电力系统中电力电子装置的应用

赵杨辉

（内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善电业局，内蒙古 阿拉善 750300）

0 引 言

科技的不断发展，必然会促进社会各行各业技术的改革，电力系统亦是如此。电力系统主要是将人们生活中需要用电的地方进行体系化管理，并利用电力系统的工作特性进行分配和输送电力的工作。虽然电力系统技术不断更新和改进，但是有限的资源在慢慢枯竭，自然环境也受到严重威胁，因此，国家必须在电力系统中坚持可持续发展的要求，同时调整电力系统的发展方向，促使电力系统朝着智能化、持续化方向前进。对电力系统进行优化和改进以保障电力系统的高效应用。

1 电力系统发展概括

现代社会进步过程中，电力资源带给人们便利、快捷的生活方式，所以电力系统的发展是非常重要的，电力资源也是一种不可以替代的重要资源。但是随着生产力的不断发展和进步，改变人们生活方式的不仅有电力资源的开发，还有电子装置在电力系统中的不断应用。电力电子装置使电力系统变得更加合理、方便、快捷。人们赖以生存的环境资源有很多，包括可再生资源和不可再生资源，如阳光、水源及石油等。但是不可再生资源的消耗速度非常快，导致人们生活的需求迫切需要科技力量来解决，解决的方向需要坚持可持续发展的战略部署。纵览我国的电力系统发展可知，其发展方向具有统一性和稳定性，其结构分布包括分布式电源与储能装置。此外，我国的电力系统也具有可调的灵活性和安全输送能力，以保证合理的分配电力资源。利用电力电子装置的优势，使电力系统具有更高的智能化程度，保证系统的稳定性和安全性。

2 电力电子系统的性质

2.1 电力电子装置的可靠性

影响电力电子装置可靠性的因素有装置的设计和是否全方位管理。电力电子装置的可靠性能的分析和实验，可直接影响电力电子装置的应用结果。同时，工程师设计过程中也要对电力电子装置的合理性进行思考，并且多次运行评测结果，制定相应的可靠性标准。电力系统的可靠性需要在整体层面进行体系管理。无论是在复杂的电力系统中还是简单的电力系统中，都需要建造可行性的模型进行分析论证，依靠电力系统标准和规则分析模型的结论。

2.2 应对故障方向

任何一个系统中都会有故障存在，电力系统也不例外。电力系统具有一定故障发生率。电力系统运行中，电力电子装置如果出现故障将会造成严重的经济损失。正常运行的装置出现相应的故障，可以通过对故障位置进行分离，然后将故障点进行模块式拆卸，并实现线下维修保养，快速恢复装置的正常工作。如果问题没有出现在主干部分，电力电子装置具有一定容错性能，即如果A系统中出现一个故障点，那么该系统可以自动调节应对策略控制该系统正常运行，将该故障点进行隔离，避免因为该故障点影响整个系统的正常运行。如果该故障点的损坏范围在允许的范围内，还可以实现其功能，那么系统自行降级处理。这种处理方式具有操作简单、维修简单及维修成本低的特点，被电力系统厂家广泛应用。

2.3 仿真回路技术

设计电力电子装置过程中，需要考虑该装置的硬件结构、软件应用、检查检测及后期维护等。其中，仿真回路技术属于系统硬件结构方面，可以提升该系统的设计，并有效地验证结果。对于不同电力系统的运行状态，可以实现故障模拟，在任意位置可以取任意信号。电力电子装置对于传输速度有着苛刻的要求。该装置的半实物仿真在无延迟的情况下先准确地模拟硬件的动态。目前，具有无延迟计算的技术是FPGA技术。在电力电子装置中应用该技术可以提升硬件动态的真实性和准确性。

2.4 整合标准模块

电力电子标准模块的整合是将各种元器件、电路及处理器等集中到同一个模块，使该模块具有全面的功能。同时，模块化的整合缩小了该装置的生产成本，并减少了购买环节。集成式的模块化方式包括硅片集成、封装集成与三维集成。硅片集成和封装集成可应用于电流小的情况，三维集成适用于高电流的情况，可以提高维修效率，降低维修成本。

3 电力电子装置的应用

3.1 在发电中的应用

总结电力电子装置在电力系统发电环节中的应用方法。例如，在发电机励磁中应用电力电子装置，使其具有设计简单、可调节速度的特点；在风力发电中采用电力电子装置，利用风能将风车转动，将风能转化为机械能，机械能在磁场中进行磁感线的切割，产生有效的电能，供电网使用；在光伏发电中应用电力电子装置，通过相关专业的元器件将太阳能转化为电能。电力电子装置在发电中的应用处于发展前期阶段。

3.2 在电能存储中的应用

电能存储就是将电能有效地储存，即电量供给大于电量消耗时，将多余的电能进行储存。电能存储技术应用于电力系统中，能有效解决供电高峰期的需求问题，提高了电能资源使用率。其中应用该技术的案例包括压缩空气储能、抽水蓄能及电池储能等[1]。

压缩空气储能应用比较普遍，在消耗电量的用电低谷时间段对空气压缩机进行压缩空气。这种方法是将电能转化为空气能进行储存，用电高峰期时将存储的空气能转化为电能。转化过程中，发电机通过在磁场中的运动原理进行电能转化和其他能量的储存，进而提高发电效率。

抽水蓄能的应用原理具体如下。在水电站中，利用水从高降落的能量对水泵进行驱动，水泵的旋转通过在电磁场中进行切割磁感线产生电能。当电能使用出现剩余时，水电站利用剩余的电能将下游的水抽至上游，实现能量的存储。提高了电能储存效率。

电池储能的应用原理具体如下。将电能放在电池里，如同生活中给电瓶车的电池充电，不同的是这次充电的电池需要非常大的容量，要求非常高。现有电池技术中，比较受欢迎的是锂离子电池、钠硫电池与全钒液流电池。

3.3 在微型电网中的应用

微型电网的应用原理是由一些电源、变换器等元器件组成微小型的发电系统。该系统的优点是可以与非自身电网一起运行，可以自己供电、储电，具有独立运行电能的能力，也可以与外界交换电能，进而优化自身电能。通过设置独立的开关元器件，达到同步切换两种模式的目的。

3.4 在输电环节中的应用

电力电子装置在输电环节中的应用中可以分为三种类型，即直流输电、分频输电及固态变压器。

电力电子装置在直流输电中的应用包括两种模式，常规直流输电和柔性直流输电[2]。其中，常规直流输电采用晶闸管作用下的换流器，柔性直流输电采用基于全控器件的换流器。两者相比，柔性直流输电的优点是可以独立控制输出有功功率和无功功率[3]。

电力电子装置在分频输电上的应用原理是在低频率的情况下利用倍频变压器进行输送电能，在高频率的情况下使用电量，可以极大地降低了交流输电线路的距离，提高了系统传输能力。

电力电子装置在固态变压器中的应用原理是可以对电压的参数和特点进行交换，实现原方电流、电压以及功率的灵活控制。

4 结 论

电力资源对于社会的发展具有重要作用。电力系统在科学、合理的优化技术的推动下不断发展，满足了人们生活不同的需求和有限资源的可持续发展。电力电子装置的应用使电力系统的性能得到较大提高，推进了电力系统改革的进步。