电厂电力系统中电力电子装置的主要应用研究

侯小龙

摘要：随着社会科技的进步，电力电子装置技术得到了广泛的应用。若将该技术应用于电力系统中，不仅能实现电网的安全运行，而且能保证电力系统的可持续发展。基于此，本文详细探讨了电厂电力系统中电力电子装置的主要应用。

关键词：电力系统;电力电子装置;应用

电力电子装置广泛应用于电厂电力系统中，它们从发电、储能、微电网、输电、电能质量等方面提高了系统的整体性能，推动了电力系统的改革创新。而可靠性评估、故障运行管理和电力电子标准模块的应用效能是电力电子装置研发及运行的主要内容，能延长装置生命周期，降低投资成本，提高安全可靠性。在不久的将来，根据电力系统的发展要求，有效解决电力电子装置应用中的各种难题，能促进电力系统的长远发展。

一、电力电子装置在电厂电力系统各主要环节的应用

1、发电领域。①风力发电机组。此机组中，最根本的设备是变流器，逆变器和整流器能把风能转变为更稳固的电能。可是在风力发电系统的发展中，有缘中点钳位和三电平往多电平拓扑的方向发展，可很好地提高发电等级与容纳标准。②发电机组励磁。它在大规模的发电机组中有着广泛的使用，和普通的励磁比起来，其静止励磁技术掌握起来更简单，调整速度更快，能更好地提高电厂工作效率，水力发电可使用励磁技术调节电流频度，从而达到调整水流量和压力的目的，改良发电速度和质量。③光伏电站。大规模的光伏电站可聚合太阳能然后进行使用，可用并联逆变器方法掌控，对有源滤波、无功补偿、动压补偿的提高有很大帮助。

2、电能存储。电能存储的技术在电力系统应用中起到调整高峰负荷供电作用，提升了电力设备的使用率和电网使用效率，同时可科学地面对电力故障问题，从根本上提高电力质量与用电效率。①调速抽水储能，在抽水储能电站工作过程中，上下水库的差距逐渐产生变化，导致抽水储能电站的工作在不断的变速下才能达到最佳效果;②空气压缩蓄能。其是在电力系统用电低时，使剩余的电量推动空气压缩机，通过高压空气方式将能量储存;③电池储能。主要采用锂离子、钠离子、全钒液流等电池，通过小功率的DC/DC变换器进行电池模块的电流均衡调节。大功率的DC/DC变换器集成到电池模块内，通过电池模块输出接口实现串并联，实现直流母线电压等级的提高和功率调节系统拓扑的优化。

3、微型电网。其是一个小型发配电系统，一般由分布式电源、储能装置、功率变换器、相关符合及监控保护装置组成。一般微型电网能与外部电网同时进行工作，并能实现一部分功率平衡。在微型电网中，采用多变换器方案能实现分布式电源和储能装置间的互联。但多变换器中又存在着成本高，系统性能差的缺点，因而在微型电网中开始使用多接口变换器，从而实现分布式电源、储能装置和负荷相连，这样能提升电网运行系统性能，从而提高电网经济性。

4、输电系统。①分频输电。这种输电方式经常运用于效率较低的发电系统中，比如风力、水力发电。分频输电方式主要运用较低的频率传输电能，这样低频的情况缩短了交流线路间的电气距离，进而减少了电气之间电压、电流的相互干扰，有效提高了输电效率。②直流输电。其根据换流器的不同分为两种，即运用于晶闸管的换流器其为常规直流输电，运用于全控期间的换流器其为柔性直流输电。柔性直流输电更适应可再生资源的连接，并能在一定独立区域、城市供电网中输电。为了柔性直流输电更为有效，柔性交流输电系统中潮流控制器和固态限流器还需工程人员进行有效研究。③固态变压器。固态变压器的应用更为全面，可与电磁耦合电能变换技术相结合，能对输电线路中的电压值、电流值、其幅度、相位等数据进行有效观察与调节。此外，固态变压器还可对输电线路进行潮流控制，调节电能质量，这样对输电线路的输电稳定性有了更好地保障。

5、电能质量。动态无功补偿器能对电力系统的功率振荡进行抑制、确保电压的稳定性，改善和解决负荷电压不平衡的问题。链式静止同步补偿器应用在电力系统中，可充分实现无功功率连续可调，且具有相应速度快、可靠性等优势。谐波治理装置主要利用多重化技术、脉宽调制技术等，降低变流装置注入电网的谐波。此外，应用电力滤波器、统一电能质量调节器等，有效减少谐波含量，提高设备利用率。在一些企业中应用的中低压电力系统，若出现电压暂降，会导致设备损坏，而动态电压恢复器应用在电力系统中，能有效对不平衡电压暂降进行合理抑制。

二、电厂电力系统中电力电子装置的应用效能

1、可靠性评估。电力电子装置的可靠性、故障率、平均无故障运行时间、平均维护时间和使用率等指标直接决定了其在电力系统中的应用效能。因此，对可靠性进行评估是采取有效措施提升装置安全性的基础，可靠性评估有利于电力电子装置的设计和运行管理，定量评估的结果可用于确定设计是否符合技术规范。也可作为比较不同拓扑结构，控制策略和元件可靠性的準则。此外，精确的可靠性预测也可为系统运行，维护和管理提供重要指导。

2、故障运行管理。在电力行业，技术的不断提高使系统可靠性不断增强，但无论如何运行故障无法避免，在一些较重要的地方，电力电子装置会由于电力设备的故障而损坏。对允许离线的电力电子装置来说，一般采用故障或过热管理等方式来降低故障率。通常，功率器件发生故障往往是因温度循环中的问题，所以要控制其温度变化，增加电子元件寿命，预测和诊断故障是保护电力电子装置和容错运行的基础，在对故障进行识别时，往往对变换器端口或功率器件的电流电压变化参数进行比较。通过故障预测可推测一些电子元件的使用寿命，这样能对未来的故障处理制定计划。在电力电子装置发生故障时，其本身容错能力能让其在短时间内采取措施，隔离故障部分，防止其他部分受到故障的影响。

3、电力电子标准模块。它是将功率装置、编程处理器及其他构件集成到一个模块中，其具备预定功能和标准化的应用接口。该标准模块降低装置投资成本、减少运行损耗，还减少了现场实施和维护费用。通过电力电子标准模块的组合，可建立适合各类场所的电力电子装置。模块集成技术和控制层次化是电力电子标准模块的重要设计原则。关于电力电子装置的模块集成化，需解决开关损耗、信号监测、热管理等难题。常见的集成方式有硅片集成、封装集成和三维集成，其中，硅片集成是将构件安装在硅片表层或中间;封装集成是将构件安装在陶瓷或有机基板之中，这两种集成方式不适合大功率变流器;三维集成是垂直安装各构件，以无源层作为变流器基板，有效提升了系统的运行效率。

三、电力电子装置在电力系统中的应用前景

国内电力系统的智能化水平正在高速提升，电子装置的更新及完善速度也较快，可以预见的是未来无论是软件技术还是硬件装置，对电力系统的发展都能起到极强的推动作用，同时国内电力行业的高速发展还需要技术上的不断创新，不断提升系统自动化水平，一些电子装置应用上的问题还需解决。例如国内大型的光伏电站中使用的固态限流器，在研究方面还需不断完善，这样才能将光伏电站的实际价值发挥出来，才能体现出现代化技术的优势，在储能系统中有关变换器的功能设计还需完善，尤其是多能源功能，这对能源利用的进步及提升发电的环保效益都是非常重要的问题，在柔性交流电的研究领域也有一些问题需完善，大容量装置中涉及到非线性分析，这些问题都需解决，才能促进电力系统的长远发展。

参考文献：

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[3]朱春雷.电厂电力系统中电力电子装置的主要应用研究[J].自动化与仪器仪表，2017（07）.