張永春 呂香玲 河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院

電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

張永春 呂香玲 河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院

隨著科技的進(jìn)步，應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的設(shè)備和裝置越來(lái)越先進(jìn)，不斷推動(dòng)電力系統(tǒng)向信息化、智能化等方向發(fā)展。電力電子裝置作為推動(dòng)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要設(shè)施，其能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電、儲(chǔ)能裝置的功率轉(zhuǎn)換、無(wú)功和諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?，功能非常?qiáng)大。本文主要分析了電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍，并針對(duì)電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的故障管理和可靠性進(jìn)行了研究和探討。

電力電子裝置；電力系統(tǒng)；故障管理

隨著全球可再生資源的不斷消耗和氣候環(huán)境的不斷破壞，電力能源作為可再生清潔性能源受到人們的重視。隨著電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，如更加靈活的輸電方式、配電智能化、用電智能化等，且還能夠提高供電質(zhì)量和可靠性[1]。電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛，對(duì)電力系統(tǒng)性能的改善效果非常顯著，因此本文針對(duì)電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍和效果進(jìn)行了探討。

1.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍

1.1 電力電子裝置在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

靜止勵(lì)磁技術(shù)與勵(lì)磁機(jī)比較，調(diào)節(jié)速度更快、控制更加簡(jiǎn)單，能夠顯著提高發(fā)電的性能和效率，且還可以改善發(fā)電品質(zhì)[2]。在水利發(fā)電機(jī)組中采用交流勵(lì)磁技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水頭壓力和水流量的迅速調(diào)節(jié)，有效提高發(fā)電效率。變流器作為風(fēng)力發(fā)電的核心，主要是利用整流器和逆變器將變化較大的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的能力，而且隨著變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)向多電平拓?fù)浞较虬l(fā)展，實(shí)現(xiàn)降低線路損耗的作用，有效控制傳輸導(dǎo)線的成本，繼而大力推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)和發(fā)展。光伏發(fā)電主要是利用太陽(yáng)能進(jìn)行費(fèi)電，通過(guò)光伏陣列組建、濾波器、逆變器組等，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償?shù)取５谶M(jìn)行光伏電站的設(shè)計(jì)時(shí)，需要全面考慮光伏陣列的組合方式、逆變器的組合方式等。

1.2 電力電子裝置在電能儲(chǔ)存中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)主要是應(yīng)對(duì)高峰負(fù)荷供電需求，起到緩解的作用，且可以提高電力設(shè)備的利用率和電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。常見(jiàn)的電能儲(chǔ)存裝置主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能等。其中通過(guò)對(duì)可調(diào)速抽水蓄能的應(yīng)用，可以采用轉(zhuǎn)子繞組勵(lì)磁方式，即對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流頻率和復(fù)制的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行模式的切換，能夠保證在面對(duì)緊急事故備用、調(diào)頻等出現(xiàn)多重作用。壓縮空氣儲(chǔ)能主要是將電能以高壓空氣的形式儲(chǔ)存起來(lái)，在后期用電高峰期時(shí)，將高壓空氣釋放出來(lái)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[3]。電池儲(chǔ)能主要是利用鋰離子電池、鈉硫電池和全釩液流電池等，采用小功率DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)電池模塊的電流均衡。

1.3 電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

常規(guī)直流輸電主要采用晶閘管換流器、柔性直流輸電采用全控器件換流器，但由于柔性直流輸電具有有功功率可控、無(wú)功功率可控、可向無(wú)源負(fù)荷供電等優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于常規(guī)直流輸電而言，其在孤島供電、城市供電等領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，而且輸出電壓的諧波和畸變率更小。在水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源中，一般需要利用低頻率進(jìn)行發(fā)電和電能傳輸，起到降低輸電線路電氣距離、抑制線路電壓波動(dòng)等作用。固態(tài)變壓器屬于新型變壓器，其能夠針對(duì)電壓或電流的幅值、相位、頻率和形狀等進(jìn)行變換，能夠進(jìn)一步保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.4 電力電子裝置在電能質(zhì)量控制中的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的功率振蕩進(jìn)行抑制、確保電壓的穩(wěn)定性，改善和解決負(fù)荷電壓不平衡的問(wèn)題。鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，可充分實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率連續(xù)可調(diào)，且具有相應(yīng)速度快、可靠性等優(yōu)勢(shì)。諧波治理裝置主要是利用多重化技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)等，降低變流裝置注入電網(wǎng)的諧波。此外應(yīng)用電力濾波器、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器等，有效減少諧波含量，提高設(shè)備利用率[4]。在一些企業(yè)中應(yīng)用的中低壓電力系統(tǒng)，如果出現(xiàn)電壓暫降，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，而動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，能夠有效對(duì)不平衡的電壓暫降進(jìn)行合理抑制。

2電力電子裝置在電力系統(tǒng)的應(yīng)用研究

2.1 電力電子裝置的可靠性評(píng)估

為了充分體現(xiàn)出電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的價(jià)值，對(duì)電力電子裝置的可靠性、故障率、維護(hù)時(shí)間和使用率等進(jìn)行評(píng)估具有必要性。其中可靠性作為衡量電力電子裝置最重要的指標(biāo)，通過(guò)做好可靠性評(píng)估，有利于電力電子裝置的管理。一般電力電子裝置可靠性評(píng)估主要是采用從元件或系統(tǒng)層面進(jìn)行建模的方式，其中元件可靠性模型包含功率器件故障率、電解電容故障率等建模、系統(tǒng)層面可靠性模型包含累加模型、組合模型等[5]。

2.2 電力電子裝置的故障管理

在電力系統(tǒng)電力電子裝置實(shí)際應(yīng)用中，難免會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的因素出現(xiàn)故障問(wèn)題。目前主要采用熱管理和故障管理方式實(shí)現(xiàn)對(duì)故障率的控制。其中熱管理主要是通過(guò)控制器件損耗起到避免瞬態(tài)熱應(yīng)力的情況。故障管理首先要進(jìn)行故障的診斷，依據(jù)診斷結(jié)果識(shí)別故障，此外還可以依據(jù)不同部件的故障機(jī)理，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)。針對(duì)元件或子系統(tǒng)故障，可以采用準(zhǔn)正常運(yùn)行能力，確保電力電子裝置在故障時(shí)仍然能夠滿足實(shí)際應(yīng)用功能。

2.3 電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊的應(yīng)用

電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊具有減少電力電子裝置成本、損耗和降低維護(hù)工程投入等優(yōu)勢(shì)，且適用于各種場(chǎng)合。對(duì)于電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊集成化，需要從雜散電感、開(kāi)關(guān)損耗、信號(hào)測(cè)量等方面進(jìn)行突破，如采用三維集成方式，通過(guò)將無(wú)源層作為變換器的基板，提高電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊的空間利用率。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電環(huán)節(jié)、儲(chǔ)能環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)和電能質(zhì)量控制等，大力推動(dòng)了電力系統(tǒng)向信息化和智能化方向發(fā)展。而對(duì)電力電子裝置進(jìn)行可靠性評(píng)估和故障管理，加強(qiáng)對(duì)電力電子標(biāo)準(zhǔn)模塊的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提高電力電子裝置的安全性，降低使用成本。

[1]行鵬,程瓊,李俠,等.一種用于新型大功率電力電子裝置的高功率試驗(yàn)系統(tǒng)[J].高壓電器,2012,07∶52-56.

[2]韋林,廖慧昕,易干洪.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012,10∶97-98.

[3]吳芳.電力系統(tǒng)試驗(yàn)中的大功率電力電子裝置等效研究[J].電子制作,2014,20∶13-14.

[4]張挺,宋斌斌,王惠鐸.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2015,21∶246.

[5]黃宗建,魏宏飛,吳會(huì)敏.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].電子測(cè)試,2014,13∶91-92+134.