電力電子裝置在電力系統中的應用

山東華宇工學院 張文志

資源在當前社會中重要性不斷提升，電力系統作為重要的能源之一，因此開始轉型，向著可持續以及智能化的方向發展。在這樣的情況下，分布式電源成為了未來的主流電源方式，同時大規模介入地方電網、微型電網與主干電網之間的互動在不斷提升，從而保證供電的可靠性以及質量。并且在電力系統之中，使用可再生資源進行發電，在實際的發電之中，主要使用直流電，同時使用柔性互聯的方法，進行配電工作的雙向流動，但是這個過程中，需要大量的電力電子裝置實現相關的功能。在當前的社會之中，由于用電的需求，因此使用高壓電的情況不斷增多，其中大功率電子器件的使用也在不斷增強，導致當前的電力系統呈現出模塊化，單元化以及智能化的特征，因此在當前的電力電子之中，對于控制策略以及調制策略等方面，進行了提升，這就造成了電力電子裝置在當前的電力系統中，會逐漸發揮出更大的作用，得到更廣泛的普及。

1 發電環節

當前電力電子裝置在電力系統發電中的應用，主要集中在以下幾個方面：

第一，發電機勵磁。當前的大型發電機組，因為其特性的原因，一般使用靜止勵磁技術，與勵磁機相比，具備能夠更快地調節速度，同時能夠更加簡單地進行控制等特點，這樣的方式提升了當前發電廠運行的效率，并且推動了當前發電廠的運行性能。在當前的水利主要使用的技術是通過交流勵磁的技術，對電流頻率進行調整，而且這個過程是動態的，可以實現在運作過程中對于電流的適應和調節，從而改善當前的發電品質，提升當前的發電效率。

第二，風力發電。風力發電之中，核心的環節是變流器，作為核心的組件，在運作的過程中，風力在進入設備之后，首先經過整流器，從而更好輸入到逆變器之中，通過對于風能的轉化，將當前的風能轉化為能夠符合并網要求的電能，然后將這種電能經過拓撲結構進行整個，讓整體的電壓逐步提升，使用這樣的方式，可以有效降低線路上的損耗，對于當前的發電來說有著非常強的促進作用。基于這種技術，當前的海上風力發電有了大規模的突破，提升了發電工作的效率。

第三，光伏電站。光伏電站也就是日常說的太陽能發電站，其中主要的運作原理是太陽光經過內部的轉換裝置之后，進行電能的運輸，通過這樣的方式，實現光伏發電的大規模運輸。這種方式能夠大規模對太陽能進行利用。目前，大規模進行發電運用的光伏電站，可以實現無功補償、動態電壓以及有源濾波等功能，并且在實際的使用過程中，還能夠通過太陽能多峰值的特性，對非理想性的技術問題進行解決。對當前的光伏發電來說，是非常重大的一種技術進步，因此在當前的光伏發電之中，首要解決的問題就是光伏列陣的組合方式，以及逆變器的組合方式等，只有完成這部分的技術問題，并且解決并網拓撲的問題之后，才可以進行大規模的利用，從而推動光伏發電的發展。

2 電能存儲

儲能技術在電力系統中是非常常見的一種技術，在實際的使用過程中，通過運用儲能技術能夠有效解決供電需求，尤其是在用電高峰期的時候，更是如此。并且儲能技術在使用的過程中，可以針對當前的電網運行效率，對用電質量以及用電需求等方面做出篩選，找出符合當前社會發展需求的用電手段，當前常見的儲能技術有抽水蓄能以及壓縮空氣儲能等方式，同時這些技術對于大電量的需求有著非常強的作用，可以達到兆瓦級的儲能，因此在當前的使用中，有著非常廣泛的應用前景。在儲能之中，電力電子裝置，主要可以使用在以下幾個方面：

第一，可調速抽水蓄能。抽水蓄能電站的主要構成方式有以下幾個方面，分別是上下水庫，輸水功能組件以及發系統等幾個部分，實際運行的過程中，水流經過上水庫以及下水庫之間的落差變化，電站進入到工作變化之中，隨后進行發電工作。當前發電之中，主要采用是抽水蓄能機組，在運行的過程中，采用轉子勵磁的方式，然后通過內部的轉換裝置，實施全控期間的電壓、電流型號的變化，從而完成相應的工作。在抽水蓄能的過程之中，依靠調節轉子勵磁的頻率以及幅度，對機組的運行模式進行有效切換，保證當前工作能夠更好發揮機組的運行功能，從而完成對于機組的使用。達到備用容量的作用，通過這樣的方式，完成可調速抽水蓄能的工作。

第二，壓縮空氣蓄能。壓縮空氣蓄能是當前采用的另外一種主要的蓄能方式。壓縮空氣蓄能主要的工作原理主要是以下幾個方面，首先在用電負荷較低的時間段，利用富余電量驅動空氣壓縮機，將空氣進行壓縮，壓縮空氣的過程，就是對能源儲存的過程。到了用電高峰期的時間段，加工儲存空間內的高壓空氣進行釋放，在這個過程中，用空氣推動發電機進行發電工作。近年來，在進行發電的過程中，對于空氣儲能的方式研究在不斷發展，不斷降低在儲能工作之中，能量的浪費。經過長期的改善，當前的空氣儲能方式，已經有了非常大的改變，當前的技術之中，主要使用變頻驅動技術，在調整負荷的方面，可以提升空氣壓縮的效率，讓壓縮空氣儲能適用于更多的情況。

第三，電池蓄能。電池蓄能是最早也是最常見的一種方式，核心的功能是電池的功率調節，系統當前對電池的發展技術已經相對成熟，具備很多不同種類的電池。在電池系統之中，由于自身功率的問題，因此采用多數是小功率的轉換裝置。在大功率部分，對于電池的使用則是進行串聯以及并聯的方式，實現功率的調節，在實際的使用過程中，需要對電池進行放電管理，進而保證儲能系統的各項并網功能。

3 微型電網

微型電網是當前常見的一種分布式電源，在使用的時候可以兼顧小型發電的需求，因此本身是一種分布式電源，內部儲能裝置以及功率轉換器等都具備，隨著當前對于電力的依賴逐漸增強，并且小型電網能夠充分利用資源，因此成為了當前熱門的電網類型。在實際的使用過程中，小型電網自身具備的優勢可以讓其能夠實現對局部地區的供電，并且在供電的過程中，能夠實現對于能量方面的優化，以及局部地區功率的平衡。一旦在日常的使用之中，電網出現故障，微型電網能夠接替外部電網，實現向關鍵的負荷供電的需求。在實際的使用過程中，分源式電網在使用的時候，有著非常強的效果，可以從微型電網接入到電網之中，從而完成并網運行的工作。能夠與電網互相進行支撐，從而實現電網工作的充分配置。

在微型電網之中，可以使用多變換器的方式，實現分布式電源以及儲能裝置的互相聯動，并且在使用的過程中，采用多個變換器，進行協調的的方式進行，但是這樣的方式，本身對于控制器的依賴比較強，控制器本身的成本也比較高，同時在使用的過程中，出現故障的幾率也比較高，因此在實際的使用過程中，并非最優解。針對這樣的情況，在當前的微信電網之中，通常會使用一種多接口轉換器，能夠通過分布式的電源，儲能裝置，以及負荷進行連接，進而提升了當前可再生資源的利用效率，優化了當前的能源管理，增強了電網互聯之間的經濟性。

同時，多接口變換器在實際的使用過程中，功能也相對簡單，可以容易上手操作，在使用的過程中，只有生產模式、緊急模式以及恢復模式。其中生產模式，是作為工作的模式，在使用的過程中，在該模式下，可以正常進行供電。滿足負載的需求。緊急模式下，變換器主要是為了應對突發的情況，在這種模式下，可以不間斷進行工作，從而完成供電任務。最后就是恢復模式，這種模式主要是在儲能的過程中使用，在儲能的時候，始終保持充電狀態在安全范圍之內，從而防止出現意外的情況。

4 輸電環節

首先是直流輸電。直流輸電一般有常規以及直流等兩種方式，其中常規直流輸電是當前社會的主要輸電方式，在進行常規輸電的時候，主要會采用晶閘管以及換流器，進而有效促進當前的輸電工作的進行。柔性輸電在輸電的時候，自身具備濾波以及無功補償裝置，因此在輸電的時候，可以進行無源負荷供電，因此供電的選擇范圍更大，在一些孤島以及偏遠地區進行供電的時候，可以采用這樣的供電方式，在柔性直流輸電的過程中，主要應該注重器件的開關頻率，進而對當前的供電進行有效控制。

其次就是分頻輸電。分頻輸電系統利用不同的頻率進行輸電，其中較低頻率可以減少電路電氣距離，提升系統的傳輸能效，進而有效抑制電路的電壓波動。這種輸電的方式，本身適合在一些轉速較低的發電站之中進行使用，因此多用于水電以及風力發電等可再生的轉速較低的發電機之中。

最后就是固態變壓器。固態變壓器是當前經常使用的一種方式，在使用的過程中，主要是進行電子變換的時候，能夠對電磁耦合技術進行實施，讓二者之間能夠更好進行結合，進而對電流的幅值、相位、頻率、相數以及形狀等特征進行變換，在實際的使用之中，可以幫助電力系統增強自身的穩定值，從而使用更加靈活的輸電方式，為電力的智能化控制提供一個可能的方向。

結束語：綜上所述，在當前的電力電子裝置使用之中，可以對電力系統的發電、儲能、微型電網以及輸電等各方面繼續進行優化，在這些方面也取得了非常不錯的效果，提升了電力系統的安全性、可靠性。并且由于電力電子裝置本身的低成本，高壽命，更是可以有效控制成本，進而推動電力系統長遠的發展。