電力系統中電力電子裝置的應用研究

尚東升

摘要： 在我國經濟發展和科學進步的今天，電力電子技術和電力電子裝置都取得了長足的進步。許許多多先進的電子設備不斷地在電力系統中投入使用，既保證了電力系統在運行時的可靠、高效和穩定，也促使電力系統不斷先前發展，適應現代社會的需要。隨著低碳環保的概念的提倡，電力系統及電力電子裝置的能耗問題，以至于智能化和系列化以為人們越來越重視。那么分析電力電子設備在電力系統中的應用問題就顯得十分必要了。本篇論文即是對相關問題的分析和探討。

Abstract： In today's economic development and scientific progress， power electronic technology and power electronic devices have made great progress. Many advanced electronic devices are constantly being used in power systems to ensure reliable， efficient and stable operation of the power system， and to promote the development of the power system and to meet the needs of modern society. With the promotion of the concept of low-carbon environmental protection， the power system and power electronic device energy consumption problem as well as intelligence and serialization are paid more and more attention by people. Then the analysis of the application of power electronic equipment in the power system is very necessary. This paper is the analysis and discussion about the relevant issues.

關鍵詞： 電力電子裝置；電力系統；應用分析

Key words： power electronic device；power system；application analysis

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0194-02

0 引言

在現今社會的生活和生產中，電力資源越來越多的得到廣泛的應用，對經濟發展起到了不可替代的作用，所以，要保障國計民生和經濟發展，必須重視電力系統的建設和維護，重視電力電子裝置在電力系統中科學合理的應用。不斷完善電力系統各部分功能，加大對電力電子裝置的研發與運用，使電力系統能夠更加安全、有效的運行。

1 發電階段

在我國發電一般采用的是火力發電，不僅造成環境的污染，也消耗了本來就不充足的能源儲備。所以近幾年我國積極鞏固水力發電，大力發展新能源產業，其中包括風力發電和光伏發電等多種形式。并在這些方面均取得了很大的進步，其中風力發電和光伏發電已走出國門，出口海外，并為我國創造了外匯收入。因此，本文主要將以電力電子裝置在水力、風力以及光伏發電等三個方面的應用分析情況進行闡述。

1.1 水力發電系統

水力發電即為利用水的勢能變化，來推動發電機轉動，進而達到發電的目的。水力發電的電力電子裝置主要是發電機組勵磁。水力發電應用的是大型機組，其用到的是比一般勵磁機控制更加簡單、調節速度更快的靜止勵磁技術。這種技術的應用使得發電廠的發電效率提高，運行更加的平穩。水力發電機組同時采用交流勵磁技術，通過動態調整勵磁電流頻率來相關的水流量和水頭壓力進行快速的調節，提高了發電的效率和發電的質量。

1.2 風力發電系統

風力發電即為利用風力來推動發電機組轉動，達到將風能轉化為電能的目的。在風力發電過程中，應用的電力電子裝置有整流器、逆變器等。

在一般的環境下，風力的變化非常的迅速，包括風向和風力都有很大的隨機性。這樣風力發電中的變流器就成了不可或缺的關鍵因素。變流器能夠將不穩定的風能變換成具有一定的電壓、頻率和相位的的電能，并符合并網要求。隨著技術的發展變流器也在更新換代，具有了更強大的功能。這樣就使得風力發電系統提高了容量和電壓，同時能夠進一步節約導線的成本，降低電能在線路中的損耗。由此海上風力發電也得到了長足的發展。

1.3 光伏發電系統

光伏發電主要是對太陽能進行能量的轉化，光伏發電系統用到兩大類電力電子裝置，其一是對太陽能進行收集和轉化的裝置。主要部件是天陽能電池板，其二是對電能的相關參數進行相關處理，主要有升壓變壓器、逆變器等。不過光伏發電仍然存在一些需要解決的問題，所以對相關技術要進一步完善。

2 儲能階段中的應用

目前，一些環保的可再生能源普遍因為具有季節性和實時性的特點，就影響了使用過程的穩定性。除此之外，在日常的生活和生產中，必然存在高峰階段和低谷階段，所以需要對能源進行有效的存儲，待到相應的時間再用，以提高電力系統的可靠性和穩定性。現階段的儲能技術主要有水力儲能、電池儲能和壓縮空氣儲能等幾種。而這幾種儲能方式均含有相關的電力電子設備，下面進行分類說明。

2.1 水力儲能裝置

通常情況，水力儲能應用的主要方式是抽水儲能。通過利用抽水設備將水的勢能的進行轉換來儲存相應的能量，以實現調節電力系統發電過程中調峰填谷等作用。水力儲能系統一般由上下水庫、輸水系統和發電機組構成。在儲能時，水的落差不斷增加，發電機組就工作在變速的狀態下，以達到最佳的發電效率。

2.2 電池儲能裝置

我國在電池儲能技術方面發展較早，在目前的技術中，可以將任何發電形式的電力資源存儲起來，實現電能的便攜式應用。

它的主要技術原理是：利用一個比較小的直流變換器來使充電電流保持平穩，并利用設計好的拓撲結構，集成電池來實現電流大小及電壓高低的變化。另一方面，通過一個四象限變換器來實現功能的調節。在電池儲能技術方面，因為電力電子裝備的應用，使得在轉換過程中的損耗降到最低，也優化了儲能系統。

2.3 壓縮空氣儲能裝置

在風力發電中應用最多的是壓縮空氣儲能裝置。它的主要工作原理是當用電負荷明顯處于低谷的情況時，空氣壓縮機就會將富余電量以高壓空氣的形式將電能儲存起來；當用電負荷處于高峰的情況時，存儲在起來的高壓空氣就會按照事先設計的方案釋放出來，由發電機負責發電，以實現電能的釋放。

3 輸電階段中的應用

在低損耗、高容量、長距離的輸電線路中主要應用變流器等電力電子設備來實現降低電能損耗、提高線路利用率等高效率的傳輸。在輸電階段，往往應用的是高電壓、長距離的傳輸，一旦電路出現故障或受到意外災害的影響，極有可能會造成極其嚴重的后果。更嚴重的是有可能造成人員的傷亡事故。而通過最電力電子裝置的利用，就能夠在最短的時間內發現突發情況，并顯示數據為接下來的處理提高有效的依據。避免了資源和時間的無謂浪費，提高了電力系統的傳輸效率，挽回了即將失去的經濟損失。

4 有利于電能利用率的提高

在我國經濟飛速發展及工業化進程加快的今天，用電量也呈現逐年增加的趨勢，不過，如風能、太陽能等新能源不能穩定的長時間供電，對于能源的提供有一定限制。所以電力系統要不斷的提高電能的利用率，減少損耗，從而滿足人們對電能的要求。通過利用電力電子裝置，可以有效的提高電力系統電能的利用率。如用來補償電壓暫降的動態調壓裝置能夠有效的降低電壓對整個電力系統的損害并保證其能夠安全有效的運行。

還有一種是用來控制電力系統的諧波的裝置，來減少因為諧波而產生的電能消耗。另外一類還能利用無功補償來減少電壓對線路和系統的擾動，進而保證整個電力系統的可靠運行。

5 智能化電力系統

隨著經濟發展和能源的消耗，環境問題越來越為人們重視，環保理念逐步深入人心。在此趨勢下，電力系統也逐漸邁向節能化、智能化，電力電子裝置在此過程中起到了不可替代的作用。要構建“智能電網系統”電力電子裝置的合理運用是重中之重。通過電力電子裝置和自動化控制技術的應用，能夠保證對某一個網絡節點的監控，以便能夠進行節點間電能的雙向控制和流動。在用戶端，可以采用功率變換器來控制功率。電力系統的集成也要靠電力電子裝置來實現，通過集成使得通信系統和控制能夠很好的進行協同，從而能夠對電力系統進行自動化的控制，來促進電力系統安全、可靠地運行，反過來又促進相關電力電子裝置的發展進度。

近幾年我國的經濟取得了令人矚目的成就，工業化水平不斷加深，各個行業對電能的需求也逐漸提高，對相關電力系統的要求也越來越多。

目前我國的電力系統已經達到世界的先進水平，正向著自動化和智能化方向不斷發展，以滿足各地區、各行業對電能的各種需求。

而電力電子裝置在電力系統上的廣泛應用也加速其完善和發展的速度。電力電子裝置已經成為電力系統中一個重要的組成部分。雖然我國的電力電子裝置制造行業起步較晚，但是近些年其發展的速度很快。

由于電力電子裝置的快速發展，對我國的電力系統起到了很大的促進作用，作出了突出的貢獻，體現在以下幾個方面：

首先是提高了電力系統的控制方法和效率，比如增加了模擬控制和數字控制技術等。

其次也體現在裝置方面上，增加了半控型裝置、全控型裝置、復合型裝置等相關裝置。

第三，促進了關鍵技術的突破和應用，優化了硬件設計、軟件設計的環境和方法。

第四，在電能的輸送方式上也不斷改進和增加，涵蓋了電纜傳輸、光纖傳輸等。但我國的電力系統也存在一些不足之處，主要表現在創新性技術應用不夠、科技含量需要進一步提高和智能化、自動化水平偏低等。

所以，要持續加強對電力系統中電力電子裝置的應用研究，確保將更多的先進設備應用到電力系統當中去，來不斷發展我國的電力行業和國民經濟水平。

綜上所述，在我國經濟飛速發展的今天，能源問題越來越被人們所重視，相關行業也在快速的發展。電力系統已經邁進智能化和自動化的大門，那么電力電子裝置的開發與應用就顯得更加重要。因此，要加大對相關技術的研發和應用，設計制造出更多更加先進、科學的電力電子裝置，以促進電力系統和行業的發展，更好的服務于經濟。

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