董紹剛

摘要：電力系統(tǒng)為我們配給、輸送了巨量的能源，大力推動社會的發(fā)展。目前，電力電子裝置已經(jīng)成為我國電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。其在電力系統(tǒng)中的深入應(yīng)用，不僅大大推動電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化管理鋪平道路。本文結(jié)合電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，對電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的情況進行探究，為我國電力行業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：電力電子裝置 電力系統(tǒng) 應(yīng)用分析

1前言

電力電子裝置是實現(xiàn)電力系統(tǒng)中大部分功能的重要組成部分。例如可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、無功和諧波動態(tài)補償、儲能裝置功率轉(zhuǎn)換、配電雙向流、交直流電網(wǎng)等?？萍嫉牟粩喟l(fā)展，促進社會各行業(yè)技術(shù)的改革。大功率、高壓電力電子裝置的發(fā)展，變換器單元化和模塊化水平的提高，以及相關(guān)性能的提高，使得電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的作用越來越重要。為了維護電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，國家調(diào)整電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，推動電力系統(tǒng)朝著智能化、可持續(xù)化的方向發(fā)展，優(yōu)化和完善電力系統(tǒng)，保證電力系統(tǒng)的高效運行。

2 電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

從上世紀，電力的利用是社會發(fā)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(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要。為適應(yīng)社會進步和生產(chǎn)力發(fā)展的要求，國家不斷加強的電力資源開發(fā)，以及電力系統(tǒng)中的電力電子裝置的應(yīng)用每時每刻都在改變著人們生產(chǎn)生活。電力電子裝置不斷完善以及相應(yīng)技術(shù)的進步使電力系統(tǒng)配置變得更合理、高效。人們?nèi)找嬖鲩L的電力需求與國家有限的能源資源的矛盾是國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實現(xiàn)的難題。從我國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一以及穩(wěn)定供電是電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。除此之外，保障我國電力系統(tǒng)安全輸電能力，還要加強電力系統(tǒng)可調(diào)的靈活性，進一步使電力資源得到合理、高效配置。結(jié)合電力電子裝置的優(yōu)點，提高電力系統(tǒng)數(shù)字化以及智能化程度，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

3電力電子裝置的優(yōu)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(shè)定條件以及規(guī)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(shè)計以及安裝應(yīng)用狀況。工程師在設(shè)計過程中還應(yīng)考慮電力電子器件的合理性，并根據(jù)多次運行評估的結(jié)果制定相應(yīng)的可靠性標準。而電力系統(tǒng)的可靠性需要全方位多層次管理。在各種電力系統(tǒng)應(yīng)用中，都需要建立一個可行的模型進行分析論證，結(jié)合電力系統(tǒng)標準和規(guī)則綜合分析模型的結(jié)論。

3.2 應(yīng)對故障方向

電力系統(tǒng)運行時間久了，難免出現(xiàn)各種各樣的故障。在電力系統(tǒng)運行中，電力電子裝置一旦發(fā)生故障，沒有得到及時維護，造成系統(tǒng)停止工作，將造成嚴重的經(jīng)濟損失。如果電力電子裝置在正常運行時有相應(yīng)的故障，可以將故障位置分離，然后將故障點模塊從主系統(tǒng)中脫離，實現(xiàn)離線維護，快速恢復(fù)設(shè)備的正常運行。如果系統(tǒng)主干部分沒有出現(xiàn)問題，則電力電子裝置具有一定的容錯性能，即如果系統(tǒng)有故障點，系統(tǒng)可以自動調(diào)整響應(yīng)策略，控制系統(tǒng)的正常運行，隔離故障點，避免故障點影響整個系統(tǒng)的正常運行。如果故障點的損壞范圍在允許的范圍內(nèi)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，系統(tǒng)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(tǒng)企業(yè)廣泛采用。

3.3 仿真回路技術(shù)

在電力電子裝置的設(shè)計中，要綜合考慮硬件結(jié)構(gòu)、和軟件應(yīng)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(shù)屬于系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，可以改進系統(tǒng)的設(shè)計，有效地驗證結(jié)果。針對電力系統(tǒng)的不同運行狀態(tài)，可以實現(xiàn)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(tài)特性。目前，無延遲計算技術(shù)主要是FPGA技術(shù)。該技術(shù)在電力電子器件中的應(yīng)用可以提高硬件動態(tài)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(shè)備的生產(chǎn)成本，減少了購買環(huán)節(jié)。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(yīng)用分析

4.1 電力電子裝置在發(fā)電中的應(yīng)用

電力電子裝置在發(fā)電中應(yīng)用的例子有很多。例如，電力電子裝置在發(fā)電機勵磁中的應(yīng)用，使其設(shè)計簡單，速度可調(diào);電力電子裝置在風力發(fā)電中的應(yīng)用，則是利用風能將風力機轉(zhuǎn)為機械能，機械能切斷磁場中的磁感應(yīng)線，產(chǎn)生有效電能供電網(wǎng)使用;電力電子裝置在光伏發(fā)電中的應(yīng)用，將太陽能通過相關(guān)專業(yè)元件轉(zhuǎn)化為電能。目前，電力電子器件在發(fā)電中的應(yīng)用尚處于發(fā)展初期。

4.2 電力電子裝置在電能存儲中的應(yīng)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(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)換成空氣能儲存，在用電高峰時將儲存的空氣能轉(zhuǎn)換成電能。在轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)電機通過磁場中的運動原理來轉(zhuǎn)換電能和儲存其他能量，從而提高發(fā)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(qū)動的。水泵的旋轉(zhuǎn)是通過在電磁場中切斷磁感應(yīng)線來產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)有的電池技術(shù)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(wǎng)中的應(yīng)用

微電網(wǎng)的應(yīng)用原理是由電源、變換器等組成的微發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是能在非自備電網(wǎng)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(yōu)化自身電能。通過設(shè)置獨立的開關(guān)元件，可以實現(xiàn)獨自運行和聯(lián)網(wǎng)運行。

4.4 電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

電力電子器件在電力傳輸中的應(yīng)用有三種：直流傳輸、分頻傳輸和固態(tài)變壓器。電力電子器件在高壓直流輸電中的應(yīng)用包括兩種模式：常規(guī)高壓直流輸電和柔性高壓直流輸電[2]。其中，常規(guī)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(yōu)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(yīng)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(tǒng)的輸電能力。電力電子器件在固態(tài)變壓器中的應(yīng)用原理是能夠交換電壓的參數(shù)和特性，實現(xiàn)對原電流、電壓和功率的靈活控制。

5 結(jié) 論

總之，隨著環(huán)境保護和能源需求的提高，當前電力系統(tǒng)正逐步向可持續(xù)發(fā)展和智能化、數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變。目前，社會生產(chǎn)的很多工藝和技術(shù)需要高質(zhì)量的電力資源。因此，電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用就更加重要。電力電子裝置的應(yīng)用極大地提高了電力系統(tǒng)的性能，促進了電力系統(tǒng)改革的進程。

參考文獻

[1]周凱.電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，11

[2]任俊闖，陳春燕.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].數(shù)字通信世界，2017，03

[3]朱曉群.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，08

[4]張春秋.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)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(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2017，07