電力電子裝置在電力系統中應用分析

董紹剛

摘要：電力系統為我們配給、輸送了巨量的能源，大力推動社會的發展。目前，電力電子裝置已經成為我國電力系統的關鍵部分。其在電力系統中的深入應用，不僅大大推動電力系統的可持續發展，為實現電力系統的數字化、智能化管理鋪平道路。本文結合電力系統發展現狀，對電力電子裝置在電力系統中應用的情況進行探究，為我國電力行業的發展提供參考。

關鍵詞：電力電子裝置 電力系統 應用分析

1前言

電力電子裝置是實現電力系統中大部分功能的重要組成部分。例如可再生能源并網發電、無功和諧波動態補償、儲能裝置功率轉換、配電雙向流、交直流電網等。科技的不斷發展，促進社會各行業技術的改革。大功率、高壓電力電子裝置的發展，變換器單元化和模塊化水平的提高，以及相關性能的提高，使得電力電子裝置在電力系統中的作用越來越重要。為了維護電力系統可持續發展，國家調整電力系統的發展方向，推動電力系統朝著智能化、可持續化的方向發展，優化和完善電力系統，保證電力系統的高效運行。

2 電力系統發展現狀

從上世紀，電力的利用是社會發展的主旋律，給人們帶來了方便以及快捷。電力資源也是不可替代的重要資源，決定了電力系統的發展至關重要。為適應社會進步和生產力發展的要求，國家不斷加強的電力資源開發，以及電力系統中的電力電子裝置的應用每時每刻都在改變著人們生產生活。電力電子裝置不斷完善以及相應技術的進步使電力系統配置變得更合理、高效。人們日益增長的電力需求與國家有限的能源資源的矛盾是國家可持續發展戰略實現的難題。從我國電力系統的發展現狀可以看出，實現全網統一以及穩定供電是電力系統發展的方向。除此之外，保障我國電力系統安全輸電能力，還要加強電力系統可調的靈活性，進一步使電力資源得到合理、高效配置。結合電力電子裝置的優點，提高電力系統數字化以及智能化程度，保證電力系統的穩定和安全。

3電力電子裝置的優點分析

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定條件以及規定時間里完成選定動作的能力。影響可靠性的因素通常指電力電子裝置的設計以及安裝應用狀況。工程師在設計過程中還應考慮電力電子器件的合理性，并根據多次運行評估的結果制定相應的可靠性標準。而電力系統的可靠性需要全方位多層次管理。在各種電力系統應用中，都需要建立一個可行的模型進行分析論證，結合電力系統標準和規則綜合分析模型的結論。

3.2 應對故障方向

電力系統運行時間久了，難免出現各種各樣的故障。在電力系統運行中，電力電子裝置一旦發生故障，沒有得到及時維護，造成系統停止工作，將造成嚴重的經濟損失。如果電力電子裝置在正常運行時有相應的故障，可以將故障位置分離，然后將故障點模塊從主系統中脫離，實現離線維護，快速恢復設備的正常運行。如果系統主干部分沒有出現問題，則電力電子裝置具有一定的容錯性能，即如果系統有故障點，系統可以自動調整響應策略，控制系統的正常運行，隔離故障點，避免故障點影響整個系統的正常運行。如果故障點的損壞范圍在允許的范圍內，并且能夠實現其功能，系統將自行降級。該方法具有操作簡單、維護簡單、維護成本低等特點，被電力系統企業廣泛采用。

3.3 仿真回路技術

在電力電子裝置的設計中，要綜合考慮硬件結構、和軟件應用以及裝置制成后的檢測和后期維護等要求。其中，仿真回路技術屬于系統的硬件結構，可以改進系統的設計，有效地驗證結果。針對電力系統的不同運行狀態，可以實現故障模擬，在抽樣采集任意信號。電力電子裝置對傳輸速度有著嚴格的要求。該裝置的半實物仿真準確無延遲地模擬了硬件的動態特性。目前，無延遲計算技術主要是FPGA技術。該技術在電力電子器件中的應用可以提高硬件動態的真實性和準確性

3.4 整合標準模塊

電力電子標準模塊的集成是將各種元器件、電路和處理器集成到一個模塊中，使模塊具有綜合功能。同時，模塊化集成降低了設備的生產成本，減少了購買環節。集成模塊化模式有三種：硅片集成、封裝集成和三維集成。低電流時可采用硅片集成和封裝集成，大電流時可采用三維集成，可提高維修效率，降低維修成本。

4 電力電子裝置的應用分析

4.1 電力電子裝置在發電中的應用

電力電子裝置在發電中應用的例子有很多。例如，電力電子裝置在發電機勵磁中的應用，使其設計簡單，速度可調;電力電子裝置在風力發電中的應用，則是利用風能將風力機轉為機械能，機械能切斷磁場中的磁感應線，產生有效電能供電網使用;電力電子裝置在光伏發電中的應用，將太陽能通過相關專業元件轉化為電能。目前，電力電子器件在發電中的應用尚處于發展初期。

4.2 電力電子裝置在電能存儲中的應用

電能存儲是電能的有效存儲，即當供電量大于用電量時，多余的電能將被存儲。儲能技術在電力系統中的應用，能及時解決供電用電高峰之間的矛盾，減少能源的浪費，提高電力資源的利用率。應用案例通常有壓縮空氣儲能、抽水蓄能和電池儲能三種。一是壓縮空氣儲能，基本原理是：在用電低低谷時，將電能轉換成空氣能儲存，在用電高峰時將儲存的空氣能轉換成電能。在轉換過程中，發電機通過磁場中的運動原理來轉換電能和儲存其他能量，從而提高發電效率。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動的。水泵的旋轉是通過在電磁場中切斷磁感應線來產生電能的。當電能利用有剩余時，水電站利用剩余電能將下游的水抽向上游，實現蓄能，提高了電能的儲存效率。三是蓄電池儲能，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。在現有的電池技術中，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中的應用

微電網的應用原理是由電源、變換器等組成的微發電系統。該系統的優點是能在非自備電網中運行，能自行供電和儲能，具有電能獨立運行的能力，也能與外界進行電能交換，進而優化自身電能。通過設置獨立的開關元件，可以實現獨自運行和聯網運行。

4.4 電力電子裝置在輸電環節中的應用

電力電子器件在電力傳輸中的應用有三種：直流傳輸、分頻傳輸和固態變壓器。電力電子器件在高壓直流輸電中的應用包括兩種模式：常規高壓直流輸電和柔性高壓直流輸電[2]。其中，常規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。柔性直流輸電的優點是可以獨立控制輸出有功功率和無功功率[3]。而電力電子裝置在分頻傳輸中的應用原理是低頻時用倍頻變壓器傳輸電能，高頻時用電能，這樣可以大大縮短交流輸電線路的距離，提高系統的輸電能力。電力電子器件在固態變壓器中的應用原理是能夠交換電壓的參數和特性，實現對原電流、電壓和功率的靈活控制。

5 結 論

總之，隨著環境保護和能源需求的提高，當前電力系統正逐步向可持續發展和智能化、數字化方向轉變。目前，社會生產的很多工藝和技術需要高質量的電力資源。因此，電力電子裝置在電力系統中的應用就更加重要。電力電子裝置的應用極大地提高了電力系統的性能，促進了電力系統改革的進程。

參考文獻

[1]周凱.電力系統中電力電子裝置的應用分析[J].科技創新導報，2019，11

[2]任俊闖，陳春燕.電力電子裝置在電力系統中的應用分析[J].數字通信世界，2017，03

[3]朱曉群.電力電子技術在電力系統中的應用分析[J].電子技術與軟件工程，2014，08

[4]張春秋.電力電子技術在電力系統中的應用分析[J].民營科技，2011，12.

[5]馮雪松.電力電子裝置在電力系統中的應用[J].科學技術創新，2017，07