电力电子装置在电力系统中的应用研究

2016-01-02张永春吕香玲河南机电职业学院

电子制作 2016年22期

张永春吕香玲河南机电职业学院

电力电子装置在电力系统中的应用研究

张永春吕香玲河南机电职业学院

随着科技的进步，应用在电力系统中的设备和装置越来越先进，不断推动电力系统向信息化、智能化等方向发展。电力电子装置作为推动电力系统发展的重要设施，其能够实现可再生能源的并网发电、储能装置的功率转换、无功和谐波的动态补偿等，功能非常强大。本文主要分析了电力电子装置在电力系统中的应用范围，并针对电力电子装置在电力系统中的故障管理和可靠性进行了研究和探讨。

电力电子装置；电力系统；故障管理

随着全球可再生资源的不断消耗和气候环境的不断破坏，电力能源作为可再生清洁性能源受到人们的重视。随着电力电子装置在电力系统中的应用，进一步推动电力系统向智能化方向发展，如更加灵活的输电方式、配电智能化、用电智能化等，且还能够提高供电质量和可靠性[1]。电力电子装置在电力系统中应用比较广泛，对电力系统性能的改善效果非常显著，因此本文针对电力电子装置在电力系统中的应用范围和效果进行了探讨。

1.电力电子装置在电力系统中的应用范围

1.1 电力电子装置在发电环节中的应用

静止励磁技术与励磁机比较，调节速度更快、控制更加简单，能够显著提高发电的性能和效率，且还可以改善发电品质[2]。在水利发电机组中采用交流励磁技术，能够实现对水头压力和水流量的迅速调节，有效提高发电效率。变流器作为风力发电的核心，主要是利用整流器和逆变器将变化较大的风能转换为稳定的能力，而且随着变流器拓扑结构向多电平拓扑方向发展，实现降低线路损耗的作用，有效控制传输导线的成本，继而大力推动风力发电的开发和发展。光伏发电主要是利用太阳能进行费电，通过光伏阵列组建、滤波器、逆变器组等，实现无功补偿、动态电压补偿等。但在进行光伏电站的设计时，需要全面考虑光伏阵列的组合方式、逆变器的组合方式等。

1.2 电力电子装置在电能储存中的应用

电力系统储能技术主要是应对高峰负荷供电需求，起到缓解的作用，且可以提高电力设备的利用率和电力系统运行效率。常见的电能储存装置主要有抽水蓄能、压缩空气储能和电池储能等。其中通过对可调速抽水蓄能的应用，可以采用转子绕组励磁方式，即对转子励磁电流频率和复制的调整，实现抽水蓄能机组启动和运行模式的切换，能够保证在面对紧急事故备用、调频等出现多重作用。压缩空气储能主要是将电能以高压空气的形式储存起来，在后期用电高峰期时，将高压空气释放出来，驱动发电机发电[3]。电池储能主要是利用锂离子电池、钠硫电池和全钒液流电池等，采用小功率DC/DC变换器，实现电池模块的电流均衡。

1.3 电力电子装置在输电环节中的应用

常规直流输电主要采用晶闸管换流器、柔性直流输电采用全控器件换流器，但由于柔性直流输电具有有功功率可控、无功功率可控、可向无源负荷供电等优势，相对于常规直流输电而言，其在孤岛供电、城市供电等领域应用更加广泛，而且输出电压的谐波和畸变率更小。在水利发电、风力发电等可再生能源中，一般需要利用低频率进行发电和电能传输，起到降低输电线路电气距离、抑制线路电压波动等作用。固态变压器属于新型变压器，其能够针对电压或电流的幅值、相位、频率和形状等进行变换，能够进一步保障电力系统的稳定性。

1.4 电力电子装置在电能质量控制中的应用

动态无功补偿器能够对电力系统的功率振荡进行抑制、确保电压的稳定性，改善和解决负荷电压不平衡的问题。链式静止同步补偿器应用在电力系统中，可充分实现无功功率连续可调，且具有相应速度快、可靠性等优势。谐波治理装置主要是利用多重化技术、脉宽调制技术等，降低变流装置注入电网的谐波。此外应用电力滤波器、统一电能质量调节器等，有效减少谐波含量，提高设备利用率[4]。在一些企业中应用的中低压电力系统，如果出现电压暂降，则会导致设备损坏，而动态电压恢复器应用在电力系统中，能够有效对不平衡的电压暂降进行合理抑制。

2电力电子装置在电力系统的应用研究

2.1 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[5]。

2.2 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。

2.3 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。