电力电子装置在电力系统中的应用研究

摘要：科技进步带动了电力电子技术的升级，电力电子装置的发展较快。电子装置的种类、功能逐渐完善，提高了电力系统的全面合理性。能源消耗问题日益突出，增加了节能理念的深入，为此，提高电力系统智能化、节能化的发展是当下电力系统的主要工作目标。本文针对电力电子装置进行了分析，提出其主要应用状况和未来发展方向。

关键词：电力电子装置；电力系统；应用研究；节能环保 引言

电力系统作为能源输送、分配的主要载体，对社会各行业大发展具有重大影响，对社会大众的生产生活、工业学习等均具有一定影响，需要充分提高电力系统的稳定性、安全性。当下能源危机逐渐严重，提高电力系统的智能转型是重要工作任务。借助电力电子装置时间对系统性能的提升具有重大意义。可实现灵活输电、合理配电的智能化管理模式，对全球能源危机具有一定的缓解作用。 一、电力系统发展新特点

电力系统包含多部分，如发电、输电和用电等。经济发展较快带动了电力系统的不断优化，逐渐体现出新特点。

电力系统的规模逐渐增大，超大型电网建设逐渐增多，跨越区域增加。对应系统内部的资源配置等逐渐成为关键部分。在电源接入形式方面，可再生能源的应用逐渐增加，传统工频交流注入法实现了升级，多样化管理，多种发电形式共存，降低了大功率转换、控制不足等带来的负面影响。当下社会大众的生活水平不断提升，电能要求逐渐增加，非线性负荷接入后，会降低整体电能质量，导致后期存在不稳定、不安全的状况。为此，电力系统中，最为重要的设备是变压器。电力变压器作为电压升降、系统隔离的主要装置，需要及时进行改进优化，提高变换效率。一般其功能、结构变化不明显，导致其缺点仍具有负面影响，会引起后期设备故障，降低了系统运行稳定性。针对上述系统存在问题，电力电子装置的出现，可充分解决其不足。 二、电力电子装置的应用 1、在发电工作中的应用

电力电子在电力系统发电环节中的应用主要体现在三个方面：（1）发电机组励磁：大型的发电机组多使用静置励磁技术，此技术相对调节速度快、操控方便。水利发电机组常使用交流励磁技术，将励磁电流频率进行动态调整，使发电系统加快对水头压力及水量的调整，整体提高了发电质量；（2）风力发电：风力发电的主要步骤是变流器的工作。风力变流器使用整流器设备使不受控制的风能转化成电压与可使用电能。后期变流器的不断发展使其性能极大提升，提高了风力发电系统的电容量与电压等级；（3）光伏电站：光伏电站是将太阳能集中处理的结构，现阶段大型光伏发电系统处于发展推广的阶段，存在光伏阵列组合的热斑效应与逆变器组合的特征未理想化等问题，证明光伏发电的建设需要充分考虑光伏阵列的组合方式与逆变器的组合方式因素。 2、在电能存储工作中的应用

电能存储的技术在电力系统应用中起到调整高峰负荷供电作用，提升了现阶段电力设备的使用率和电网的使用效率，同时可科学地面对电力故障问题，从根本上提高了电力的质量与用电效率。储能方式中相对高效的是如下三种：（1）调速抽水储能，在抽水储能电站工作过程中，上下水库的差距逐渐产生变化，导

致抽水储能电站的工作在不断的变速下才可以达到最佳效果；（2）其使用的原理是在电力系统用电低时，使剩余的电量推动空气压缩机，通过高压空气的方式将能量储存；（3）电池储能方式，电池通常是使用锂离子电池、钠硫电池与全钒液流电池。

3、在微型电网中的应用

微型电网是小型发电配电系统，由分布式电源、储能设备、变化器等装置组成。使用功率变换器进行调节，使微型电网与外界电网进行联网运行，达到局部功能平衡与局部能量优化。外界电网出现问题时，经由变换器解列，使微型电网进入到独立运行状态，使其继续向较为主要的位置输电，加强了用电安全性。通过实践经验得知，分布式电源以微型电网方式连接到外界电网进行同步运行，充分发挥了分布式电源的效果。使用微型电网过程中，分布式电源与储能装置的连接，使用多个变换器的方式进行或者使用一个多变接口的变换器进行。其中使用多个变换器过程中，不同的控制器处于独立位置，需进行通信方式调节工作进程，特点是成本高、通信市场不可控制。多变形式的变换器在使用过程中，可达到输入输出变换器，特点是提升可再生能源的利用率与完善能源管理。 4、在电力输送工作中的应用

在电力输送工作中的应用主要从三个方面来展现：（1）直流输电：直流输电主要分为常规式与柔性直流输电，常规形式使用晶闸管作用下的换流器，柔性直流输电使用全控器件作用下的换流器。二者相比较，柔性直流输电的优势是，有功功率与无功功率的独立操控、不需要无功补偿装置、可以向无电源负荷供电等；（2）分频输电：分频输电方式使用较低的频率进行输送电能，极大地降低了交流输电线路距离，增强了传输性能。在水利发电与风力发电系统中，相对适于使用低频进行电能的输送；（3）固态变换器：固态变换器的特点是，可以对电压的幅值、频率、相数与形状等特点进行交换，属于新型变压器。固态变压器拥有其潮流控制、调整电能质量等功效，有效地提升了电力系统输电的安全性与灵活性。

三、电力电子装置在电力系统的应用研究 1、电力电子装置的可靠性评估

为了充分体现出电力电子装置在电力系统中应用的价值，对电力电子装置的可靠性、故障率、维护时间和使用率等进行评估具有必要性。其中可靠性作为衡量电力电子装置最重要的指标，通过做好可靠性评估，有利于电力电子装置的管理。一般电力电子装置可靠性评估主要是采用从元件或系统层面进行建模的方式，其中元件可靠性模型包含功率器件故障率、电解电容故障率等建模、系统层面可靠性模型包含累加模型、组合模型等。 2、电力电子装置的故障管理

在电力系统电力电子装置实际应用中，难免会因为各种各样的因素出现故障问题。目前主要采用热管理和故障管理方式实现对故障率的控制。其中热管理主要是通过控制器件损耗起到避免瞬态热应力的情况。故障管理首先要进行故障的诊断，依据诊断结果识别故障，此外还可以依据不同部件的故障机理，对故障问题进行预测。针对元件或子系统故障，可以采用准正常运行能力，确保电力电子装置在故障时仍然能够满足实际应用功能。 3、电力电子标准模块的应用

电力电子标准模块具有减少电力电子装置成本、损耗和降低维护工程投入等优势，且适用于各种场合。对于电力电子标准模块集成化，需要从杂散电感、开

关损耗、信号测量等方面进行突破，如采用三维集成方式，通过将无源层作为变换器的基板，提高电力电子标准模块的空间利用率。 结语

电力电子装置具有发电、输送及存储电能的作用，可充分提高电能质量、保证系统性能的升级优化，可促进电力系统实现升级转型管理。此外，针对系统内部可靠性评估、故障分析、仿真模拟等工作的改善提升，可实现整体研发和制造能力的改善，对系统完善和设备使用寿命的提升具有重大意义，进而实现高安全性、低成本要求的控制管理目标。根据电力系统的要求及时进行装置研发，提出对应技术难题的解决方法，为系统后续长期合理发展打下良好基础。 参考文献

[1]行鹏,程琼,李侠,等.一种用于新型大功率电力电子装置的高功率试验系统[J].高压电器,2012,07:52-56.

[2]韦林,廖慧昕,易干洪.电力电子技术在电力系统中的应用研究[J].数字技术与应用,2012,10:97-98.

[3]张挺,宋斌斌,王惠铎.电力电子装置在电力系统中的实际运用[J].电子技术与软件工程,2015,21:246.