電廠電力系統中電力電子裝置的主要應用研究

侯小龍

摘要：隨著社會科技的進步，電力電子裝置技術得到了廣泛的應用。若將該技術應用于電力系統中，不僅能實現電網的安全運行，而且能保證電力系統的可持續發展。基于此，本文詳細探討了電廠電力系統中電力電子裝置的主要應用。

關鍵詞：電力系統;電力電子裝置;應用

電力電子裝置廣泛應用于電廠電力系統中，它們從發電、儲能、微電網、輸電、電能質量等方面提高了系統的整體性能，推動了電力系統的改革創新。而可靠性評估、故障運行管理和電力電子標準模塊的應用效能是電力電子裝置研發及運行的主要內容，能延長裝置生命周期，降低投資成本，提高安全可靠性。在不久的將來，根據電力系統的發展要求，有效解決電力電子裝置應用中的各種難題，能促進電力系統的長遠發展。

一、電力電子裝置在電廠電力系統各主要環節的應用

1、發電領域。①風力發電機組。此機組中，最根本的設備是變流器，逆變器和整流器能把風能轉變為更穩固的電能。可是在風力發電系統的發展中，有緣中點鉗位和三電平往多電平拓撲的方向發展，可很好地提高發電等級與容納標準。②發電機組勵磁。它在大規模的發電機組中有著廣泛的使用，和普通的勵磁比起來，其靜止勵磁技術掌握起來更簡單，調整速度更快，能更好地提高電廠工作效率，水力發電可使用勵磁技術調節電流頻度，從而達到調整水流量和壓力的目的，改良發電速度和質量。③光伏電站。大規模的光伏電站可聚合太陽能然后進行使用，可用并聯逆變器方法掌控，對有源濾波、無功補償、動壓補償的提高有很大幫助。

2、電能存儲。電能存儲的技術在電力系統應用中起到調整高峰負荷供電作用，提升了電力設備的使用率和電網使用效率，同時可科學地面對電力故障問題，從根本上提高電力質量與用電效率。①調速抽水儲能，在抽水儲能電站工作過程中，上下水庫的差距逐漸產生變化，導致抽水儲能電站的工作在不斷的變速下才能達到最佳效果;②空氣壓縮蓄能。其是在電力系統用電低時，使剩余的電量推動空氣壓縮機，通過高壓空氣方式將能量儲存;③電池儲能。主要采用鋰離子、鈉離子、全釩液流等電池，通過小功率的DC/DC變換器進行電池模塊的電流均衡調節。大功率的DC/DC變換器集成到電池模塊內，通過電池模塊輸出接口實現串并聯，實現直流母線電壓等級的提高和功率調節系統拓撲的優化。

3、微型電網。其是一個小型發配電系統，一般由分布式電源、儲能裝置、功率變換器、相關符合及監控保護裝置組成。一般微型電網能與外部電網同時進行工作，并能實現一部分功率平衡。在微型電網中，采用多變換器方案能實現分布式電源和儲能裝置間的互聯。但多變換器中又存在著成本高，系統性能差的缺點，因而在微型電網中開始使用多接口變換器，從而實現分布式電源、儲能裝置和負荷相連，這樣能提升電網運行系統性能，從而提高電網經濟性。

4、輸電系統。①分頻輸電。這種輸電方式經常運用于效率較低的發電系統中，比如風力、水力發電。分頻輸電方式主要運用較低的頻率傳輸電能，這樣低頻的情況縮短了交流線路間的電氣距離，進而減少了電氣之間電壓、電流的相互干擾，有效提高了輸電效率。②直流輸電。其根據換流器的不同分為兩種，即運用于晶閘管的換流器其為常規直流輸電，運用于全控期間的換流器其為柔性直流輸電。柔性直流輸電更適應可再生資源的連接，并能在一定獨立區域、城市供電網中輸電。為了柔性直流輸電更為有效，柔性交流輸電系統中潮流控制器和固態限流器還需工程人員進行有效研究。③固態變壓器。固態變壓器的應用更為全面，可與電磁耦合電能變換技術相結合，能對輸電線路中的電壓值、電流值、其幅度、相位等數據進行有效觀察與調節。此外，固態變壓器還可對輸電線路進行潮流控制，調節電能質量，這樣對輸電線路的輸電穩定性有了更好地保障。

5、電能質量。動態無功補償器能對電力系統的功率振蕩進行抑制、確保電壓的穩定性，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中，可充分實現無功功率連續可調，且具有相應速度快、可靠性等優勢。諧波治理裝置主要利用多重化技術、脈寬調制技術等，降低變流裝置注入電網的諧波。此外，應用電力濾波器、統一電能質量調節器等，有效減少諧波含量，提高設備利用率。在一些企業中應用的中低壓電力系統，若出現電壓暫降，會導致設備損壞，而動態電壓恢復器應用在電力系統中，能有效對不平衡電壓暫降進行合理抑制。

二、電廠電力系統中電力電子裝置的應用效能

1、可靠性評估。電力電子裝置的可靠性、故障率、平均無故障運行時間、平均維護時間和使用率等指標直接決定了其在電力系統中的應用效能。因此，對可靠性進行評估是采取有效措施提升裝置安全性的基礎，可靠性評估有利于電力電子裝置的設計和運行管理，定量評估的結果可用于確定設計是否符合技術規范。也可作為比較不同拓撲結構，控制策略和元件可靠性的準則。此外，精確的可靠性預測也可為系統運行，維護和管理提供重要指導。

2、故障運行管理。在電力行業，技術的不斷提高使系統可靠性不斷增強，但無論如何運行故障無法避免，在一些較重要的地方，電力電子裝置會由于電力設備的故障而損壞。對允許離線的電力電子裝置來說，一般采用故障或過熱管理等方式來降低故障率。通常，功率器件發生故障往往是因溫度循環中的問題，所以要控制其溫度變化，增加電子元件壽命，預測和診斷故障是保護電力電子裝置和容錯運行的基礎，在對故障進行識別時，往往對變換器端口或功率器件的電流電壓變化參數進行比較。通過故障預測可推測一些電子元件的使用壽命，這樣能對未來的故障處理制定計劃。在電力電子裝置發生故障時，其本身容錯能力能讓其在短時間內采取措施，隔離故障部分，防止其他部分受到故障的影響。

3、電力電子標準模塊。它是將功率裝置、編程處理器及其他構件集成到一個模塊中，其具備預定功能和標準化的應用接口。該標準模塊降低裝置投資成本、減少運行損耗，還減少了現場實施和維護費用。通過電力電子標準模塊的組合，可建立適合各類場所的電力電子裝置。模塊集成技術和控制層次化是電力電子標準模塊的重要設計原則。關于電力電子裝置的模塊集成化，需解決開關損耗、信號監測、熱管理等難題。常見的集成方式有硅片集成、封裝集成和三維集成，其中，硅片集成是將構件安裝在硅片表層或中間;封裝集成是將構件安裝在陶瓷或有機基板之中，這兩種集成方式不適合大功率變流器;三維集成是垂直安裝各構件，以無源層作為變流器基板，有效提升了系統的運行效率。

三、電力電子裝置在電力系統中的應用前景

國內電力系統的智能化水平正在高速提升，電子裝置的更新及完善速度也較快，可以預見的是未來無論是軟件技術還是硬件裝置，對電力系統的發展都能起到極強的推動作用，同時國內電力行業的高速發展還需要技術上的不斷創新，不斷提升系統自動化水平，一些電子裝置應用上的問題還需解決。例如國內大型的光伏電站中使用的固態限流器，在研究方面還需不斷完善，這樣才能將光伏電站的實際價值發揮出來，才能體現出現代化技術的優勢，在儲能系統中有關變換器的功能設計還需完善，尤其是多能源功能，這對能源利用的進步及提升發電的環保效益都是非常重要的問題，在柔性交流電的研究領域也有一些問題需完善，大容量裝置中涉及到非線性分析，這些問題都需解決，才能促進電力系統的長遠發展。

參考文獻：

[1]喻翔.電力系統中電力電子裝置的應用研究[J].電子技術與軟件工程，2015（10）.

[2]周平.電力電子裝置在電力系統中的應用研究[J].電子制作，2015（03）.

[3]朱春雷.電廠電力系統中電力電子裝置的主要應用研究[J].自動化與儀器儀表，2017（07）.