趙楊輝

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)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(jìn)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(jìn)行體系化管理，并利用電力系統(tǒng)的工作特性進(jìn)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(jìn)，但是有限的資源在慢慢枯竭，自然環(huán)境也受到嚴(yán)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(jìn)。對電力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)以保障電力系統(tǒng)的高效應(yīng)用。

1 電力系統(tǒng)發(fā)展概括

現(xiàn)代社會進(jìn)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(jìn)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(yīng)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?？?，導(dǎo)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(shí)驗(yàn)，可直接影響電力電子裝置的應(yīng)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(jìn)行思考，并且多次運(yùn)行評測結(jié)果，制定相應(yīng)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)的可靠性需要在整體層面進(jìn)行體系管理。無論是在復(fù)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(jìn)行分析論證，依靠電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則分析模型的結(jié)論。

2.2 應(yīng)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(yùn)行中，電力電子裝置如果出現(xiàn)故障將會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。正常運(yùn)行的裝置出現(xiàn)相應(yīng)的故障，可以通過對故障位置進(jìn)行分離，然后將故障點(diǎn)進(jìn)行模塊式拆卸，并實(shí)現(xiàn)線下維修保養(yǎng)，快速恢復(fù)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(diǎn)，那么該系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)應(yīng)對策略控制該系統(tǒng)正常運(yùn)行，將該故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，避免因?yàn)樵摴收宵c(diǎn)影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果該故障點(diǎn)的損壞范圍在允許的范圍內(nèi)，還可以實(shí)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(diǎn)，被電力系統(tǒng)廠家廣泛應(yīng)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(yīng)用、檢查檢測及后期維護(hù)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(yàn)證結(jié)果。對于不同電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)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(shí)物仿真在無延遲的情況下先準(zhǔn)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(yīng)用該技術(shù)可以提升硬件動態(tài)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.4 整合標(biāo)準(zhǔn)模塊

電力電子標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)用

3.1 在發(fā)電中的應(yīng)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(yīng)用方法。例如，在發(fā)電機(jī)勵磁中應(yīng)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(diǎn)；在風(fēng)力發(fā)電中采用電力電子裝置，利用風(fēng)能將風(fēng)車轉(zhuǎn)動，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能在磁場中進(jìn)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(yīng)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(yīng)用處于發(fā)展前期階段。

3.2 在電能存儲中的應(yīng)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(jìn)行儲存。電能存儲技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(yīng)用比較普遍，在消耗電量的用電低谷時間段對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮空氣。這種方法是將電能轉(zhuǎn)化為空氣能進(jìn)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(jī)通過在磁場中的運(yùn)動原理進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化和其他能量的儲存，進(jìn)而提高發(fā)電效率。

抽水蓄能的應(yīng)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(jìn)行驅(qū)動，水泵的旋轉(zhuǎn)通過在電磁場中進(jìn)行切割磁感線產(chǎn)生電能。當(dāng)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(shí)現(xiàn)能量的存儲。提高了電能儲存效率。

電池儲能的應(yīng)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?，F(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(yīng)用

微型電網(wǎng)的應(yīng)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(diǎn)是可以與非自身電網(wǎng)一起運(yùn)行，可以自己供電、儲電，具有獨(dú)立運(yùn)行電能的能力，也可以與外界交換電能，進(jìn)而優(yōu)化自身電能。通過設(shè)置獨(dú)立的開關(guān)元器件，達(dá)到同步切換兩種模式的目的。

3.4 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)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(yīng)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(diǎn)是可以獨(dú)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(yīng)用原理是在低頻率的情況下利用倍頻變壓器進(jìn)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(yīng)用原理是可以對電壓的參數(shù)和特點(diǎn)進(jìn)行交換，實(shí)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(xué)、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(yīng)用使電力系統(tǒng)的性能得到較大提高，推進(jìn)了電力系統(tǒng)改革的進(jìn)步。