电力系统中电力电子装置的应用研究

电力电子装置可以促进电力系统向可持续发展以及智能化的方向转型，因此本文从几个方面研究电力电子装置在电力系统里面的主要应用，最后论述电力电子装置在电力系统应用里面继续解决的问题，为后人的研究提供些许帮助。

【关键词】电力电子装置 可持续发展 智能化

电力系统是能源利用、传输与配给的主要载体，社会的发展也是发挥着积极的作用，化石能源与气候环境出现的微机，促使电力系统正是从规模化发展向可持续发展的方向转化。伴随着高电压、大功率电力电子器件的发展，变换器模块化、单元化以及智能化水平的不断提高，控制策略与调制的策略性能的提高，电力电子装置在我们的电力系统里面就会发挥越来越大的作用。

1 发电环节

1.1 发电机组励磁

大型的发电机组应用静止励磁的技术，其具有的特点就是调节的速度快、控制比较简单，可以显著的提高发电厂的运行性能与效率。水力发电机组应用交流的励磁技术，可以实现发电系统对于水头压力与水流量的动态变化快速的调节，可以改善发电的品质，提升发电效率。

1.2 风力发电

变流器是风力发电里面必备的核心环节，风电变流器通过整流器与逆变器将不稳定的风能变换为电压、频率以及相位相符合并网需要的电能。伴随着变流器拓扑结构由两电平、三电平向有源中点钳位、模块化多电平换流器等多电平拓扑方向发展，使得风力发电系统的容量和电压等级逐步提高，有效降低了线路损耗和传输导线成本，促进了风电特别是海上风电的大规模开发。

2 电能储存

储能技术在电力系统里面的应用是可以缓解高峰符合供电具有的需求的，同时可以提高现有的电力设备利用率以及电网的运行效果。同时还可以有效的应对电网故障的发生，提高其电能质量与利用的效率，满足社会与经济的发展对于优质、可靠以及安全用电的需要。

2.1 可调速抽水蓄能

抽水蓄能电站一般都是由上水库、下水库以及发电系统组成的。在运行的时候，上下水库的落差是再不断的变化，所以抽水蓄能电站只有在工作变速的情况下面才是可以发挥最佳的发电效率。目前可调速的抽水蓄能机组只要采用的为转子绕组励磁的方式，励磁的调节系统一般采用基于晶压管的周波变换器。

抽水蓄能机组通过调节转子励磁的电流的频率与幅值，是可以实现有功出力以及无功出力的大幅度独立的调整，同时便于利用机组启动与运行模式的有关切换工作，使得抽水蓄能电站在电力系统里面可以更好地发挥调峰填谷、调频以及紧急事故的处理等多重的作用。

2.2 电池储能

电池储能系统主要含有的为电池系统与功率的调节系统，电池一般采用的为锂离子电池、钠硫电池等，在电池系统里面，采用的为小功率DC/DC变换器可以实现电池模块的电流均衡使用。大功率以及高增益DC/DC变换器集成到电池模块内部，并不是作为电池模块输出结构实现串联成组，就会提高直流母线电压等级以及简化均衡控制要求与优化功率调节的系统的拓扑。在功率的系统里面，电压型的四象限变换器作为电池系统与电网的电力电子接口，变换器可以采用三相桥式模块并联与H桥模块的拓扑，除了进行电池充放电管理外还能实现储能系统的各项并网功能。

3 微型电网

微型电网是由分布式电源、储能装置以及功率变换器、监控保护装置集合而成的。我们通过功率变换器的调节，实现了局部的功率平衡与能量的优化。在外部电网出现故障的时候，我们还可以通过变换器的解列，使得微型电网运行在独立的模式里面，还可以继续的向关键的负荷提供电能。经过实践分析，我们将分布式电源通过微型电网的形式接入到电网并网运行，也是发挥分布式电源效能最为有效的方式。

在微型电网里面，分布式电源与储能装置的互联可以采用多变换器方案也是可以实现，由一个多接口变换器来实现的。我们采用多个变换器的时候，各个控制器也是相互独立的，因此需要依赖通信的方式进行协调的工作，存在成本高、可靠性差以及通信延迟等严重的问题，降低了系统的性能。多接口变换器是一种可自我持续的多输入多输出的变换器，其可以与各种分布式电源、储能装置与负荷是相联接的。变换器可以阿精一个接口的直流或者是交流功率处理与调度到任意的接口，其可以轻易的实现再生能源的利用率，增强同电网互联的经济性等。多接口变换器运行可以分为生产模式、紧急模式以及恢复模式等，在生产模式里面，变换器可以获取再生的能源，进行储能的管理，同时也是可以满足负载供电的需要。在紧急模式的以后，变换器也是可以作为不间断的电源来使用的。

4 输电环节

4.1 直流输电

直流输电含有的为常规直流输电以及柔性直流输电，常规直流输电采用的就是基于晶闸管的换流器；柔性主流输电采用的为基于全控制器件的换流器。通过与常规的直流输电相比较，柔性直流输电具有的特点就是有功功率与无功功率可以独立的控制，不需要滤波以及无功的补偿。所以其更加的适合于在再生能源里面接入、孤岛供电以及城市供电等领域展开应用。

4.2 分频输电

分频输电系统利用为较低的频率进行电能的传输，其可以有效的减少交流输电线路的电气距离，提高系统的传输能力，抑制线电路电压的波动。在水电、风电等众多的可再生能源发电系统里面，因为发电机转速是比较低的，所以十分适合利用低频进行发电与传输。

5 结束语

电力电子装置在发电、储能以及微型电网里面应用以后，可以有效的改善电力系统的性能，促进电力系统的逐渐转型，在这个方面展比较系统的深入研究，有助于电力电子装置寿命的延长、低传给你本以及高安全性能的实现，对于电力系统的发展具有重要的意义。

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作者单位

武汉轻工大学 湖北省武汉市 430023