模型進行分析論證，依靠電力系統(tǒng)標準和規(guī)則分析模型的結(jié)論。

2.2 應對故障方向

任何一個系統(tǒng)中都會有故障存在，電力系統(tǒng)也不例外。電力系統(tǒng)具有一定故障發(fā)生率。電力系統(tǒng)運行中，電力電子裝置如果出現(xiàn)故障將會造成嚴重的經(jīng)濟損失。正常運行的裝置出現(xiàn)相應的故障，可以通過對故障位置進行分離，然后將故障點進行模塊式拆卸，并實現(xiàn)線下維修保養(yǎng)，快速恢復裝置的正常工作。如果問題沒有出現(xiàn)在主干部分，電力電子裝置具有一定容錯性能，即如果A系統(tǒng)中出現(xiàn)一個故障點，那么該系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)應對策略控制該系統(tǒng)正常運行，將該故障點進行隔離，避免因為該故障點影響整個系統(tǒng)的正常運行。如果該故障點的損壞范圍在允許的范圍內(nèi)，還可以實現(xiàn)其功能，那么系統(tǒng)自行降級處理。這種處理方式具有操作簡單、維修簡單及維修成本低的特點，被電力系統(tǒng)廠家廣泛應用。

2.3 仿真回路技術(shù)

設(shè)計電力電子裝置過程中，需要考慮該裝置的硬件結(jié)構(gòu)、軟件應用、檢查檢測及后期維護等。其中，仿真回路技術(shù)屬于系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方面，可以提升該系統(tǒng)的設(shè)計，并有效地驗證結(jié)果。對于不同電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)故障模擬，在任意位置可以取任意信號。電力電子裝置對于傳輸速度有著苛刻的要求。該裝置的半實物仿真在無延遲的情況下先準確地模擬硬件的動態(tài)。目前，具有無延遲計算的技術(shù)是FPGA技術(shù)。在電力電子裝置中應用該技術(shù)可以提升硬件動態(tài)的真實性和準確性。

2.4 整合標準模塊

電力電子標準模塊的整合是將各種元器件、電路及處理器等集中到同一個模塊，使該模塊具有全面的功能。同時，模塊化的整合縮小了該裝置的生產(chǎn)成本，并減少了購買環(huán)節(jié)。集成式的模塊化方式包括硅片集成、封裝集成與三維集成。硅片集成和封裝集成可應用于電流小的情況，三維集成適用于高電流的情況，可以提高維修效率，降低維修成本。

3 電力電子裝置的應用

3.1 在發(fā)電中的應用

總結(jié)電力電子裝置在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用方法。例如，在發(fā)電機勵磁中應用電力電子裝置，使其具有設(shè)計簡單、可調(diào)節(jié)速度的特點；在風力發(fā)電中采用電力電子裝置，利用風能將風車轉(zhuǎn)動，將風能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能在磁場中進行磁感線的切割，產(chǎn)生有效的電能，供電網(wǎng)使用；在光伏發(fā)電中應用電力電子裝置，通過相關(guān)專業(yè)的元器件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。電力電子裝置在發(fā)電中的應用處于發(fā)展前期階段。

3.2 在電能存儲中的應用

電能存儲就是將電能有效地儲存，即電量供給大于電量消耗時，將多余的電能進行儲存。電能存儲技術(shù)應用于電力系統(tǒng)中，能有效解決供電高峰期的需求問題，提高了電能資源使用率。其中應用該技術(shù)的案例包括壓縮空氣儲能、抽水蓄能及電池儲能等[1]。

壓縮空氣儲能應用比較普遍，在消耗電量的用電低谷時間段對空氣壓縮機進行壓縮空氣。這種方法是將電能轉(zhuǎn)化為空氣能進行儲存，用電高峰期時將存儲的空氣能轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)化過程中，發(fā)電機通過在磁場中的運動原理進行電能轉(zhuǎn)化和其他能量的儲存，進而提高發(fā)電效率。

抽水蓄能的應用原理具體如下。在水電站中，利用水從高降落的能量對水泵進行驅(qū)動，水泵的旋轉(zhuǎn)通過在電磁場中進行切割磁感線產(chǎn)生電能。當電能使用出現(xiàn)剩余時，水電站利用剩余的電能將下游的水抽至上游，實現(xiàn)能量的存儲。提高了電能儲存效率。

電池儲能的應用原理具體如下。將電能放在電池里，如同生活中給電瓶車的電池充電，不同的是這次充電的電池需要非常大的容量，要求非常高。現(xiàn)有電池技術(shù)中，比較受歡迎的是鋰離子電池、鈉硫電池與全釩液流電池。

3.3 在微型電網(wǎng)中的應用

微型電網(wǎng)的應用原理是由一些電源、變換器等元器件組成微小型的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是可以與非自身電網(wǎng)一起運行，可以自己供電、儲電，具有獨立運行電能的能力，也可以與外界交換電能，進而優(yōu)化自身電能。通過設(shè)置獨立的開關(guān)元器件，達到同步切換兩種模式的目的。

3.4 在輸電環(huán)節(jié)中的應用

電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應用中可以分為三種類型，即直流輸電、分頻輸電及固態(tài)變壓器。

電力電子裝置在直流輸電中的應用包括兩種模式，常規(guī)直流輸電和柔性直流輸電[2]。其中，常規(guī)直流輸電采用晶閘管作用下的換流器，柔性直流輸電采用基于全控器件的換流器。兩者相比，柔性直流輸電的優(yōu)點是可以獨立控制輸出有功功率和無功功率[3]。

電力電子裝置在分頻輸電上的應用原理是在低頻率的情況下利用倍頻變壓器進行輸送電能，在高頻率的情況下使用電量，可以極大地降低了交流輸電線路的距離，提高了系統(tǒng)傳輸能力。

電力電子裝置在固態(tài)變壓器中的應用原理是可以對電壓的參數(shù)和特點進行交換，實現(xiàn)原方電流、電壓以及功率的靈活控制。

4 結(jié) 論

電力資源對于社會的發(fā)展具有重要作用。電力系統(tǒng)在科學、合理的優(yōu)化技術(shù)的推動下不斷發(fā)展，滿足了人們生活不同的需求和有限資源的可持續(xù)發(fā)展。電力電子裝置的應用使電力系統(tǒng)的性能得到較大提高，推進了電力系統(tǒng)改革的進步。