电力系统中电力电子装置的运用分析
中图分类号：T63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0011-01
一、我国电力系统的现状
我国当前的电力系统的稳定性转变主要是通过主干电网和微型电网和各地区的地方电网相结合，同时广泛接入储能装置和分布式电源，采用具有极强灵活性的输电方式和智能化的配电用电装置相配合，从而实现电力系统的高质量、高稳定性输电。因此，除了提升对我国电力系统的稳定控制，还需要及时完善和发展电力电子装置智能化的水平，通过提升控制工作的策略性能，才可以在电力系统中有效发挥电力电子装置的优势。
二、在电力系统中电力电子装置的应用特点
电力电子装置作为电力系统中的核心装置，在应用中对电力系统的正常运行有着重要的影响。因此需要在研究其应用前，先探究其应用特点。
（一）对系统可靠性的影响
电力电子装置可靠性是影响电力系统运行效果的重要因素，电子装置的平均维护时间、平均无故障运行时间、故障率决定了其可靠性的高低。因此对电力电子装置进行可靠性评估可以确保电力系统的运行稳定性和安全性。与此同时，可靠性估算结果能够为电力系统的维修、检查和运行提供重要的参考。
（二）故障管理特征
电子装置在进行长时间运转之后必然会出现一些故障。一般来说，电子装置的故障都是温度循环波动或者过高的温度导致的。在故障管理中，需要预测和预先诊断电子装置的故障，并且根据诊断结果制定合理的后期保护措施和维修策略。同时对于推测出的电子装置剩余工作年限，采取相关的预防对策[1]。
故障管理指的对故障的预测和诊断。当系统中的子系统或者元件出现故障时，系统中具备容错运行能力的电力电子装置可以及时更改控制方法和调制策略来实现对故障部分的隔离，从而让整套装置能够正常运行。容错运行形式分为准正常运行和降级运行两种。准正常运行指的是开启冗余设计中的子系统或者功率器件来实现正常运行状态。降级运行指的是利用系统中电力电子装置的固有冗余能力来在一定限度内保证系统在发生故障后的正常功能运行，但是会相应的减小输出功率、输出电压以及降低电能质量。降级运行相比于准正常运行具备成本低廉、运行简单，但是有利就有弊，应用范围比较小。
三、电力电子装置在电力系统中的实际应用
（一）在发电环节的运用
1.发电机组励磁。大型发电机组大都采用静止励磁技术，这种技术相比励磁机，控制更为简单而且具有更快的调节速度，这大大的提升了发电厂的运行效率和性能。在水力发电机组中应用交流励磁技术，可以实现对励磁电流频率的动态调整，从而的发电系统的水流量和水头压力进行快速的调节，不仅改善了发电质量也大大提升的发电效率。
2.风力发电。风力发电中最重要的部分就是变流器，不稳定的风能在逆变器和整流器的作用下转化为频率、电压和相位都符合电网要求的电能。随着变流器的结构的发展，模块化多电平换流器的应用大大提升了风力发电系统的电压和容量，这有利于传输导线成本和线路损耗的降低，并且促进了对海上风电的开发。
3.光伏电站。我国的大型光伏电站由逆变器组、滤波器、汇流器、升压变压器、和光复阵列组建组成，实现了对太阳能的大规模几种利用。在并联逆变器中实施友好电网的控制策略，光伏电站能够具备动态电压补偿、无功补偿和有源滤波等高级功能。当前，我国大型光伏发电系统正从示范阶段向大范围推广阶段转型，因此在其中还存在诸如热斑效应、逆变器组合和多峰值等不够理想的技术问题。所以，在光伏电站的设计过程中需要充分考虑逆变器的组合方式以及光伏阵列的组合方式。
（二）在电能储存环节的运用
1.可调速的抽水蓄能
应用储能技术的目的是缓解用电高峰的用电需求，从而有效提升目前电力设备的运行效率和利用率。一方面，避免了电网故障对电力系统的影响，提升了电能的利用率和质量，另一方面，为社会的发展提供了可靠和优质的电能[2]。
抽水蓄能电站通常由上水库、下水库和发电系统组成，在运行过程中，因为上下水库间的落差在持续的变化，因此只有保持变速的状态才能发挥抽水蓄能电站的最大发电效率。可调速的抽水蓄能机组中主要采用转子绕组励磁技术，并且利用周波换压器来调节励磁系统。
通过对抽水蓄能机组电流幅值和频率的调节，可以更便捷的切换启动和运行模式，从而最大程度上发挥电力系统中调频、突发事故处理和调峰填谷的功能。
2.电池储能
电池储能中的主要部分是电池系统和功率调节系统，电池系统中主要应用钠硫电池和锂离子电池，变换器主要采用小功率DC/DC变换器，从而实现对电池模块的均衡使用。高峰值和大功率的DC/DC变换器主要集成到内部电池模块中，这简化了对均衡控制的要求并且优化了对功率的调节。电网和电池系统中的电力电子接口是电压型四象限变换器，可以进行有效的电池充放电管理和储能系统中的相关并网功能。
（三）在输电环节中的应用
1. 直流输电。直流输电方式包括常规直流输电形式和荣幸直流输电形式。其中，常规直流输电使用的是晶闸管换流器，而柔性直流输电中使用的是具有全控器件的换流器。两者相对比，后者可以控制无功功率和有功功率，比不需要无功补偿装置和滤波装置，能够实现潮流反转的固定电压极性和无源负荷供电等功能，所以广泛运用到孤岛用电、电网互联、城市供电、和可再生能源介入领域中。柔性直流输电在发展过程中，其换流器拓扑转变为模块化多电平，这大大降低了开关应力压、开关频率、输出电压的畸变和谐波。
2.分频输电。在分频输电系统中应用低频率来进行电能传输，能够有效加强电力系统的电能传输能力，减小交流输电线路的电器距离，并且有效一直线路电压的波动。对于使用低转速发电机的风电和水电等利用可再生能源的发电系统中，尤其适合低频输电和发电[3]。
3.固态变压器。固态变压器具有变换电力电子的作用，能够变换电流或者电压的相位、形状、相数、频率和复制等参数，是一种新型的变压器。固态变压器还具备电能质量调节和控制潮流的功能，通过将其广泛的应用到电力系统中，能够明显的提升电力系统的稳定性，并且采用更灵活的输电形式。进而实现对智能化电力系统的有效控制，同时提供高品质的、形式多样的交流电源和直流电源[4]。
四、电力电子装置实际应用中需要解决的问题
为了符合电力系统的目前的需要和未来发展需要，需要尽快解决以下电力电子装置的相关问题：（1）大容量高电压电力电子装置的拓扑优化、模块集成技术以及设计理论探究。（2）大容量电力电子装置的运行控制策略和非线性分析探究。（3）固态限流器以及潮流控制器在柔性交流输电系统中的应用4.我国大型光伏电站中如何对并网逆变器集群进行有效控制5.关于多能源储能电力系统的变换器的运行、设计和操控研究。
结论：综上所诉，电力电子装置的应用和开发能够有效提升电力系统的安全性和可靠性，不仅实现了对电力系统的自动化控制，而且促进了电力系统向智能化的转型。在对电力电子装置进行实际应用前，不仅需要探究电力电子装置的应用范围和方法，还需要做好对电力电子装置的可靠性、回路仿真和故障运用研究，最终实现电力系统的可持续化发展。
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