电力电子装置在电力系统中应用分析

董绍刚

摘要：电力系统为我们配给、输送了巨量的能源，大力推动社会的发展。目前，电力电子装置已经成为我国电力系统的关键部分。其在电力系统中的深入应用，不仅大大推动电力系统的可持续发展，为实现电力系统的数字化、智能化管理铺平道路。本文结合电力系统发展现状，对电力电子装置在电力系统中应用的情况进行探究，为我国电力行业的发展提供参考。

关键词：电力电子装置 电力系统 应用分析

1前言

电力电子装置是实现电力系统中大部分功能的重要组成部分。例如可再生能源并网发电、无功和谐波动态补偿、储能装置功率转换、配电双向流、交直流电网等。科技的不断发展，促进社会各行业技术的改革。大功率、高压电力电子装置的发展，变换器单元化和模块化水平的提高，以及相关性能的提高，使得电力电子装置在电力系统中的作用越来越重要。为了维护电力系统可持续发展，国家调整电力系统的发展方向，推动电力系统朝着智能化、可持续化的方向发展，优化和完善电力系统，保证电力系统的高效运行。

2 电力系统发展现状

从上世纪，电力的利用是社会发展的主旋律，给人们带来了方便以及快捷。电力资源也是不可替代的重要资源，决定了电力系统的发展至关重要。为适应社会进步和生产力发展的要求，国家不断加强的电力资源开发，以及电力系统中的电力电子装置的应用每时每刻都在改变着人们生产生活。电力电子装置不断完善以及相应技术的进步使电力系统配置变得更合理、高效。人们日益增长的电力需求与国家有限的能源资源的矛盾是国家可持续发展战略实现的难题。从我国电力系统的发展现状可以看出，实现全网统一以及稳定供电是电力系统发展的方向。除此之外，保障我国电力系统安全输电能力，还要加强电力系统可调的灵活性，进一步使电力资源得到合理、高效配置。结合电力电子装置的优点，提高电力系统数字化以及智能化程度，保证电力系统的稳定和安全。

3电力电子装置的优点分析

3.1 电力电子装置的可靠性

电力电子装置的可靠性是指在设定条件以及规定时间里完成选定动作的能力。影响可靠性的因素通常指电力电子装置的设计以及安装应用状况。工程师在设计过程中还应考虑电力电子器件的合理性，并根据多次运行评估的结果制定相应的可靠性标准。而电力系统的可靠性需要全方位多层次管理。在各种电力系统应用中，都需要建立一个可行的模型进行分析论证，结合电力系统标准和规则综合分析模型的结论。

3.2 应对故障方向

电力系统运行时间久了，难免出现各种各样的故障。在电力系统运行中，电力电子装置一旦发生故障，没有得到及时维护，造成系统停止工作，将造成严重的经济损失。如果电力电子装置在正常运行时有相应的故障，可以将故障位置分离，然后将故障点模块从主系统中脱离，实现离线维护，快速恢复设备的正常运行。如果系统主干部分没有出现问题，则电力电子装置具有一定的容错性能，即如果系统有故障点，系统可以自动调整响应策略，控制系统的正常运行，隔离故障点，避免故障点影响整个系统的正常运行。如果故障点的损坏范围在允许的范围内，并且能够实现其功能，系统将自行降级。该方法具有操作简单、维护简单、维护成本低等特点，被电力系统企业广泛采用。

3.3 仿真回路技术

在电力电子装置的设计中，要综合考虑硬件结构、和软件应用以及装置制成后的检测和后期维护等要求。其中，仿真回路技术属于系统的硬件结构，可以改进系统的设计，有效地验证结果。针对电力系统的不同运行状态，可以实现故障模拟，在抽样采集任意信号。电力电子装置对传输速度有着严格的要求。该装置的半实物仿真准确无延迟地模拟了硬件的动态特性。目前，无延迟计算技术主要是FPGA技术。该技术在电力电子器件中的应用可以提高硬件动态的真实性和准确性

3.4 整合标准模块

电力电子标准模块的集成是将各种元器件、电路和处理器集成到一个模块中，使模块具有综合功能。同时，模块化集成降低了设备的生产成本，减少了购买环节。集成模块化模式有三种：硅片集成、封装集成和三维集成。低电流时可采用硅片集成和封装集成，大电流时可采用三维集成，可提高维修效率，降低维修成本。

4 电力电子装置的应用分析

4.1 电力电子装置在发电中的应用

电力电子装置在发电中应用的例子有很多。例如，电力电子装置在发电机励磁中的应用，使其设计简单，速度可调;电力电子装置在风力发电中的应用，则是利用风能将风力机转为机械能，机械能切断磁场中的磁感应线，产生有效电能供电网使用;电力电子装置在光伏发电中的应用，将太阳能通过相关专业元件转化为电能。目前，电力电子器件在发电中的应用尚处于发展初期。

4.2 电力电子装置在电能存储中的应用

电能存储是电能的有效存储，即当供电量大于用电量时，多余的电能将被存储。储能技术在电力系统中的应用，能及时解决供电用电高峰之间的矛盾，减少能源的浪费，提高电力资源的利用率。应用案例通常有压缩空气储能、抽水蓄能和电池储能三种。一是压缩空气储能，基本原理是：在用电低低谷时，将电能转换成空气能储存，在用电高峰时将储存的空气能转换成电能。在转换过程中，发电机通过磁场中的运动原理来转换电能和储存其他能量，从而提高发电效率。二是抽水蓄能，基本原理如下：在水电站中，水泵是由高空落水的能量驱动的。水泵的旋转是通过在电磁场中切断磁感应线来产生电能的。当电能利用有剩余时，水电站利用剩余电能将下游的水抽向上游，实现蓄能，提高了电能的储存效率。三是蓄电池储能，基本原理如下：把电能放在电池里就像给电池車的电池充电一样。不同的是，电池需要非常大的容量，需要非常高的需求。在现有的电池技术中，锂离子电池、钠硫电池和全钒液流电池是常用而且比较受欢迎。

4.3 电力电子装置在微型电网中的应用

微电网的应用原理是由电源、变换器等组成的微发电系统。该系统的优点是能在非自备电网中运行，能自行供电和储能，具有电能独立运行的能力，也能与外界进行电能交换，进而优化自身电能。通过设置独立的开关元件，可以实现独自运行和联网运行。

4.4 电力电子装置在输电环节中的应用

电力电子器件在电力传输中的应用有三种：直流传输、分频传输和固态变压器。电力电子器件在高压直流输电中的应用包括两种模式：常规高压直流输电和柔性高压直流输电[2]。其中，常规直流输电采用晶闸管作用下的变流器，柔性直流输电采用基于全控装置的变流器。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]。而电力电子装置在分频传输中的应用原理是低频时用倍频变压器传输电能，高频时用电能，这样可以大大缩短交流输电线路的距离，提高系统的输电能力。电力电子器件在固态变压器中的应用原理是能够交换电压的参数和特性，实现对原电流、电压和功率的灵活控制。

5 结 论

总之，随着环境保护和能源需求的提高，当前电力系统正逐步向可持续发展和智能化、数字化方向转变。目前，社会生产的很多工艺和技术需要高质量的电力资源。因此，电力电子装置在电力系统中的应用就更加重要。电力电子装置的应用极大地提高了电力系统的性能，促进了电力系统改革的进程。

参考文献

[1]周凯.电力系统中电力电子装置的应用分析[J].科技创新导报，2019，11

[2]任俊闯，陈春燕.电力电子装置在电力系统中的应用分析[J].数字通信世界，2017，03

[3]朱晓群.电力电子技术在电力系统中的应用分析[J].电子技术与软件工程，2014，08

[4]张春秋.电力电子技术在电力系统中的应用分析[J].民营科技，2011，12.

[5]冯雪松.电力电子装置在电力系统中的应用[J].科学技术创新，2017，07