电力电子装置在电力系统中的应用

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1、电力电子装置在电力系统中的应用　　中图分类号：TM764：1009-2374（2016）16-0045-02DOI：10.13535/j.ki.11-4406/n.2016.16.021　　电力系统负责电力资源的分配、规划、输送、电力安全等工作，社会科技的发展对电力资源的需求逐渐增加，这需要电力系统在新时期不断做出科学的调整，配合社会需求。石油资源紧缺与自然环境的危机促使国家对电力系统提出坚持可持续发展的要求，需要电力系统做出智能化、可持续发展方向的调整。一套科学可靠的电力系统改革措施对现代电力事业的发展有着极为重要的作用。　　1电力系统发展状态　　电力资源

2、是社会资源中不可或缺的一部分，电力系统在社会发展中的作用是无可替代的。电力系统的出现是基于对电力资源合理的规划与分配，随着社会不断的发展，电力系统正在做着同步发展。社会可利用资源包括电力资源、水利资源、石油资源等，近年来石油资源出现紧缺、水资源紧张，环境也出现不断恶化的现象，要求电力资源在发展的过程中向环保、可持续方向发展。目前我国电力系统的发展转变主要是主干电网、微型电网及地方电网的协调发展形势，形成分布式电源与储能装置组合的结构，通过相对灵活的方式输送与分配电力资源，逐步向智能化靠拢，提升电力系统的安全可靠性，确保供电的安全。除稳定的发展外，同时积极地研

3、究与外部电气设备的结合效果，其中效果较为显著的是对电力电子装置的研究，对于电力系统的发展有着极为重要的作用。　　2电力电子系统的研究分析　　2.1可靠性分析　　对电力电子系统的可靠性研究直接影响到电力电子装置的开发、使用与管理。对于可靠性的研究结果，可直接用于装置设计时对技术合理性的判断，同时也可以用于不同拓扑结构、控制结构可靠性的标准指标。准确的可靠性测试评估也可以为系统的实施、维护与管理提供重要依据。电力电子装置的可靠性评定可以通过系统层面进行建模。系统层面可靠性模型主要分为累加模型、组合模型、状态模型。对复杂的系统进行分解，分为分支子系统，从子系统可靠

4、性模型进行电力电子装置的可靠性分析。分析的结果直接决定了是否要对电力电子装置进行调整。　　2.2应对故障方向分析　　无论科技多么发达，应对问题措施多么完全，电力运行中故障仍是不可避免的。在电力运行的重要位置中，一旦电力电子装置出现故障将会造成严重的经济损失。在运行的装置与可离线维修的装置可进行热管理，使故障发生频率得到降低。在子系统出现问题时，电力电子装置拥有容错运行性能，可改变调制策略或改变控制方向，将出现故障的位置隔离，避免整体装置承担风险。容错运行主要包括两个方向，即降级运行与准正常运行方式：降级运行是使用变换器的冗余性能，如装置中出现的问题在可容纳范

5、围内，仍可以实现其主要功能。降级运行操作方式相对简单，对成本的要求也相对较低；准正常运行是将冗余性能增加了功率器件，使其装置在出现故障时仍能继续实现自身功能。　　2.3硬件回路仿真分析　　电力电子装置在设计中需要涉及到硬件、软件及测试等多个步骤。电力电子装置系统的半实物仿真指的是，硬件在回路仿真技术可提升系统的设计与有效性验证速度，可仿照不同运行工况，实现故障模拟与随时取得任意信号。与电力系统中半实物仿真的区别是，电力电子仿真中必须能在超低延迟计算中才可以确切地模拟硬件动态。而FPGA技术具有超低延迟计算的优势，极大地提升了模拟计算的速度，目前已经成为电力电

6、子系统半实物仿真过程的最佳选择。FPGA技术的有效实施主要受制于电力电子系统的模型。现在发展的仿真过程中，功率元件使用的是理想开关模型与开关函数模型两种方式。功率器件模型作为其基础，搭建变化器系统的离散式模型。由于变化器系统的非线性特征与开关特征，离散化方程的计算方式需符合变换器非线性与功率器件的需求。　　2.4标准模块整合分析　　电力电子标准模块的意义是将功率器件、门极驱动电路、可编程处理器与其相关元件集中至同一模块中，使该模块同时兼具预定功能与标准软硬件接口。电力电子标准模块在一定程度上缩小了电力电子装置的成本、损耗与体积。现阶段标准模块集成的主要方式包

7、括硅片集成、封装集成与三维集成三种。硅片集成与封装集成不适合过大电流的场合的高功率变换器使用。三维集成方式可提升模块空间利用率与变换器的功率密度。　　3电力电子在电力系统中的应用状态　　3.1在发电工作中的应用　　电力电子在电力系统发电环节中的应用主要体现在三个方面：（1）发电机组励磁：大型的发电机组多使用静置励磁技术，此技术相对调节速度快、操控方便。水利发电机组常使用交流励磁技术，将励磁电流频率进行动态调整，使发电系统加快对水头压力及水量的调整，整体提高了发电质量；（2）风力发电：风力发电的主要步骤是变流器的工作。风力变流器使用整流器设备使不受控制的风能转

8、化成电压与可使用电能。后期变流器的不断发展使其性能极