先進電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應用分析

李幫家

（杭州得誠電力科技股份有限公司，浙江 杭州 311121）

在當前的發(fā)展背景下，經(jīng)濟社會快速發(fā)展，各行各業(yè)的信息化、智能化水平在不斷地提升，電網(wǎng)的發(fā)展也面臨著諸多的挑戰(zhàn)與壓力，在信息科學技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了更為強大的技術(shù)支持。在目前的建設布局中，國家電網(wǎng)結(jié)合當前世界上的先進技術(shù)，協(xié)調(diào)各級電網(wǎng)的發(fā)展，推動我國電網(wǎng)建設朝著智能化、自動化的目標發(fā)展。從技術(shù)分類來看，靈活交流輸電技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、定制電力技術(shù)以及能量轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面的技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于我國的電網(wǎng)建設中，為我國電網(wǎng)智能化的發(fā)展提供了強大的助力，從長遠的角度來看，進一步推動先進電力電子技術(shù)在我國智能電網(wǎng)中的應用與發(fā)展，是保證我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定與健康運營的重要保證。

1.先進電力電子技術(shù)應用的重要性分析

1.1 保障電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性

智能電網(wǎng)的最大特點是具有智能化工作的優(yōu)勢，該系統(tǒng)是一個互動性較高的系統(tǒng)，在具體應用過程中，該電網(wǎng)系統(tǒng)能夠準確地把握用戶需求，對系統(tǒng)變化以及環(huán)境變更及時地做出反應，滿足不同用戶的不同需求。為了使得智能電網(wǎng)的這種功能運行更加流暢，因此，電力電子技術(shù)的應用就必不可少。從我國目前的實踐情況來看，我國的電力電子技術(shù)水平已經(jīng)得到了有效地提升，一些電力電子技術(shù)也得到了進一步創(chuàng)新發(fā)展，尤其是在HVDC、FACTS等領域已經(jīng)實現(xiàn)了技術(shù)方面的突破[1]，有效地提升了我國電網(wǎng)的輸電、配電能力，也大大地改善了我國電網(wǎng)的電能質(zhì)量。我們在看到我國電網(wǎng)建設可喜成就的同時，還應當正視我們的不足，我國的電網(wǎng)建設基礎性不強限制了我國電網(wǎng)的智能化發(fā)展，而且在某些領域中還有著需要提高的地方，從世界化的發(fā)展潮流來看，大電網(wǎng)互聯(lián)是未來智能化電網(wǎng)建設的主要方向，而從我國電網(wǎng)建設的情況來看，我國交直流互聯(lián)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設置將會呈現(xiàn)出日趨復雜的情況，在運行過程中的控制難度也會進一步加大，所以，從這個角度來說，將一些先進的電力電子裝置技術(shù)應用在電力系統(tǒng)中，可以有效地增強網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，保證電網(wǎng)的安全運行。

1.2 有效地利用可再生資源

隨著自然資源的逐漸枯竭，可再生資源的利用受到了社會各界人士的廣泛關(guān)注，相關(guān)的統(tǒng)計資料表明，我國的風能和光伏電源資源充足，具有非?？捎^的利用價值。但在實際使用的過程中，這些可再生資源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點，所以在利用過程中就對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性造成了非常不良的影響，而電力電子技術(shù)的應用則可以有效地保證這些可再生資源利用的穩(wěn)定性，同時保證其實現(xiàn)大規(guī)模、分布式以及遠距離式的輸出，從而使得電網(wǎng)對可再生資源具有更強的接納性和兼容性，實現(xiàn)對可再生資源的有效利用。

1.3 改善電能質(zhì)量與電力市場發(fā)展的關(guān)系

進入21世紀以來，電力作為一種基本生產(chǎn)資源參與到社會生活的方方面面，在經(jīng)濟社會中扮演了重要的角色，而且隨著各行各業(yè)與電力系統(tǒng)發(fā)展的逐漸依賴，人們對于電能的質(zhì)量要求也越來越高。如何提高電能資源的利用效率已經(jīng)成為當前電網(wǎng)建設與運行過程中需要重點關(guān)注的問題。而將電力電子技術(shù)應用在電網(wǎng)系統(tǒng)中，可以有效地提高電能的質(zhì)量，同時還能夠提升電網(wǎng)系統(tǒng)的配電效率，實現(xiàn)用戶與供電企業(yè)之間良好的交互，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、自動化發(fā)展[2]。

1.4 保障電網(wǎng)系統(tǒng)中電子裝置運行的穩(wěn)定性

電力電子技術(shù)的應用雖然已經(jīng)在很多方面展開，但是在可靠性以及經(jīng)濟性方面卻沒有得到有效地論證，而大量電力電子技術(shù)的應用會使用到大量的電子換流技術(shù)，這種技術(shù)的應用會在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生不穩(wěn)定的諧波，或者會引發(fā)同步諧振的問題，這也是電力電子和HVDC系統(tǒng)運行過程中所需要解決的主要問題之一[3]，此外，當前的仿真技術(shù)不足也進一步限制了我國目前電力電子技術(shù)的發(fā)展與完善，因此在未來的發(fā)展過程中，還需要在我國電網(wǎng)系統(tǒng)中建立統(tǒng)一的電力電子仿真平臺，從而提高電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.FACTS技術(shù)的應用分析

FACTS技術(shù)是電力電子技術(shù)中的重要組成部分，它主要指的是以電力電子設備為載體，結(jié)合當前的控制技術(shù)來實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)中交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的靈活控制，從而有效地提升輸電線路的輸送能力以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在FACTS技術(shù)中，SVC的應用進一步增強了智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從本質(zhì)上來說，SVC是一種靈活的交流輸電裝置，在系統(tǒng)的運行過程該裝置的應用可以對系統(tǒng)的電壓進行平衡與調(diào)節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時，SVC的應用還能夠提高電網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)的穩(wěn)定性，也能夠加強對系統(tǒng)低頻震蕩的阻尼[4]。隨著近些年電網(wǎng)建設的不斷深入發(fā)展，其他類型的FACTS技術(shù)也逐漸開始在智能電網(wǎng)中應用解決了電網(wǎng)建設過程中的一些現(xiàn)實問題，尤其是電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流超標、超高壓線路充電功率較高等問題的存在，則均需要全控型器件的FACTS裝置來實現(xiàn)調(diào)節(jié)。到目前為止，我國的FACTS技術(shù)已經(jīng)取得了技術(shù)性的突破，我國自主研發(fā)的首套500KV分級可控并聯(lián)電抗器也開始應用在電網(wǎng)系統(tǒng)之中，為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供了強有力的支持。

3.直流輸電技術(shù)的應用

直流輸電技術(shù)分為常規(guī)的HVDC技術(shù)和柔性直流技術(shù)，常規(guī)化的HVDC技術(shù)具有遠距離輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底電纜送電等方面的優(yōu)勢，近些年來已經(jīng)在電網(wǎng)建設過程中得到了充分地應用。而隨著特高壓直流輸電技術(shù)的應用更是節(jié)省了我國大量的輸電走廊，在電能的運輸過程中將系統(tǒng)的損耗降至最低，全面地提升了送電的經(jīng)濟性，有效地解決了我國目前東西部電力資源分布不均的問題，加強了電能資源的優(yōu)化配置。其次，柔性直流技術(shù)是一種以電壓源換流器和可關(guān)斷電力電子器件絕緣柵雙極晶體管為核心的、靈活環(huán)保的直流輸電技術(shù)。該技術(shù)的應用有效地解決了我國可再生資源的并網(wǎng)問題、壓降城市配電網(wǎng)短路電流、提高了海島供電的能力[5]。在具體的運行過程中，柔性直流輸電系統(tǒng)所使用到的換流器主要運用的是自換相的工作方式，可以實現(xiàn)四象限運行而且同時實現(xiàn)有功、無功功率的獨立控制，在電網(wǎng)系統(tǒng)中可以依托該技術(shù)構(gòu)成既能夠方便控制潮流又能夠具有較高的可靠性的并聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，所以，這些技術(shù)的典型優(yōu)勢加大了柔性直流技術(shù)的應用，尤其是在一些偏遠的地區(qū)，孤立負荷地區(qū)中的應用有著良好的效果。通過上文的分析我們可以看出，加強各個區(qū)域之間電網(wǎng)之間的互聯(lián)已經(jīng)是未來電網(wǎng)建設的發(fā)展方向，電網(wǎng)之間的互通互聯(lián)可以實現(xiàn)電能之間的互濟和動態(tài)有功功率的支援，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)平衡穩(wěn)定。

表1 我國某變電站柔性直流換流器主要技術(shù)參數(shù)

4.電能質(zhì)量技術(shù)的應用

在國際研究領域中，電能質(zhì)量技術(shù)一直以來都是各國技術(shù)人員重點攻克的對象。在目前的應用過程中，電能質(zhì)量技術(shù)的應用需要在電網(wǎng)系統(tǒng)中建立完善的電能質(zhì)量評估方法以及等級的劃分體系，然后結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)的實際運行特點從供電使用的接口進行經(jīng)濟性的分析，對內(nèi)和對外建立起內(nèi)部技術(shù)等級評估體系與用戶經(jīng)濟性評估體系，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)在運行的過程中能夠保持最優(yōu)化的經(jīng)濟方式運行。在目前我國電網(wǎng)系統(tǒng)的運行過程中，電能質(zhì)量技術(shù)主要有電氣化鐵道平衡供電技術(shù)、連續(xù)調(diào)諧波濾波器關(guān)鍵技術(shù)、直流有源濾波器相關(guān)技術(shù)等，而且在我國大多數(shù)的電網(wǎng)建設中，統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器也基本上被應用，該設備能夠?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)中的重要用戶的電能質(zhì)量進行保護，而且還在線路中加裝了蓄電池來實現(xiàn)電量的充放電過程，這樣可以對電網(wǎng)的供電情況進行有效地調(diào)節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的良好經(jīng)濟效益。

5.能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的應用

在未來的發(fā)展過程中，可持續(xù)發(fā)展觀念已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的主要指導思想，在電網(wǎng)建設過程中也應當嚴格地遵循這一思想，保證能源的節(jié)約與充分利用。在可持續(xù)性的發(fā)展理念中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新是其最主要的核心內(nèi)容之一，太陽能、生物能、光能等利用是當前能量轉(zhuǎn)換領域中研究的重點，我國一直以來對這些領域也進行了深入的研究，到目前為止，風力發(fā)電機組變流器控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應用各種風力發(fā)電廠之中，在目前的研究領域中，我國主要集中力量來研究風電場的并網(wǎng)技術(shù)，與國外的研究成果相比，我國有關(guān)于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究依然還處于初級階段中，一些技術(shù)方面的論證還需要繼續(xù)進行。

在電網(wǎng)建設過程中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)在風能、太陽能等可再生資源的利用以及大規(guī)模間歇性電源與微網(wǎng)等需要實現(xiàn)并網(wǎng)運行，因此，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)也必須實現(xiàn)該領域中的應用，同時建立起合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，從而有效地提升太陽能、風能等可再生資源的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，在我國電力系統(tǒng)中構(gòu)建出堅強的實體電網(wǎng)，進一步地優(yōu)化電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力。

6.結(jié)語

在當前的電網(wǎng)系統(tǒng)建設過程中，電網(wǎng)建設的智能化、自動化發(fā)展已經(jīng)成為當前電力企業(yè)發(fā)展的主要目標，也是未來電力企業(yè)發(fā)展的主要方向，在自然資源日益枯竭的現(xiàn)代社會中，智能電網(wǎng)的建設可以解決大量的電能資源，實現(xiàn)良好的可持續(xù)性發(fā)展觀念，其中，電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)建設過程中起到了非常重要的作用，先進的電力電子技術(shù)應用可以進一步地強化電網(wǎng)的運行，從而使得電網(wǎng)更加穩(wěn)定與安全，實現(xiàn)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善。從長遠發(fā)展的角度來說，先進電力電子技術(shù)的應用是建設我國智能化電網(wǎng)的關(guān)鍵手段與重要方法，在未來的發(fā)展過程中我們要進一步發(fā)展電力電子技術(shù)，加強其應用與進步，從而推動我國電網(wǎng)的長遠發(fā)展。