电力电子装置及系统概述
张密李静怡牟书丹李子君
0 引言
在电力系统中，许多功能的实现都需要靠电力电子装置来完成。

比如说可再生能源的并网发电、无功和谐波的动态补偿、储能装置的功率转换、配用电能的双向流动、交直流电网的柔性互联等。

随着科技的日益发展，大功率、高电压电力电子器件的发展，变换器单元化、模块化以及智能化水平的提高，控制策略和调制策略性能的提升，电力电子装置在电力系统中的作用会越来越大。

1 电力电子装置及系统的概念
电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。

电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统，其基本组成如图所示。

它是通过弱电控制强电实现其功能的。

控制系统根据运行指令和输入、输出的各种状态，产生控制信号，用来驱动对应的开关器件，完成其特定功能。

2 电力电子装置的主要类型
电力电子装置的种类繁多，根据电能转换形式的不同，基本上可以分为5大类：交流-直流变换器（AC/DC）、直流-交流变换器（DC/AC）、直流-直流变换器（DC/DC）、交流-交流变换器（AC/AC）和电力电子静态开关。

1.AC/DC变换器
AC/DC变换器又称整流器。

用于将交流电能变换为直流电能。

2.DC/DC变换器
DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流电能。

采用PWM 控制的DC/DC变换器也称直流斩波器，主要用于直流电机驱动和开关电源。

3.DC/AC变换器
DC/AC变换器又称逆变器。

用于将直流电能变换为交流电能。

根据输出电压及频率的变化情况，可分为恒压恒频（CVCF）及变压变频（VVVF）两类，前者用作稳压电源，后者用于交流电动机变频调速系统。

4.AC/AC变换器
AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的直流电能。

输入和输出频率相同的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变换器或变频器。

5.静态开关
静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开关。

根据需要，以上各类变换可以组合应用。

此外，各类变换器正在向模块化发展，可方便地组成不同功率等级的变换器。

3 电力电子装置的应用概况
3.1发电阶段中的应用
（1）发电机组励磁。

大型发电机组应用静止励磁技术，与励磁机相比，具有调节速度快、控制简单的特点，显著提高了发电厂的运行性能和效率。

（2）风力发电。

变流器是风力发电中不可或缺的核心环节。

风电变流器通过整流器和逆变器将不稳定的风能变换为电压、频率和相位符合并网要求的电能。

（3）光伏电站。

大型光伏电站由光伏阵列组件、汇流器、逆变器组、滤波器和升压变压器构成，是大规模集中利用太阳能的有效方式。

3.2电能存储
（1）抽水储能装置
抽水储能通过实现电力功率方面的转换，来实现电力供能备用紧急能源、调峰填谷等不同的作用，电力功率实现转换的主要方法是利用抽水蓄能机组励磁电流幅值与频率的转换。

（2）电池储能装置
目前在电池储能装置方面，能够把利用任意发电装置生产出来的电力资源储存到电池中，转变为电池装置中的电能。

电力电子装置的有效利用，能够得到损耗最小化、储能最优化的储能系统。

（3）压缩空气储能装置
压缩空气储能装置是风力发电所用的电力电子装置。

在空气压缩过程中，通过采用变频驱动技术可以大幅度调整电网负荷并提高空气压缩效率；在发电过程中，通过采用控制发电机的励磁可以拓宽储气系统的发电运行范围和发电效率。

3.3输电阶段中的应用
在输电领域，电力系统如果想要低损耗、高容量、长距离地传输电力，必须要有电力电子装置的协助，利用变流器、换流器等降低电能损耗，才能实现高效的电力传输。

3.4有利于电能利用率的提高
（1）无功补偿。

采用动态无功补偿器对抑制系统功率振荡、保持母线电压稳定、解决负荷电压闪变和不平衡等问题有重要作用。

（2）谐波治理。

谐波治理分为从谐波源本身出发抑制谐波的主动谐波治理和增加额外谐波治理装置的被动谐波治理。

（3）电压暂降抑制。

动态电压恢复器（DVR）是一种基于电压源逆变技术的串联型电能质量控制器，可以动态补偿正序、负序和零序电压，抑制不平衡的电压暂降。

4 电力电子装置的发展前景
电力电子装置在电力系统中的应用十分广泛，也是电力系统中的重要组成部分之一，电力电子装置在我国的起步较晚，但是发展却非常迅速。

同时，电力电子装置的快速发展与改善，对促进我国电力系统的发展作出了突出贡献，主要表现在以下几个方面：第一，体现在控制方法方面，模拟控制→数字控制；第二，体现在装置方面，半控型装置→全控型装置→复合型装置；第三，体现在关键技术壁垒方面，硬件设计→软件设计；第四，体现在电能传输介质方面，电缆传输→光纤传输等等。

5 结语
综上所述，随着能源消耗问题与环境污染问题的日趋尖锐，节能环保理念深入人心，在这样的背景下，电力系统逐渐向着智能化、可持续发展的方向转型，电力电子装置在电力系统中的合理、有效应用显得非常重要。

因此，应当加强对电力电子装置与电力系统的进一步研究，将更多。