电力系统电力电子装置探讨

随着社会科技发展对电力资源需求的不断增加，电网互联的规模进一步扩大，如何实现电力系统运行的可靠性，成为电力工作者较为关注的问题。近年来，随着自动化技术的发展，电力电子转流技术及直流输电技术被广泛运用于电力系统中，对提高电力系统的可靠运行，改善电力系统的可控性等方面发挥着越来越重要的作用。另外，电力电子装置在发电、储能、微型电网等方面的应用也促使了电力系统向可持续、智能化发展，实现了可再生能源并网发电、交直流电网柔性互联等。

1.电力系统发展现状

电力系统是能源利用、输送以及配给的主要载体，在社会经济发展中发挥着至关重要的作用。近年来，随着石油资源紧缺、环境不断恶化，促使电力系统的规模化发展向环保、智能化、可持续化发展。目前，我国的电力系统转型的主要特征表现为主干电网、微型电网及地方电网协调发展，分布式电源与储能装置组合，电力资源输送与分配智能化、灵活高效，电力系统的安全可靠性等。其中，可再生能源的并网发电、储能装置的功率转换等功能的实现需要靠电力电子装置来完成，电力电子装置的单元化、模块化、智能化发展也促进了电力系统向智能化的转变，保证了电力系用的运行可靠性，对于电力系统的发展具有至关重要的作用。

2.电力电子装置在电力系统中的应用

2.1在发电中的应用

电力电子装置在电力系统发电环节中的具体应用主要表现在发电机组励磁、风力发电、光伏发电等，具体如下：（1）发电机组励磁。发电机组采用静止励磁技术，该技术具有操控简单、调节速度快优点。例如，在水利发电中采用交流励磁技术，对发电机组励磁电流频率进行动态调整，使发电系统对水头压力及水量进行快速调节，从而提高水利发电厂的运行性能及效率，整体提高了发电品质。（2）风力发电。风力发电的核心环节是交流器，交流器的主要工作是把不受控制的风能转化成电压、频率及相位满足并网要求的电能。（3）光伏发电。光伏电站是通过光伏阵列组件、汇流器、逆变器等对太阳能进行集中利用的结构。由于光伏发电系统尚处于发展阶段，建设过程中还需综合考虑光伏阵列的、逆变器的组合方式等关键因素，以提高光伏发电效率。

2.2在电能存储中的应用

电能存储技术在电力系统应用中可以有效缓解高峰负荷供电需求，对提高现阶段电力设备的使用率和电网的使用效率具有重要的作用。另一方面，也可以有效应对电力故障问题，在一定程度上提高电能质量与用电效率。（1）压缩空气储能：利用电网用电低谷剩余的电量驱动空气压缩机，将能量转换为高压空气储存起来；当电网用电负荷达到高峰时，将储存的高压空气释放出来，推动涡轮机组发电，在发电过程中，通过控制发电机的励磁拓宽发电的范围，从而有效提高发电机组的发电效率。（2）抽水蓄能：即使用用电低谷富裕的电量驱动水泵，将低水位的水泵至高水位的水库中，将电能转换为水的势能；当用电高峰时，在利用水的势能推动水轮发电机组发电，向电网补充电能。在抽水蓄能过程中，利用机组中的转子绕组励磁方式可有效提高发电效率。（3）电池储能：即利用电网低谷的富裕电量对电池进行充电，到高峰负荷时向外发电的过程，通常采用锂离子电池、钠硫电池与全钒液流电池。在电池系统中，利用变换器实现电池充放电过程中的功率调节。

2.3在微型电网中的应用

微型电网是指由分布式电源、功率变换器、储能装置等组成的小型发电配电系统。该系统中主要通过功率变换器进行调节，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行，从而实现局部功率平衡与能量优化。微型电网主要有直流微电网、交流微电网、交直流混合微电网等多种形式，其中交流微电网是目前的主流形式，其分布式电源、储能装置等通过电力电子装置连接至交流母线，并利用PCC处开关的控制，从而实现微电网并网运行与孤岛模式的转换。

2.4在输电环节中的应用

（1）直流输电：直流输电包括两种主要输电模式，常规直流输电和柔性直流输电。不同的方式以不同的换流器为基础，其中常规直流输电采用基于晶闸管作用下的换流器，柔性直流输电采用基于全控器件的换流器。与常规直流输电相比，柔性直流输电的最大特点是采用了可关断器件和高频调制技术，具有可以独立控制输出有功功率和无功功率等优势。（2）分频输电：即利用倍频变压器可以在较低频率的条件下进行输送电能，较高频率下用电，极大降低了交流输电线路距离，提高了系统传输能力。（3）固态变压器：又称电力电子变压器，可以对电压的幅值、频率、相数与形状等特点进行交换，实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。固态变压器在电力系统中的应用，可以有效改善电能质量、提升电力系统的稳定性、安全性与灵活性。

3.结语

电力资源对社会经济的发展有着至关重要的作用，而电力电子装置在电力系统的发电、存储电能、微型电网等方面的应用同样起到不可忽视的作用。电力电子装置的应用促进了电力系统转型，可有效改善电力系统的性能，实现了电力系统的长远发展。

作者:王显平 单位:莱西市职业中等专业学校

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