智能電網(wǎng)中電力電子技術的應用

摘 要

科技的快速發(fā)展使先進的電力電子技術在智能電網(wǎng)中的得到了廣泛的應用。在此背景下，智能電網(wǎng)正逐漸向數(shù)字化、自動化、智能化方向發(fā)展。電力電子技術的在智能電網(wǎng)中的應用，使其運行變得更加高效合理，因此為了進一步促進智能電網(wǎng)的發(fā)展，加強對該內容的分析具有現(xiàn)實意義。

【關鍵詞】電力電子技術 智能電網(wǎng) 電網(wǎng)建設

先進的電力電子技術是智能電網(wǎng)建設與發(fā)展的基礎，并且對于整個電網(wǎng)的建設來說也有著重大意義。同時，隨著資源問題的日益加劇，電網(wǎng)的建設與發(fā)展也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。作為電力實業(yè)發(fā)展的關鍵任務，在智能電網(wǎng)建設過程要對電力電子技術進行充分利用，從而使其發(fā)展與現(xiàn)代社會相適應。

1 智能電網(wǎng)建設對電力電子技術的需求

1.1 確保電網(wǎng)設備運行的安全性

安全應用電力電子設備是目前智能電網(wǎng)在運行過程中必須要解決的一個問題。目前，我國的智能電網(wǎng)結構雖然相對來說比較穩(wěn)定，但是從實際情況來看仍然存在一定問題有待解決，因此需要合理提高電網(wǎng)建設標準，提高電網(wǎng)的輸出質量。特別是經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，人們對電力的需求量不斷提高，電網(wǎng)規(guī)模的擴大與建設成為了我國電力事業(yè)未來一段時間的主要發(fā)展方向，也就是說現(xiàn)代電網(wǎng)結構將會變得越來越復雜。此外，由于我國土地比較遼闊，氣候復雜，這也使得電網(wǎng)在建設過程中需要面臨更加復雜的環(huán)境，對這些問題的改善與解決都可以通過對電力電子技術的應用完成，通過對先進電力電子技術的合理應用，能夠完成對電力系統(tǒng)科學調控，優(yōu)化電網(wǎng)結構，提高電網(wǎng)在出現(xiàn)故障時的恢復能力，從而有效的防止了電網(wǎng)故障范圍的擴大，確保電網(wǎng)運行的安全性。

1.2 對資源配置進行合理優(yōu)化

隨著人們環(huán)保意識的逐步提高，人們加強了對能源問題的重視，在這背景下，無污染的能源的利用與開發(fā)得到了大力推廣。我國雖然有著豐富無污染能源，但是受人口自然因素等多方面的限制，能源開發(fā)起來難度較大，因此能源問題解決起來存在較大問題。這就要求我國在未來持續(xù)發(fā)展節(jié)能能源，而電能作為一種重要的節(jié)能能源得到了更多關注，加快電力電子技術在智能電網(wǎng)中的應用，可以提高電網(wǎng)運行的可靠性，實現(xiàn)遠距離電能傳輸，完成對資源合理配置與優(yōu)化，從而使我國能源短缺現(xiàn)象得到緩解。

1.3 保證電能質量得到保準要求

人們對電能質量的要求越來越高，在人們對電能需求量逐漸擴大的今天，如果電網(wǎng)所輸出的電能無法達到質量要求標準，整個電網(wǎng)的運行都會受到不良影響，將會直接降低經(jīng)濟效益和社會效益。由此可見，在智能電網(wǎng)運行過程中，必須加強對先進電力電子設備的應用，使智能電網(wǎng)中電能的質量能夠得到進一步提升。

2 智能電網(wǎng)中電力電子技術的應用

2.1 研究電力電子技術的關鍵內容

先進的電力電子技術主要分為電力器件的制造技術和電路的交流技術。在智能電網(wǎng)中所使用的電力電子器件主要作用是控制電路和變換電能，通常分為全控制、半控制、不可控制三種類型。其中半控制器件在具體應用過程中的主要優(yōu)勢在于其所能夠承受的電流和電容都最高，而全控制器件在實際應用過程中的安全性更高。智能電網(wǎng)通過電力電子器件完成對線路的控制與變換，通過信號發(fā)送的方式完成相應的調節(jié)工作。

2.2 SVC技術在智能電網(wǎng)中的應用

SVC是一種靈活的交流輸電裝置，其在智能電網(wǎng)中工具有許多作用，通過對其的合理應用，能夠實現(xiàn)對電網(wǎng)中電壓的調整，從而確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，同時也可以無功潮流提高系統(tǒng)輸送點的能力，使直流交流器能能夠得到無功功率的支持，使系統(tǒng)的節(jié)靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性都能夠得到進一步提升，同時還能使電力系統(tǒng)低頻振蕩阻尼得到提高。

從目前我國智能電網(wǎng)的運行情況來看，SVC技術是我國電網(wǎng)穩(wěn)定性，解決電網(wǎng)輸配電存在不足的一項關鍵技術，對其進行應用，具有無功補償和優(yōu)化潮流功能，并且能夠是電網(wǎng)中的電能質量得到改善，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

二十世紀八十年代初，我國引進了幾套SVC裝備電網(wǎng)，而直到2004年我國所研發(fā)的SVC示范工程在正式投入運行，這樣意味著我國已經(jīng)全面掌握了SVC電力系統(tǒng)的設計與制造技術。在此之后，我國智能電網(wǎng)在建設中加快了對SVC技術的應用與提高，并且從實際應用情況來看也取得了不錯的成績。

2.3 TCSC技術在智能電網(wǎng)中的應用

TCSC技術也就是可控串補技術，該技術包括了金屬氧化物限壓器、阻尼器、晶閘管閥、電容器，是一種相對較為靈活的交流輸電技術，其是以常規(guī)傳布技術為基礎發(fā)展而來的一項先進技術。利用TCSC能夠提高電力系統(tǒng)的輸送電力能力，與此同時能夠有起到抑制次同步諧振，降低電網(wǎng)運行過程中能量損耗的作用，從而實現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)的合理優(yōu)化。TCSC作為一種具有代表性的靈活交流輸電技術，發(fā)展方向就是先進電力電子技術的發(fā)展方向。TCSC能夠使電網(wǎng)的輸送能力得到大幅度提升，促進了我國智能電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展。

從二十世紀九十年代開始我，我國就開始了對TCSC技術的研究與分析，并于2004年成功了建成了我國的第一個220KV TCSC工程，這也標志著我國完全掌握了TCSC技術。

2.4 HVDC技術在智能電網(wǎng)中的應用

超過直流電技術在異步聯(lián)網(wǎng)、大容量遠距離輸電等多個方面都有較大優(yōu)勢，因此得到了廣泛的應用。從實際應用情況來看，采用特高壓直流輸電能夠有效的減少輸電走廊，降低系統(tǒng)在運行過程中的能源消耗，使送電的經(jīng)濟性能夠得到進一步提升，為解決我國能源分布不均現(xiàn)象提供良好的途徑。目前，我國具有多個超高壓直流輸電工程和多個直流背靠背工程。

2.5 柔性直流技術在智能電網(wǎng)中的應用

柔性直流技術VSC（電壓換流器）和IGBT（可關斷電力電子器件絕緣柵雙極晶體管）為核心，是新一代更為環(huán)保、靈活的直流輸電技術，其在智能電網(wǎng)中應用做具有的固定技術優(yōu)勢，能夠降低城市配電網(wǎng)在運行過程中所出現(xiàn)的短路情況，很好的解決了再生能源網(wǎng)難題。

柔性直流輸電系統(tǒng)中所應用的換流器在運行過程中采用的方式為自換相，在運行過程中能夠實現(xiàn)四象運行，并且能夠可以實現(xiàn)無功功率、有功功率等各個方面的獨立控制；這有利于構成不僅方潮流控制，而且具有較高可靠性的并聯(lián)多段直流輸電系統(tǒng)；在聯(lián)網(wǎng)中應用時，不會增加系統(tǒng)短路容量；各個換流站之間可以實現(xiàn)相互獨立控制，交流站之間不需要進行信息通信，變可以完成相應的操作。這些獨特的技術優(yōu)勢使其在分布式發(fā)電介入、城市電網(wǎng)連接等不同領域都發(fā)揮著積極作用。

我國為了貫徹可持續(xù)發(fā)展路線，目前正在大力推行風力發(fā)電廠，目前我國建設的風力發(fā)電廠已經(jīng)超過100個，裝機容量也已經(jīng)超過了10GW，并且已經(jīng)全部啟動。大規(guī)模風力并電網(wǎng)存在許多難以解決的難題，這對電網(wǎng)運行的安全性會產(chǎn)生不良影響。柔性直流輸電是解決大規(guī)模風電并網(wǎng)的一項有效手段。

近年來，我國裝機和電網(wǎng)需求的增長勻速，各個區(qū)域電網(wǎng)間的互聯(lián)需求也變得更強。電網(wǎng)互聯(lián)的組合要優(yōu)勢在于電能的動態(tài)有用功率和互濟都能夠得到支援，但是同時也會引起短路電流抄表，以及電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定性下降等諸多問題，動態(tài)穩(wěn)定是我國各大電網(wǎng)在運行過程中普遍存在的一種新問題，是電力系統(tǒng)在運行過程中容易出現(xiàn)的瓶頸。柔性直流輸電技術在智能電網(wǎng)中的應用，能夠解決大區(qū)域電網(wǎng)與周邊弱電網(wǎng)互聯(lián)、非同步電網(wǎng)在互聯(lián)過程中所遇到的各項問題，這符合我國智能電網(wǎng)在未來的發(fā)展需求。

國際上對與柔性直流輸電的研究無論在理論還是實踐上都比較深入，并且從研究成果來看取得了不錯的成績。我國對于柔性直流輸電技術的研究相對來說較晚，在2006年制定了《柔性直流輸電系統(tǒng)關鍵技術研究框架》，并且2010年完成了我國首個柔性直流輸電系統(tǒng)工程。圖1為工程的電氣主線圖。

目前，我國對柔性直流輸電項目的研究逐漸成熟，陸續(xù)也出現(xiàn)了許多柔性直流輸輸電工程，其中舟山傳統(tǒng)高壓直流輸電改造工程是一線比較具有代表性的工程，該工程在建設過程中的預計容量為100MW，而定的直流電壓大小為±100kV，傳輸線路通過海底電纜完成。

3 結束語

智能電網(wǎng)是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展主要發(fā)展方向，而在智能電網(wǎng)建設過程中對先進的電力電子技術進行應用已經(jīng)成為了智能電網(wǎng)在發(fā)展過程中的必然需求。但是，在應用電力電子技術的過程中，選用時不能對一套模式進行盲目使用，要依據(jù)智能電網(wǎng)的實際情況，對電力電子技術進行不斷的創(chuàng)新與改善。若在應用過程中，導致大量的能源枯竭，要對電網(wǎng)結構進行合理改善，避免資源浪費。此外，還需要針對環(huán)境問題，進行合理控制，在智能電網(wǎng)中盡量設置一些保護電網(wǎng)的措施，有效的避免電網(wǎng)在運行過程中出現(xiàn)漏電、斷電等情況。對于智能電網(wǎng)的應用前景來說，要對市場情況進行合理調研，合理應用通信技術，提高市場的活躍度，確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

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作者簡介

楊淑君（1976-），女，河南省許昌市人。大學本科學歷?，F(xiàn)為許繼電氣股份有限公司保護自動化系統(tǒng)公司設計員。

作者單位

許繼電氣股份有限公司保護自動化系統(tǒng)公司 河南省許昌市 461000