智能电网中的电力电子技术浅析

1、智能电网中的电力电子技术浅析的发展背景与趋势随着气候变化问题和能源供应安全问题愈来愈严峻，智能电网引起了很多国家政府的重视。 2009 年，美国奥巴马政府提出了应对金融危机、拉动经济复苏的一揽子计划，其中投入超过百亿美元的智能电网被认为是美国能源发展战略的重心。通过智能电网及相关产业发展。智能电网的发展与国情密切相关。我国地域广、人口多，区域经济社会发展差异大，能源资源分布不均衡，智能电网的建设必须结合自身实际，明确重点，分步实施。当前国家电网公司提出了建设 ”坚强智能电网 ”目标，认为智能电网是坚强网架与智能化的高度融合， 是包括发电、 输变电、配电、用电、调度自动化、通信等各个环节和各电压

2、等级的有机整体。根据国家电网公司提出的建设计划，2009 年至 2010年将重点开展智能电网发展规划工作，研究技术和管理标准； 2011 年至 2015 年则为全面建设阶段，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系；2016 年至 2020 年为引领提升阶段，全面建成统一的智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。至2020 年，国家电网公司用于坚强智能电网的总投资，累计将达26000 亿元。二、电力电子技术在智能电网中的应用领域1.输配电领域智能电网对电能质量和电网工作状况的稳定有较高要求。众所周知，这些要求的实现需要电力系统有无功补偿和谐波抑制技术的密切配合。而且许多更加新颖的电力电子装置还

3、在不断涌现，比如薄型交流变换器，超导无功补偿装置等。另外，在长距离、大容量输电时越来越多的国家倾向于采用直流输电方式，如我国的特高压直流输电线路建设，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀一般都采用晶闸管变流装置。类似这种基于电力电子技术的设备在输电网中的应用，可提高电网的输送容量和可靠性。在配电网系统，电力电子装置可用于防止电网瞬间停电、瞬时电压跌落、电压闪变等，以改善供电效果，进行电能质量控制。这些都与智能电网设计的预期功能十分吻合。2.电源领域电力电子装置提供给负载的是各种直流电源、恒频交流电源和变频交流电源。在智能电网中有许多实际应用，例如：变电所的操作屏 （使用交 /直流电源），蓄电池充电

4、 （使用直流电源），通信用程控交换机（高频开关电源），大型计算机、微型计算机（高频开关电源），其它电网用电子装置（直流电源、高频开关电源）。3.新能源与分布式发电领域电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种现代技术， 节能效果可达 10%-40% ，可以减少机电设备的体积并能够实现较佳工作效率。从价值链条分析，智能电网是由发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节组成的有机整体。作为智能电网建设的初衷，就是在保障电网安全稳定运行的前提下尽可能使清洁能源更多地上网，而智能调度则是解决这一问题的起点；随着清洁能源的调度上网，清洁能源不稳定的特性威胁着电网的安全，柔性交流输电技术则在这

5、一环节充当了保护电网安全运行的有效手段。 目前，半导体功率元器件向高压化、 大容量化发展，电力电子产业出现了以 SVC 为代表的柔性交流输电技术、 以高压直流输电为代表的新型超高压输电技术、以高压变频为代表的电气传动技术，以智能开关为代表的同步开断技术，以及以静止无功发生器、动态电压恢复器为代表的用户电力技术等。三、相关电力电子技术在智能电网中的具体应用1.柔性交流输电技术（FACTS ）柔性交流输电技术是新能源、清洁能源的大规模接入电网系统的关键技术之一，综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术而形成的用于灵活快速控制交流输电的新技术。FACTS 概念：应用大功率、 高性能的

6、电力电子元件制成可控的有功或无功电源以及电网的一次设备等，以实现对输电系统的电压、阻抗、相位角、功率、潮流等的灵活控制，将原基本不可控的电网变得可以全面控制。从而大大提高电力系统的高度灵活性和安全稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提高。静止无功补偿器，静止同步补偿器，晶闸管投切串联电容器，静止同步串联补偿器统一潮流控制器就是基于 FACTS 装置家族的成员。由于中国智能电网以特高压输变电为基础，且需要综合考虑新能源的接入、分布式能源的隔离等技术，以电力电子为主要特征的柔性输电系统需求增长迅速。由于中国智能电网以特高压输变电为基础，且需要综合考虑新能源的接入、分布式能源的隔离等技术，以电力电

7、子为主要特征的柔性输电系统需求增长迅速。将电力电子技术与现代控制技术相结合，通过对电力系统参数的连续调节控制，从而大幅降低输电损耗、提高输电线路输送能力和保证电力系统稳定水平。2.高压直流输电技术在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。在输电线路的送端，交流系统的交流电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压交流电变为高压直流电后送入直流输电线路。直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压交流电，再经过换流变压器将电能输送到交流系统。在直流输电系统中，通过控制换流器，可以使其工作于整流或逆变状态。轻型直流输电系统采用 GTO、 IGB

8、T 等可关断的器件组成换流器，使中型的直流输电工程在较短输送距离也具有竞争力。此外，可关断器件组成的换流器，还可用于向海上石油平台、海岛等孤立小系统供电，未来还可用于城市配电系统，接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。轻型直流输电系统更有助于解决清洁能源上网稳定性问题。我国高压直流输电技术在远距离输电中得到广泛应用，今后我国还将在大水电基地和大煤电基地的超远距离、大容量送出工程中继续大力发展和建设特高压直流输电工程。特高压输电具有电压等级高、输送距离远、输送容量大、可实现非同步联网等特点。3.电能质量技术电能质量技术在智能电网中的应用，首先要建立完善的电能质量评估方法与等级划分体系，并基于供用电

9、接口的经济性分析，分别建立内部技术等级评估体系与用户经济性评估体系， 建立与健全相关政策、 法规，实现智能电网的 ” 优质经济 ”运行。电能质量技术在智能电网中应用的主要技术包括电气化铁道平衡供电技术、自适应静止无功补偿技术、连续调谐滤波器关键技术、直流有源滤波器相关技术、统一电能质量控制器等。其中统一电能质量控制器能确保重要用户的电能质量，并能通过蓄电池的充放电调节用户在系统用电高峰期和低谷期的用电量，从而带来经济效益，在配电网中拥有广阔的应用前景。4.能量转换技术以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济是未来社会发展的方向，其核心之一就是能量转换技术的创新及应用。风能、太阳能等可再生能源的

10、利用已成为当今国际上能量转换技术的研究热点，我国现阶段主要集中在开发大规模风电场的并网技术，长期来看大范围光伏发电的可靠并网运行也将成为电网发展的方向。与国外相比，我国对能量转换技术的研究才刚刚起步，相关技术还有待进一步研究。能量转换技术在智能电网中应用的技术发展趋势是风能、太阳能等可再生能源的利用以及大规模间歇性电源与微网等并网运行。应用的关键技术包括大规模间歇式电源的能量转换技术、聚群功率调节器关键技术研究、规模化大电流充电技术、中压大功率风机变流器技术、抽水蓄能启动变频技术、轨道交通的能馈系统、电动汽车与电网能量双向转换技术等。四、结语在全球能源问题日益紧张的今天，智能电网的出现无疑将是一场引人瞩目和影响巨大的变革。智能电网是以先进的计算机、电子设备和电力开关器件为基础，通过引入通信、自动控制和其他信息技术，从实现对现有电力网络的改造，达到使电力系统更加经济、安全、高效和环保这