电力系统中电力电子装置的应用研究

尚东升

摘要： 在我国经济发展和科学进步的今天，电力电子技术和电力电子装置都取得了长足的进步。许许多多先进的电子设备不断地在电力系统中投入使用，既保证了电力系统在运行时的可靠、高效和稳定，也促使电力系统不断先前发展，适应现代社会的需要。随着低碳环保的概念的提倡，电力系统及电力电子装置的能耗问题，以至于智能化和系列化以为人们越来越重视。那么分析电力电子设备在电力系统中的应用问题就显得十分必要了。本篇论文即是对相关问题的分析和探讨。

Abstract： In today's economic development and scientific progress， power electronic technology and power electronic devices have made great progress. Many advanced electronic devices are constantly being used in power systems to ensure reliable， efficient and stable operation of the power system， and to promote the development of the power system and to meet the needs of modern society. With the promotion of the concept of low-carbon environmental protection， the power system and power electronic device energy consumption problem as well as intelligence and serialization are paid more and more attention by people. Then the analysis of the application of power electronic equipment in the power system is very necessary. This paper is the analysis and discussion about the relevant issues.

關键词： 电力电子装置；电力系统；应用分析

Key words： power electronic device；power system；application analysis

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0194-02

0 引言

在现今社会的生活和生产中，电力资源越来越多的得到广泛的应用，对经济发展起到了不可替代的作用，所以，要保障国计民生和经济发展，必须重视电力系统的建设和维护，重视电力电子装置在电力系统中科学合理的应用。不断完善电力系统各部分功能，加大对电力电子装置的研发与运用，使电力系统能够更加安全、有效的运行。

1 发电阶段

在我国发电一般采用的是火力发电，不仅造成环境的污染，也消耗了本来就不充足的能源储备。所以近几年我国积极巩固水力发电，大力发展新能源产业，其中包括风力发电和光伏发电等多种形式。并在这些方面均取得了很大的进步，其中风力发电和光伏发电已走出国门，出口海外，并为我国创造了外汇收入。因此，本文主要将以电力电子装置在水力、风力以及光伏发电等三个方面的应用分析情况进行阐述。

1.1 水力发电系统

水力发电即为利用水的势能变化，来推动发电机转动，进而达到发电的目的。水力发电的电力电子装置主要是发电机组励磁。水力发电应用的是大型机组，其用到的是比一般励磁机控制更加简单、调节速度更快的静止励磁技术。这种技术的应用使得发电厂的发电效率提高，运行更加的平稳。水力发电机组同时采用交流励磁技术，通过动态调整励磁电流频率来相关的水流量和水头压力进行快速的调节，提高了发电的效率和发电的质量。

1.2 风力发电系统

风力发电即为利用风力来推动发电机组转动，达到将风能转化为电能的目的。在风力发电过程中，应用的电力电子装置有整流器、逆变器等。

在一般的环境下，风力的变化非常的迅速，包括风向和风力都有很大的随机性。这样风力发电中的变流器就成了不可或缺的关键因素。变流器能够将不稳定的风能变换成具有一定的电压、频率和相位的的电能，并符合并网要求。随着技术的发展变流器也在更新换代，具有了更强大的功能。这样就使得风力发电系统提高了容量和电压，同时能够进一步节约导线的成本，降低电能在线路中的损耗。由此海上风力发电也得到了长足的发展。

1.3 光伏发电系统

光伏发电主要是对太阳能进行能量的转化，光伏发电系统用到两大类电力电子装置，其一是对太阳能进行收集和转化的装置。主要部件是天阳能电池板，其二是对电能的相关参数进行相关处理，主要有升压变压器、逆变器等。不过光伏发电仍然存在一些需要解决的问题，所以对相关技术要进一步完善。

2 储能阶段中的应用

目前，一些环保的可再生能源普遍因为具有季节性和实时性的特点，就影响了使用过程的稳定性。除此之外，在日常的生活和生产中，必然存在高峰阶段和低谷阶段，所以需要对能源进行有效的存储，待到相应的时间再用，以提高电力系统的可靠性和稳定性。现阶段的储能技术主要有水力储能、电池储能和压缩空气储能等几种。而这几种储能方式均含有相关的电力电子设备，下面进行分类说明。

2.1 水力储能装置

通常情况，水力储能应用的主要方式是抽水储能。通过利用抽水设备将水的势能的进行转换来储存相应的能量，以实现调节电力系统发电过程中调峰填谷等作用。水力储能系统一般由上下水库、输水系统和发电机组构成。在储能时，水的落差不断增加，发电机组就工作在变速的状态下，以达到最佳的发电效率。

2.2 电池储能装置

我国在电池储能技术方面发展较早，在目前的技术中，可以将任何发电形式的电力资源存储起来，实现电能的便携式应用。

它的主要技术原理是：利用一个比较小的直流变换器来使充电电流保持平稳，并利用设计好的拓扑结构，集成电池来实现电流大小及电压高低的变化。另一方面，通过一个四象限变换器来实现功能的调节。在电池储能技术方面，因为电力电子装备的应用，使得在转换过程中的损耗降到最低，也优化了储能系统。

2.3 压缩空气储能装置

在风力发电中应用最多的是压缩空气储能装置。它的主要工作原理是当用电负荷明显处于低谷的情况时，空气压缩机就会将富余电量以高压空气的形式将电能储存起来；当用电负荷处于高峰的情况时，存储在起来的高压空气就会按照事先设计的方案释放出来，由发电机负责发电，以实现电能的释放。

3 输电阶段中的应用

在低损耗、高容量、长距离的输电线路中主要应用变流器等电力电子设备来实现降低电能损耗、提高线路利用率等高效率的传输。在输电阶段，往往应用的是高电压、长距离的传输，一旦电路出现故障或受到意外灾害的影响，极有可能会造成极其严重的后果。更严重的是有可能造成人员的伤亡事故。而通过最电力电子装置的利用，就能够在最短的时间内发现突发情况，并显示数据为接下来的处理提高有效的依据。避免了资源和时间的无谓浪费，提高了电力系统的传输效率，挽回了即将失去的经济损失。

4 有利于电能利用率的提高

在我国经济飞速发展及工业化进程加快的今天，用电量也呈现逐年增加的趋势，不过，如风能、太阳能等新能源不能稳定的长时间供电，对于能源的提供有一定限制。所以电力系统要不断的提高电能的利用率，减少损耗，从而满足人们对电能的要求。通过利用电力电子装置，可以有效的提高电力系统电能的利用率。如用来补偿电压暂降的动态调压装置能够有效的降低电压对整个电力系统的损害并保证其能够安全有效的运行。

还有一种是用来控制电力系统的谐波的装置，来减少因为谐波而产生的电能消耗。另外一类还能利用无功补偿来减少电压对线路和系统的扰动，进而保证整个电力系统的可靠运行。

5 智能化电力系统

随着经济发展和能源的消耗，环境问题越来越为人们重视，环保理念逐步深入人心。在此趋势下，电力系统也逐渐迈向节能化、智能化，电力电子装置在此过程中起到了不可替代的作用。要构建“智能电网系统”电力电子装置的合理运用是重中之重。通过电力电子装置和自动化控制技术的应用，能够保证对某一个网络节点的监控，以便能够进行节点间电能的双向控制和流动。在用户端，可以采用功率变换器来控制功率。电力系统的集成也要靠电力电子装置来实现，通过集成使得通信系统和控制能够很好的进行协同，从而能够对电力系统进行自动化的控制，来促进电力系统安全、可靠地运行，反过来又促进相关电力电子装置的发展进度。

近几年我国的经济取得了令人瞩目的成就，工业化水平不断加深，各个行业对电能的需求也逐渐提高，对相关电力系统的要求也越来越多。

目前我國的电力系统已经达到世界的先进水平，正向着自动化和智能化方向不断发展，以满足各地区、各行业对电能的各种需求。

而电力电子装置在电力系统上的广泛应用也加速其完善和发展的速度。电力电子装置已经成为电力系统中一个重要的组成部分。虽然我国的电力电子装置制造行业起步较晚，但是近些年其发展的速度很快。

由于电力电子装置的快速发展，对我国的电力系统起到了很大的促进作用，作出了突出的贡献，体现在以下几个方面：

首先是提高了电力系统的控制方法和效率，比如增加了模拟控制和数字控制技术等。

其次也体现在装置方面上，增加了半控型装置、全控型装置、复合型装置等相关装置。

第三，促进了关键技术的突破和应用，优化了硬件设计、软件设计的环境和方法。

第四，在电能的输送方式上也不断改进和增加，涵盖了电缆传输、光纤传输等。但我国的电力系统也存在一些不足之处，主要表现在创新性技术应用不够、科技含量需要进一步提高和智能化、自动化水平偏低等。

所以，要持续加强对电力系统中电力电子装置的应用研究，确保将更多的先进设备应用到电力系统当中去，来不断发展我国的电力行业和国民经济水平。

综上所述，在我国经济飞速发展的今天，能源问题越来越被人们所重视，相关行业也在快速的发展。电力系统已经迈进智能化和自动化的大门，那么电力电子装置的开发与应用就显得更加重要。因此，要加大对相关技术的研发和应用，设计制造出更多更加先进、科学的电力电子装置，以促进电力系统和行业的发展，更好的服务于经济。

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