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(jìn)一步擴(kuò)大，如何實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，成為電力工作者較為關(guān)注的問題。近年來，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，電力電子轉(zhuǎn)流技術(shù)及直流輸電技術(shù)被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)中，對提高電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)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(yīng)用也促使了電力系統(tǒng)向可持續(xù)、智能化發(fā)展，實(shí)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(jì)發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)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(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)換等功能的實(shí)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(jìn)了電力系統(tǒng)向智能化的轉(zhuǎn)變，保證了電力系用的運(yùn)行可靠性，對于電力系統(tǒng)的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。
2.電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1在發(fā)電中的應(yīng)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(yīng)用主要表現(xiàn)在發(fā)電機(jī)組勵磁、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等，具體如下：
（1）發(fā)電機(jī)組勵磁。發(fā)電機(jī)組采用靜止勵磁技術(shù)，該技術(shù)具有操控簡單、調(diào)節(jié)速度快優(yōu)點(diǎn)。例如，在水利發(fā)電中采用交流勵磁技術(shù)，對發(fā)電機(jī)組勵磁電流頻率進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使發(fā)電系統(tǒng)對水頭壓力及水量進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，從而提高水利發(fā)電廠的運(yùn)行性能及效率，整體提高了發(fā)電品質(zhì)。
�。�2）風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)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(fēng)能轉(zhuǎn)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(jìn)行集中利用的結(jié)構(gòu)。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)尚處于發(fā)展階段，建設(shè)過程中還需綜合考慮光伏陣列的、逆變器的組合方式等關(guān)鍵因素，以提高光伏發(fā)電效率。
2.2在電能存儲中的應(yīng)用
電能存儲技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中可以有效緩解高峰負(fù)荷供電需求，對提高現(xiàn)階段電力設(shè)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(yīng)對電力故障問題，在一定程度上提高電能質(zhì)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(qū)動空氣壓縮機(jī)，將能量轉(zhuǎn)換為高壓空氣儲存起來；當(dāng)電網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)到高峰時，將儲存的高壓空氣釋放出來，推動渦輪機(jī)組發(fā)電，在發(fā)電過程中，通過控制發(fā)電機(jī)的勵磁拓寬發(fā)電的范圍，從而有效提高發(fā)電機(jī)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(qū)動水泵，將低水位的水泵至高水位的水庫中，將電能轉(zhuǎn)換為水的勢能；當(dāng)用電高峰時，在利用水的勢能推動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，向電網(wǎng)補(bǔ)充電能。在抽水蓄能過程中，利用機(jī)組中的轉(zhuǎn)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(jìn)行充電，到高峰負(fù)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(shí)現(xiàn)電池充放電過程中的功率調(diào)節(jié)。
2.3在微型電網(wǎng)中的應(yīng)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(jìn)行調(diào)節(jié)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行，從而實(shí)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(guān)的控制，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行與孤島模式的轉(zhuǎn)換。
2.4在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)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(chǔ)，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(diǎn)是采用了可關(guān)斷器件和高頻調(diào)制技術(shù)，具有可以獨(dú)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(jìn)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(diǎn)進(jìn)行交換，實(shí)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(yīng)用，可以有效改善電能質(zhì)量、提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性與靈活性。
3.結(jié)語
電力資源對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著至關(guān)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(yīng)用同樣起到不可忽視的作用。電力電子裝置的應(yīng)用促進(jìn)了電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，可有效改善電力系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展。
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