電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用研究

張永春 呂香玲 河南機電職業(yè)學院

電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用研究

張永春 呂香玲 河南機電職業(yè)學院

隨著科技的進步，應用在電力系統(tǒng)中的設備和裝置越來越先進，不斷推動電力系統(tǒng)向信息化、智能化等方向發(fā)展。電力電子裝置作為推動電力系統(tǒng)發(fā)展的重要設施，其能夠實現(xiàn)可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電、儲能裝置的功率轉換、無功和諧波的動態(tài)補償?shù)?，功能非常強大。本文主要分析了電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用范圍，并針對電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的故障管理和可靠性進行了研究和探討。

電力電子裝置；電力系統(tǒng)；故障管理

隨著全球可再生資源的不斷消耗和氣候環(huán)境的不斷破壞，電力能源作為可再生清潔性能源受到人們的重視。隨著電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用，進一步推動電力系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，如更加靈活的輸電方式、配電智能化、用電智能化等，且還能夠提高供電質量和可靠性[1]。電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應用比較廣泛，對電力系統(tǒng)性能的改善效果非常顯著，因此本文針對電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用范圍和效果進行了探討。

1.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用范圍

1.1 電力電子裝置在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應用

靜止勵磁技術與勵磁機比較，調節(jié)速度更快、控制更加簡單，能夠顯著提高發(fā)電的性能和效率，且還可以改善發(fā)電品質[2]。在水利發(fā)電機組中采用交流勵磁技術，能夠實現(xiàn)對水頭壓力和水流量的迅速調節(jié)，有效提高發(fā)電效率。變流器作為風力發(fā)電的核心，主要是利用整流器和逆變器將變化較大的風能轉換為穩(wěn)定的能力，而且隨著變流器拓撲結構向多電平拓撲方向發(fā)展，實現(xiàn)降低線路損耗的作用，有效控制傳輸導線的成本，繼而大力推動風力發(fā)電的開發(fā)和發(fā)展。光伏發(fā)電主要是利用太陽能進行費電，通過光伏陣列組建、濾波器、逆變器組等，實現(xiàn)無功補償、動態(tài)電壓補償?shù)?。但在進行光伏電站的設計時，需要全面考慮光伏陣列的組合方式、逆變器的組合方式等。

1.2 電力電子裝置在電能儲存中的應用

電力系統(tǒng)儲能技術主要是應對高峰負荷供電需求，起到緩解的作用，且可以提高電力設備的利用率和電力系統(tǒng)運行效率。常見的電能儲存裝置主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能等。其中通過對可調速抽水蓄能的應用，可以采用轉子繞組勵磁方式，即對轉子勵磁電流頻率和復制的調整，實現(xiàn)抽水蓄能機組啟動和運行模式的切換，能夠保證在面對緊急事故備用、調頻等出現(xiàn)多重作用。壓縮空氣儲能主要是將電能以高壓空氣的形式儲存起來，在后期用電高峰期時，將高壓空氣釋放出來，驅動發(fā)電機發(fā)電[3]。電池儲能主要是利用鋰離子電池、鈉硫電池和全釩液流電池等，采用小功率DC/DC變換器，實現(xiàn)電池模塊的電流均衡。

1.3 電力電子裝置在輸電環(huán)節(jié)中的應用

常規(guī)直流輸電主要采用晶閘管換流器、柔性直流輸電采用全控器件換流器，但由于柔性直流輸電具有有功功率可控、無功功率可控、可向無源負荷供電等優(yōu)勢，相對于常規(guī)直流輸電而言，其在孤島供電、城市供電等領域應用更加廣泛，而且輸出電壓的諧波和畸變率更小。在水利發(fā)電、風力發(fā)電等可再生能源中，一般需要利用低頻率進行發(fā)電和電能傳輸，起到降低輸電線路電氣距離、抑制線路電壓波動等作用。固態(tài)變壓器屬于新型變壓器，其能夠針對電壓或電流的幅值、相位、頻率和形狀等進行變換，能夠進一步保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.4 電力電子裝置在電能質量控制中的應用

動態(tài)無功補償器能夠對電力系統(tǒng)的功率振蕩進行抑制、確保電壓的穩(wěn)定性，改善和解決負荷電壓不平衡的問題。鏈式靜止同步補償器應用在電力系統(tǒng)中，可充分實現(xiàn)無功功率連續(xù)可調，且具有相應速度快、可靠性等優(yōu)勢。諧波治理裝置主要是利用多重化技術、脈寬調制技術等，降低變流裝置注入電網(wǎng)的諧波。此外應用電力濾波器、統(tǒng)一電能質量調節(jié)器等，有效減少諧波含量，提高設備利用率[4]。在一些企業(yè)中應用的中低壓電力系統(tǒng)，如果出現(xiàn)電壓暫降，則會導致設備損壞，而動態(tài)電壓恢復器應用在電力系統(tǒng)中，能夠有效對不平衡的電壓暫降進行合理抑制。

2電力電子裝置在電力系統(tǒng)的應用研究

2.1 電力電子裝置的可靠性評估

為了充分體現(xiàn)出電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應用的價值，對電力電子裝置的可靠性、故障率、維護時間和使用率等進行評估具有必要性。其中可靠性作為衡量電力電子裝置最重要的指標，通過做好可靠性評估，有利于電力電子裝置的管理。一般電力電子裝置可靠性評估主要是采用從元件或系統(tǒng)層面進行建模的方式，其中元件可靠性模型包含功率器件故障率、電解電容故障率等建模、系統(tǒng)層面可靠性模型包含累加模型、組合模型等[5]。

2.2 電力電子裝置的故障管理

在電力系統(tǒng)電力電子裝置實際應用中，難免會因為各種各樣的因素出現(xiàn)故障問題。目前主要采用熱管理和故障管理方式實現(xiàn)對故障率的控制。其中熱管理主要是通過控制器件損耗起到避免瞬態(tài)熱應力的情況。故障管理首先要進行故障的診斷，依據(jù)診斷結果識別故障，此外還可以依據(jù)不同部件的故障機理，對故障問題進行預測。針對元件或子系統(tǒng)故障，可以采用準正常運行能力，確保電力電子裝置在故障時仍然能夠滿足實際應用功能。

2.3 電力電子標準模塊的應用

電力電子標準模塊具有減少電力電子裝置成本、損耗和降低維護工程投入等優(yōu)勢，且適用于各種場合。對于電力電子標準模塊集成化，需要從雜散電感、開關損耗、信號測量等方面進行突破，如采用三維集成方式，通過將無源層作為變換器的基板，提高電力電子標準模塊的空間利用率。

3.結束語

綜上所述，電力電子裝置在電力系統(tǒng)中應用主要體現(xiàn)在發(fā)電環(huán)節(jié)、儲能環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)和電能質量控制等，大力推動了電力系統(tǒng)向信息化和智能化方向發(fā)展。而對電力電子裝置進行可靠性評估和故障管理，加強對電力電子標準模塊的應用，能夠進一步提高電力電子裝置的安全性，降低使用成本。

[1]行鵬,程瓊,李俠,等.一種用于新型大功率電力電子裝置的高功率試驗系統(tǒng)[J].高壓電器,2012,07∶52-56.

[2]韋林,廖慧昕,易干洪.電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用研究[J].數(shù)字技術與應用,2012,10∶97-98.

[3]吳芳.電力系統(tǒng)試驗中的大功率電力電子裝置等效研究[J].電子制作,2014,20∶13-14.

[4]張挺,宋斌斌,王惠鐸.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的實際運用[J].電子技術與軟件工程,2015,21∶246.

[5]黃宗建,魏宏飛,吳會敏.電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用探討[J].電子測試,2014,13∶91-92+134.