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電力系統(tǒng)電力電子裝置探討論文
隨著社會科技發(fā)展對電力資源需求的不斷增加，電網(wǎng)互聯(lián)的規(guī)模進一步擴大，如何實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行的可靠性，成為電力工作者較為關注的問題。近年來，隨著自動化技術的發(fā)展，電力電子轉流技術及直流輸電技術被廣泛運用于電力系統(tǒng)中，對提高電力系統(tǒng)的可靠運行，改善電力系統(tǒng)的可控性等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。另外，電力電子裝置在發(fā)電、儲能、微型電網(wǎng)等方面的應用也促使了電力系統(tǒng)向可持續(xù)、智能化發(fā)展，實現(xiàn)了可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、交直流電網(wǎng)柔性互聯(lián)等。
1.電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)是能源利用、輸送以及配給的主要載體，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著至關重要的作用。近年來，隨著石油資源緊缺、環(huán)境不斷惡化，促使電力系統(tǒng)的規(guī)模化發(fā)展向環(huán)保、智能化、可持續(xù)化發(fā)展。目前，我國的電力系統(tǒng)轉型的主要特征表現(xiàn)為主干電網(wǎng)、微型電網(wǎng)及地方電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展，分布式電源與儲能裝置組合，電力資源輸送與分配智能化、靈活高效，電力系統(tǒng)的安全可靠性等。其中，可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電、儲能裝置的功率轉換等功能的實現(xiàn)需要靠電力電子裝置來完成，電力電子裝置的單元化、模塊化、智能化發(fā)展也促進了電力系統(tǒng)向智能化的轉變，保證了電力系用的運行可靠性，對于電力系統(tǒng)的發(fā)展具有至關重要的作用。
2.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應用
2.1在發(fā)電中的應用
電力電子裝置在電力系統(tǒng)發(fā)電環(huán)節(jié)中的具體應用主要表現(xiàn)在發(fā)電機組勵磁、風力發(fā)電、光伏發(fā)電等，具體如下：
（1）發(fā)電機組勵磁。發(fā)電機組采用靜止勵磁技術，該技術具有操控簡單、調節(jié)速度快優(yōu)點。例如，在水利發(fā)電中采用交流勵磁技術，對發(fā)電機組勵磁電流頻率進行動態(tài)調整，使發(fā)電系統(tǒng)對水頭壓力及水量進行快速調節(jié)，從而提高水利發(fā)電廠的運行性能及效率，整體提高了發(fā)電品質。
（2）風力發(fā)電。風力發(fā)電的核心環(huán)節(jié)是交流器，交流器的主要工作是把不受控制的風能轉化成電壓、頻率及相位滿足并網(wǎng)要求的電能。
�。�3）光伏發(fā)電。光伏電站是通過光伏陣列組件、匯流器、逆變器等對太陽能進行集中利用的結構。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)尚處于發(fā)展階段，建設過程中還需綜合考慮光伏陣列的、逆變器的組合方式等關鍵因素，以提高光伏發(fā)電效率。
2.2在電能存儲中的應用
電能存儲技術在電力系統(tǒng)應用中可以有效緩解高峰負荷供電需求，對提高現(xiàn)階段電力設備的使用率和電網(wǎng)的使用效率具有重要的作用。另一方面，也可以有效應對電力故障問題，在一定程度上提高電能質量與用電效率。
�。�1）壓縮空氣儲能：利用電網(wǎng)用電低谷剩余的電量驅動空氣壓縮機，將能量轉換為高壓空氣儲存起來；當電網(wǎng)用電負荷達到高峰時，將儲存的高壓空氣釋放出來，推動渦輪機組發(fā)電，在發(fā)電過程中，通過控制發(fā)電機的勵磁拓寬發(fā)電的范圍，從而有效提高發(fā)電機組的發(fā)電效率。
�。�2）抽水蓄能：即使用用電低谷富裕的電量驅動水泵，將低水位的水泵至高水位的水庫中，將電能轉換為水的勢能；當用電高峰時，在利用水的勢能推動水輪發(fā)電機組發(fā)電，向電網(wǎng)補充電能。在抽水蓄能過程中，利用機組中的轉子繞組勵磁方式可有效提高發(fā)電效率。
�。�3）電池儲能：即利用電網(wǎng)低谷的富裕電量對電池進行充電，到高峰負荷時向外發(fā)電的過程，通常采用鋰離子電池、鈉硫電池與全釩液流電池。在電池系統(tǒng)中，利用變換器實現(xiàn)電池充放電過程中的功率調節(jié)。
2.3在微型電網(wǎng)中的應用
微型電網(wǎng)是指由分布式電源、功率變換器、儲能裝置等組成的小型發(fā)電配電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中主要通過功率變換器進行調節(jié)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行，從而實現(xiàn)局部功率平衡與能量優(yōu)化。微型電網(wǎng)主要有直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)、交直流混合微電網(wǎng)等多種形式，其中交流微電網(wǎng)是目前的主流形式，其分布式電源、儲能裝置等通過電力電子裝置連接至交流母線，并利用PCC處開關的控制，從而實現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運行與孤島模式的轉換。
2.4在輸電環(huán)節(jié)中的應用
�。�1）直流輸電：直流輸電包括兩種主要輸電模式，常規(guī)直流輸電和柔性直流輸電。不同的方式以不同的換流器為基礎，其中常規(guī)直流輸電采用基于晶閘管作用下的換流器，柔性直流輸電采用基于全控器件的換流器。與常規(guī)直流輸電相比，柔性直流輸電的最大特點是采用了可關斷器件和高頻調制技術，具有可以獨立控制輸出有功功率和無功功率等優(yōu)勢。
�。�2）分頻輸電：即利用倍頻變壓器可以在較低頻率的條件下進行輸送電能，較高頻率下用電，極大降低了交流輸電線路距離，提高了系統(tǒng)傳輸能力。
�。�3）固態(tài)變壓器：又稱電力電子變壓器，可以對電壓的幅值、頻率、相數(shù)與形狀等特點進行交換，實現(xiàn)原方電流、副方電壓以及功率的靈活控制。固態(tài)變壓器在電力系統(tǒng)中的應用，可以有效改善電能質量、提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性與靈活性。
3.結語
電力資源對社會經(jīng)濟的發(fā)展有著至關重要的作用，而電力電子裝置在電力系統(tǒng)的發(fā)電、存儲電能、微型電網(wǎng)等方面的應用同樣起到不可忽視的作用。電力電子裝置的應用促進了電力系統(tǒng)轉型，可有效改善電力系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的長遠發(fā)展。
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