电力电子装置在电力系统中的应用

山东华宇工学院 张文志

资源在当前社会中重要性不断提升，电力系统作为重要的能源之一，因此开始转型，向着可持续以及智能化的方向发展。在这样的情况下，分布式电源成为了未来的主流电源方式，同时大规模介入地方电网、微型电网与主干电网之间的互动在不断提升，从而保证供电的可靠性以及质量。并且在电力系统之中，使用可再生资源进行发电，在实际的发电之中，主要使用直流电，同时使用柔性互联的方法，进行配电工作的双向流动，但是这个过程中，需要大量的电力电子装置实现相关的功能。在当前的社会之中，由于用电的需求，因此使用高压电的情况不断增多，其中大功率电子器件的使用也在不断增强，导致当前的电力系统呈现出模块化，单元化以及智能化的特征，因此在当前的电力电子之中，对于控制策略以及调制策略等方面，进行了提升，这就造成了电力电子装置在当前的电力系统中，会逐渐发挥出更大的作用，得到更广泛的普及。

1 发电环节

当前电力电子装置在电力系统发电中的应用，主要集中在以下几个方面：

第一，发电机励磁。当前的大型发电机组，因为其特性的原因，一般使用静止励磁技术，与励磁机相比，具备能够更快地调节速度，同时能够更加简单地进行控制等特点，这样的方式提升了当前发电厂运行的效率，并且推动了当前发电厂的运行性能。在当前的水利主要使用的技术是通过交流励磁的技术，对电流频率进行调整，而且这个过程是动态的，可以实现在运作过程中对于电流的适应和调节，从而改善当前的发电品质，提升当前的发电效率。

第二，风力发电。风力发电之中，核心的环节是变流器，作为核心的组件，在运作的过程中，风力在进入设备之后，首先经过整流器，从而更好输入到逆变器之中，通过对于风能的转化，将当前的风能转化为能够符合并网要求的电能，然后将这种电能经过拓扑结构进行整个，让整体的电压逐步提升，使用这样的方式，可以有效降低线路上的损耗，对于当前的发电来说有着非常强的促进作用。基于这种技术，当前的海上风力发电有了大规模的突破，提升了发电工作的效率。

第三，光伏电站。光伏电站也就是日常说的太阳能发电站，其中主要的运作原理是太阳光经过内部的转换装置之后，进行电能的运输，通过这样的方式，实现光伏发电的大规模运输。这种方式能够大规模对太阳能进行利用。目前，大规模进行发电运用的光伏电站，可以实现无功补偿、动态电压以及有源滤波等功能，并且在实际的使用过程中，还能够通过太阳能多峰值的特性，对非理想性的技术问题进行解决。对当前的光伏发电来说，是非常重大的一种技术进步，因此在当前的光伏发电之中，首要解决的问题就是光伏列阵的组合方式，以及逆变器的组合方式等，只有完成这部分的技术问题，并且解决并网拓扑的问题之后，才可以进行大规模的利用，从而推动光伏发电的发展。

2 电能存储

储能技术在电力系统中是非常常见的一种技术，在实际的使用过程中，通过运用储能技术能够有效解决供电需求，尤其是在用电高峰期的时候，更是如此。并且储能技术在使用的过程中，可以针对当前的电网运行效率，对用电质量以及用电需求等方面做出筛选，找出符合当前社会发展需求的用电手段，当前常见的储能技术有抽水蓄能以及压缩空气储能等方式，同时这些技术对于大电量的需求有着非常强的作用，可以达到兆瓦级的储能，因此在当前的使用中，有着非常广泛的应用前景。在储能之中，电力电子装置，主要可以使用在以下几个方面：

第一，可调速抽水蓄能。抽水蓄能电站的主要构成方式有以下几个方面，分别是上下水库，输水功能组件以及发系统等几个部分，实际运行的过程中，水流经过上水库以及下水库之间的落差变化，电站进入到工作变化之中，随后进行发电工作。当前发电之中，主要采用是抽水蓄能机组，在运行的过程中，采用转子励磁的方式，然后通过内部的转换装置，实施全控期间的电压、电流型号的变化，从而完成相应的工作。在抽水蓄能的过程之中，依靠调节转子励磁的频率以及幅度，对机组的运行模式进行有效切换，保证当前工作能够更好发挥机组的运行功能，从而完成对于机组的使用。达到备用容量的作用，通过这样的方式，完成可调速抽水蓄能的工作。

第二，压缩空气蓄能。压缩空气蓄能是当前采用的另外一种主要的蓄能方式。压缩空气蓄能主要的工作原理主要是以下几个方面，首先在用电负荷较低的时间段，利用富余电量驱动空气压缩机，将空气进行压缩，压缩空气的过程，就是对能源储存的过程。到了用电高峰期的时间段，加工储存空间内的高压空气进行释放，在这个过程中，用空气推动发电机进行发电工作。近年来，在进行发电的过程中，对于空气储能的方式研究在不断发展，不断降低在储能工作之中，能量的浪费。经过长期的改善，当前的空气储能方式，已经有了非常大的改变，当前的技术之中，主要使用变频驱动技术，在调整负荷的方面，可以提升空气压缩的效率，让压缩空气储能适用于更多的情况。

第三，电池蓄能。电池蓄能是最早也是最常见的一种方式，核心的功能是电池的功率调节，系统当前对电池的发展技术已经相对成熟，具备很多不同种类的电池。在电池系统之中，由于自身功率的问题，因此采用多数是小功率的转换装置。在大功率部分，对于电池的使用则是进行串联以及并联的方式，实现功率的调节，在实际的使用过程中，需要对电池进行放电管理，进而保证储能系统的各项并网功能。

3 微型电网

微型电网是当前常见的一种分布式电源，在使用的时候可以兼顾小型发电的需求，因此本身是一种分布式电源，内部储能装置以及功率转换器等都具备，随着当前对于电力的依赖逐渐增强，并且小型电网能够充分利用资源，因此成为了当前热门的电网类型。在实际的使用过程中，小型电网自身具备的优势可以让其能够实现对局部地区的供电，并且在供电的过程中，能够实现对于能量方面的优化，以及局部地区功率的平衡。一旦在日常的使用之中，电网出现故障，微型电网能够接替外部电网，实现向关键的负荷供电的需求。在实际的使用过程中，分源式电网在使用的时候，有着非常强的效果，可以从微型电网接入到电网之中，从而完成并网运行的工作。能够与电网互相进行支撑，从而实现电网工作的充分配置。

在微型电网之中，可以使用多变换器的方式，实现分布式电源以及储能装置的互相联动，并且在使用的过程中，采用多个变换器，进行协调的的方式进行，但是这样的方式，本身对于控制器的依赖比较强，控制器本身的成本也比较高，同时在使用的过程中，出现故障的几率也比较高，因此在实际的使用过程中，并非最优解。针对这样的情况，在当前的微信电网之中，通常会使用一种多接口转换器，能够通过分布式的电源，储能装置，以及负荷进行连接，进而提升了当前可再生资源的利用效率，优化了当前的能源管理，增强了电网互联之间的经济性。

同时，多接口变换器在实际的使用过程中，功能也相对简单，可以容易上手操作，在使用的过程中，只有生产模式、紧急模式以及恢复模式。其中生产模式，是作为工作的模式，在使用的过程中，在该模式下，可以正常进行供电。满足负载的需求。紧急模式下，变换器主要是为了应对突发的情况，在这种模式下，可以不间断进行工作，从而完成供电任务。最后就是恢复模式，这种模式主要是在储能的过程中使用，在储能的时候，始终保持充电状态在安全范围之内，从而防止出现意外的情况。

4 输电环节

首先是直流输电。直流输电一般有常规以及直流等两种方式，其中常规直流输电是当前社会的主要输电方式，在进行常规输电的时候，主要会采用晶闸管以及换流器，进而有效促进当前的输电工作的进行。柔性输电在输电的时候，自身具备滤波以及无功补偿装置，因此在输电的时候，可以进行无源负荷供电，因此供电的选择范围更大，在一些孤岛以及偏远地区进行供电的时候，可以采用这样的供电方式，在柔性直流输电的过程中，主要应该注重器件的开关频率，进而对当前的供电进行有效控制。

其次就是分频输电。分频输电系统利用不同的频率进行输电，其中较低频率可以减少电路电气距离，提升系统的传输能效，进而有效抑制电路的电压波动。这种输电的方式，本身适合在一些转速较低的发电站之中进行使用，因此多用于水电以及风力发电等可再生的转速较低的发电机之中。

最后就是固态变压器。固态变压器是当前经常使用的一种方式，在使用的过程中，主要是进行电子变换的时候，能够对电磁耦合技术进行实施，让二者之间能够更好进行结合，进而对电流的幅值、相位、频率、相数以及形状等特征进行变换，在实际的使用之中，可以帮助电力系统增强自身的稳定值，从而使用更加灵活的输电方式，为电力的智能化控制提供一个可能的方向。

结束语：综上所述，在当前的电力电子装置使用之中，可以对电力系统的发电、储能、微型电网以及输电等各方面继续进行优化，在这些方面也取得了非常不错的效果，提升了电力系统的安全性、可靠性。并且由于电力电子装置本身的低成本，高寿命，更是可以有效控制成本，进而推动电力系统长远的发展。