尚東升

摘要： 在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的今天，電力電子技術(shù)和電力電子裝置都取得了長足的進(jìn)步。許許多多先進(jìn)的電子設(shè)備不斷地在電力系統(tǒng)中投入使用，既保證了電力系統(tǒng)在運(yùn)行時的可靠、高效和穩(wěn)定，也促使電力系統(tǒng)不斷先前發(fā)展，適應(yīng)現(xiàn)代社會的需要。隨著低碳環(huán)保的概念的提倡，電力系統(tǒng)及電力電子裝置的能耗問題，以至于智能化和系列化以為人們越來越重視。那么分析電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用問題就顯得十分必要了。本篇論文即是對相關(guān)問題的分析和探討。

Abstract： In today's economic development and scientific progress， power electronic technology and power electronic devices have made great progress. Many advanced electronic devices are constantly being used in power systems to ensure reliable， efficient and stable operation of the power system， and to promote the development of the power system and to meet the needs of modern society. With the promotion of the concept of low-carbon environmental protection， the power system and power electronic device energy consumption problem as well as intelligence and serialization are paid more and more attention by people. Then the analysis of the application of power electronic equipment in the power system is very necessary. This paper is the analysis and discussion about the relevant issues.

關(guān)鍵詞： 電力電子裝置；電力系統(tǒng)；應(yīng)用分析

Key words： power electronic device；power system；application analysis

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0194-02

0 引言

在現(xiàn)今社會的生活和生產(chǎn)中，電力資源越來越多的得到廣泛的應(yīng)用，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了不可替代的作用，所以，要保障國計民生和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，必須重視電力系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)，重視電力電子裝置在電力系統(tǒng)中科學(xué)合理的應(yīng)用。不斷完善電力系統(tǒng)各部分功能，加大對電力電子裝置的研發(fā)與運(yùn)用，使電力系統(tǒng)能夠更加安全、有效的運(yùn)行。

1 發(fā)電階段

在我國發(fā)電一般采用的是火力發(fā)電，不僅造成環(huán)境的污染，也消耗了本來就不充足的能源儲備。所以近幾年我國積極鞏固水力發(fā)電，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，其中包括風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等多種形式。并在這些方面均取得了很大的進(jìn)步，其中風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電已走出國門，出口海外，并為我國創(chuàng)造了外匯收入。因此，本文主要將以電力電子裝置在水力、風(fēng)力以及光伏發(fā)電等三個方面的應(yīng)用分析情況進(jìn)行闡述。

1.1 水力發(fā)電系統(tǒng)

水力發(fā)電即為利用水的勢能變化，來推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而達(dá)到發(fā)電的目的。水力發(fā)電的電力電子裝置主要是發(fā)電機(jī)組勵磁。水力發(fā)電應(yīng)用的是大型機(jī)組，其用到的是比一般勵磁機(jī)控制更加簡單、調(diào)節(jié)速度更快的靜止勵磁技術(shù)。這種技術(shù)的應(yīng)用使得發(fā)電廠的發(fā)電效率提高，運(yùn)行更加的平穩(wěn)。水力發(fā)電機(jī)組同時采用交流勵磁技術(shù)，通過動態(tài)調(diào)整勵磁電流頻率來相關(guān)的水流量和水頭壓力進(jìn)行快速的調(diào)節(jié)，提高了發(fā)電的效率和發(fā)電的質(zhì)量。

1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電即為利用風(fēng)力來推動發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動，達(dá)到將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的目的。在風(fēng)力發(fā)電過程中，應(yīng)用的電力電子裝置有整流器、逆變器等。

在一般的環(huán)境下，風(fēng)力的變化非常的迅速，包括風(fēng)向和風(fēng)力都有很大的隨機(jī)性。這樣風(fēng)力發(fā)電中的變流器就成了不可或缺的關(guān)鍵因素。變流器能夠?qū)⒉环€(wěn)定的風(fēng)能變換成具有一定的電壓、頻率和相位的的電能，并符合并網(wǎng)要求。隨著技術(shù)的發(fā)展變流器也在更新?lián)Q代，具有了更強(qiáng)大的功能。這樣就使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提高了容量和電壓，同時能夠進(jìn)一步節(jié)約導(dǎo)線的成本，降低電能在線路中的損耗。由此海上風(fēng)力發(fā)電也得到了長足的發(fā)展。

1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電主要是對太陽能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化，光伏發(fā)電系統(tǒng)用到兩大類電力電子裝置，其一是對太陽能進(jìn)行收集和轉(zhuǎn)化的裝置。主要部件是天陽能電池板，其二是對電能的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)處理，主要有升壓變壓器、逆變器等。不過光伏發(fā)電仍然存在一些需要解決的問題，所以對相關(guān)技術(shù)要進(jìn)一步完善。

2 儲能階段中的應(yīng)用

目前，一些環(huán)保的可再生能源普遍因為具有季節(jié)性和實(shí)時性的特點(diǎn)，就影響了使用過程的穩(wěn)定性。除此之外，在日常的生活和生產(chǎn)中，必然存在高峰階段和低谷階段，所以需要對能源進(jìn)行有效的存儲，待到相應(yīng)的時間再用，以提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段的儲能技術(shù)主要有水力儲能、電池儲能和壓縮空氣儲能等幾種。而這幾種儲能方式均含有相關(guān)的電力電子設(shè)備，下面進(jìn)行分類說明。

2.1 水力儲能裝置

通常情況，水力儲能應(yīng)用的主要方式是抽水儲能。通過利用抽水設(shè)備將水的勢能的進(jìn)行轉(zhuǎn)換來儲存相應(yīng)的能量，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)發(fā)電過程中調(diào)峰填谷等作用。水力儲能系統(tǒng)一般由上下水庫、輸水系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組構(gòu)成。在儲能時，水的落差不斷增加，發(fā)電機(jī)組就工作在變速的狀態(tài)下，以達(dá)到最佳的發(fā)電效率。

2.2 電池儲能裝置

我國在電池儲能技術(shù)方面發(fā)展較早，在目前的技術(shù)中，可以將任何發(fā)電形式的電力資源存儲起來，實(shí)現(xiàn)電能的便攜式應(yīng)用。

它的主要技術(shù)原理是：利用一個比較小的直流變換器來使充電電流保持平穩(wěn)，并利用設(shè)計好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，集成電池來實(shí)現(xiàn)電流大小及電壓高低的變化。另一方面，通過一個四象限變換器來實(shí)現(xiàn)功能的調(diào)節(jié)。在電池儲能技術(shù)方面，因為電力電子裝備的應(yīng)用，使得在轉(zhuǎn)換過程中的損耗降到最低，也優(yōu)化了儲能系統(tǒng)。

2.3 壓縮空氣儲能裝置

在風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用最多的是壓縮空氣儲能裝置。它的主要工作原理是當(dāng)用電負(fù)荷明顯處于低谷的情況時，空氣壓縮機(jī)就會將富余電量以高壓空氣的形式將電能儲存起來；當(dāng)用電負(fù)荷處于高峰的情況時，存儲在起來的高壓空氣就會按照事先設(shè)計的方案釋放出來，由發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)電能的釋放。

3 輸電階段中的應(yīng)用

在低損耗、高容量、長距離的輸電線路中主要應(yīng)用變流器等電力電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)降低電能損耗、提高線路利用率等高效率的傳輸。在輸電階段，往往應(yīng)用的是高電壓、長距離的傳輸，一旦電路出現(xiàn)故障或受到意外災(zāi)害的影響，極有可能會造成極其嚴(yán)重的后果。更嚴(yán)重的是有可能造成人員的傷亡事故。而通過最電力電子裝置的利用，就能夠在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)突發(fā)情況，并顯示數(shù)據(jù)為接下來的處理提高有效的依據(jù)。避免了資源和時間的無謂浪費(fèi)，提高了電力系統(tǒng)的傳輸效率，挽回了即將失去的經(jīng)濟(jì)損失。

4 有利于電能利用率的提高

在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展及工業(yè)化進(jìn)程加快的今天，用電量也呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，不過，如風(fēng)能、太陽能等新能源不能穩(wěn)定的長時間供電，對于能源的提供有一定限制。所以電力系統(tǒng)要不斷的提高電能的利用率，減少損耗，從而滿足人們對電能的要求。通過利用電力電子裝置，可以有效的提高電力系統(tǒng)電能的利用率。如用來補(bǔ)償電壓暫降的動態(tài)調(diào)壓裝置能夠有效的降低電壓對整個電力系統(tǒng)的損害并保證其能夠安全有效的運(yùn)行。

還有一種是用來控制電力系統(tǒng)的諧波的裝置，來減少因為諧波而產(chǎn)生的電能消耗。另外一類還能利用無功補(bǔ)償來減少電壓對線路和系統(tǒng)的擾動，進(jìn)而保證整個電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

5 智能化電力系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源的消耗，環(huán)境問題越來越為人們重視，環(huán)保理念逐步深入人心。在此趨勢下，電力系統(tǒng)也逐漸邁向節(jié)能化、智能化，電力電子裝置在此過程中起到了不可替代的作用。要構(gòu)建“智能電網(wǎng)系統(tǒng)”電力電子裝置的合理運(yùn)用是重中之重。通過電力電子裝置和自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠保證對某一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控，以便能夠進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間電能的雙向控制和流動。在用戶端，可以采用功率變換器來控制功率。電力系統(tǒng)的集成也要靠電力電子裝置來實(shí)現(xiàn)，通過集成使得通信系統(tǒng)和控制能夠很好的進(jìn)行協(xié)同，從而能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)進(jìn)行自動化的控制，來促進(jìn)電力系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，反過來又促進(jìn)相關(guān)電力電子裝置的發(fā)展進(jìn)度。

近幾年我國的經(jīng)濟(jì)取得了令人矚目的成就，工業(yè)化水平不斷加深，各個行業(yè)對電能的需求也逐漸提高，對相關(guān)電力系統(tǒng)的要求也越來越多。

目前我國的電力系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到世界的先進(jìn)水平，正向著自動化和智能化方向不斷發(fā)展，以滿足各地區(qū)、各行業(yè)對電能的各種需求。

而電力電子裝置在電力系統(tǒng)上的廣泛應(yīng)用也加速其完善和發(fā)展的速度。電力電子裝置已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中一個重要的組成部分。雖然我國的電力電子裝置制造行業(yè)起步較晚，但是近些年其發(fā)展的速度很快。

由于電力電子裝置的快速發(fā)展，對我國的電力系統(tǒng)起到了很大的促進(jìn)作用，作出了突出的貢獻(xiàn)，體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先是提高了電力系統(tǒng)的控制方法和效率，比如增加了模擬控制和數(shù)字控制技術(shù)等。

其次也體現(xiàn)在裝置方面上，增加了半控型裝置、全控型裝置、復(fù)合型裝置等相關(guān)裝置。

第三，促進(jìn)了關(guān)鍵技術(shù)的突破和應(yīng)用，優(yōu)化了硬件設(shè)計、軟件設(shè)計的環(huán)境和方法。

第四，在電能的輸送方式上也不斷改進(jìn)和增加，涵蓋了電纜傳輸、光纖傳輸?shù)取５覈碾娏ο到y(tǒng)也存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在創(chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用不夠、科技含量需要進(jìn)一步提高和智能化、自動化水平偏低等。

所以，要持續(xù)加強(qiáng)對電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用研究，確保將更多的先進(jìn)設(shè)備應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中去，來不斷發(fā)展我國的電力行業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)水平。

綜上所述，在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，能源問題越來越被人們所重視，相關(guān)行業(yè)也在快速的發(fā)展。電力系統(tǒng)已經(jīng)邁進(jìn)智能化和自動化的大門，那么電力電子裝置的開發(fā)與應(yīng)用就顯得更加重要。因此，要加大對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，設(shè)計制造出更多更加先進(jìn)、科學(xué)的電力電子裝置，以促進(jìn)電力系統(tǒng)和行業(yè)的發(fā)展，更好的服務(wù)于經(jīng)濟(jì)。

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