先進電力電子技術在智能電網(wǎng)中的應用

鄭志廣

摘 要：信息化、自動化以及數(shù)字化是現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，電力電子是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的前提，它在智能電網(wǎng)的應用既是電網(wǎng)技術的要求也是市場經(jīng)濟發(fā)展的需求，它制約著整個電網(wǎng)的技術發(fā)展，同時影響電網(wǎng)輸出的電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性，文章簡述電力電子技術在智能電網(wǎng)的應用，重點介紹SVC和STATCOM的發(fā)展和應用情況，以及它對電網(wǎng)的影響。

關鍵詞：電力電子技術；智能電網(wǎng)；SVC；STATCOM

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，我國的用電量逐步加大，對電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性要求也越來越高，因此電網(wǎng)的建設面臨著前所未有的新挑戰(zhàn)。電網(wǎng)的建設和發(fā)展需要先進電力電子技術做鋪墊。因此對于先進電力電子技術的研究對整個電網(wǎng)的建設具有重要的意義，甚至對我國經(jīng)濟的發(fā)展都起到關鍵的作用。

1 智能電網(wǎng)對電力電子技術的要求

目前，電力電子技術雖然取得一定的進步但是仍然存在諸多的問題。例如如何讓它實現(xiàn)最大的優(yōu)化控制改善電能的質(zhì)量、減小對電網(wǎng)的污染，這都是需要解決的問題。安全使用電力電子器件是另一個急需解決的問題，在安全的前提下才可以實現(xiàn)其他的應用。我國的電網(wǎng)建設和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然相對穩(wěn)定但是仍存在很多問題，需要提高電網(wǎng)建設的要求和利用先進電力電子器件提高電網(wǎng)輸出電能的質(zhì)量。而隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力需求量也越來越大，大電網(wǎng)的建設必然是今后電力事業(yè)發(fā)展的方向，這也就意味著電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也會越來越復雜，我國地理地域遼闊氣候復雜，因此電網(wǎng)所面臨的條件很復雜，這就需要利用先進的電力電子技術，采用先進的電子裝置來調(diào)控電力系統(tǒng)，以增強電網(wǎng)的構(gòu)架，避免電網(wǎng)故障的擴散，并增強電網(wǎng)的故障抵抗和故障恢復能力，這些問題都是可以通過先進電力電子技術的應用得到改善。

社會的進步對電能的需求量變大同時對電能的質(zhì)量要求也是越來越高，輸出電能質(zhì)量如果達不到要求會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，帶來的損失也是不可估量的。先進電力電子設備可以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，大大的提高輸電效率和經(jīng)濟發(fā)展。

能源是整個人類社會存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎，更是經(jīng)濟快速穩(wěn)定增長的根本驅(qū)動力。隨著常規(guī)化石能源的不斷消耗以及生態(tài)平衡、環(huán)境污染等能源安全問題的日益突出，以清潔無污染、循環(huán)可再生為特點的太陽能、風能、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)利用越來越受到世界各國的高度重視。我國雖然是當今世界上最大的發(fā)展中國家，能源資源總量豐富，但是資源分布不均衡，開發(fā)利用難度較大，且人均擁有量較低。當前正值經(jīng)濟飛速發(fā)展、能源高消耗時期，以常規(guī)化石能源為主要能源造成的環(huán)境污染問題與經(jīng)濟快速發(fā)展之間的矛盾較為突出。為了從根本上解決我國的能源問題，滿足經(jīng)濟穩(wěn)定增長和社會和諧發(fā)展的需要，必須保護生態(tài)環(huán)境，實行能源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。一方面要大力提高能源利用效率，另一方面則是加快風能、太陽能等新能源的開發(fā)利用進度。這些新能源的發(fā)對電力電子器件的要求更高。

2 先進電力電子技術在智能電網(wǎng)中的應用

柔性交流輸電包括SVC和STATCOM，通過SVC進行無功補償?shù)碾妷狠敵鲋C波大、基波損耗高、占地面積較大，因此，用STATCOM進行無功補償成為電力系統(tǒng)無功補償?shù)闹饕椒?。靜止同步補償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）是柔性交流輸電系統(tǒng)的核心裝置和技術之一。1976年，美國人L.Gyugyi第一次提出了它的概念，即利用半導體變流器進行無功補償?shù)睦碚?。通過對系統(tǒng)無功功率實現(xiàn)動態(tài)無功補償，提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)運行安全，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。與傳統(tǒng)的無功補償裝置相比，STATCOM裝置能夠連續(xù)調(diào)節(jié)無功，輸出諧波小，器件損耗低，運行范圍寬，調(diào)節(jié)速度快，可靠性高等優(yōu)點；其輸出電流在電網(wǎng)電壓低時不受影響，具有較硬的低壓無功功率特性；而且接入系統(tǒng)后不會改變系統(tǒng)阻抗特性引起振蕩。

近年來，世界上有很多學者都從事STATCOM裝置的研究工作，無論是裝置容量還是產(chǎn)品性能都有了很大的提高。新型電力電子器件（如：IGBT、GTO、IGCT等）、多重化、多電平和單相橋串聯(lián)等技術被應用到STATCOM裝置中，以提高裝置容量和電壓等級，并通過現(xiàn)代控制技術，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，改善裝置輸出諧波。許多先進的控制方法，例如遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制、模糊控制、比例積分（PI）控制、微分代數(shù)控制、魯棒性自適應控制等被應用到STATCOM裝置非線性特性的研究中。在世界上針對STATCOM裝置的研究工作中，STATCOM裝置的仿真建模及其控制方法研究始終是重點。

世界各國對STATCOM的研究，STATCOM技術和應用情況都取得了突破性的進展。現(xiàn)代電力電子技術、多重化、多電平和單相橋串聯(lián)等技術使STATCOM工作性能得到很大的提高。再加上先進控制方法的加入更提高了STATCOM工作的穩(wěn)定性，使之在電力系統(tǒng)領域的應用更加廣泛。關于STATCOM的研究有很多問題，但是最重要的還是它的建模和控制問題，這將直接影響著STATCOM的整體性能。

國際上關于STATCOM的研究由來已久，日本是最先運用STATCOM裝置的國家，緊接著美國也在STATCOM的研究上取得成功，并和日本聯(lián)合研制了世界上第一臺采用GTO進行逆變的STATCOM，在1991年投入運行取得很好的效果。之后的德國在1997年也研制出大型的STATCOM裝置并在丹麥的風電場投入運行。我國雖然起步晚，但是發(fā)展速度極快，清華大學在1999年研制出20Mvar的STATCOM裝置，在2011年我國南方電網(wǎng)研究出世界上最大容量的STATCOM裝置，并在東莞投入運行取得良好的效果。從此我國成為能夠研制出大容量STATCOM裝置的國家之一，但是仍有許多不足之處有待改進。

3 結(jié)束語

在文章里，分析了先進電力電子對整個電網(wǎng)的影響，它在電網(wǎng)建設中的重要性，然后介紹了電網(wǎng)的發(fā)展和電能質(zhì)量的提高對電力電子器件的要求，最后著重對STATCOM和SVC的發(fā)展進行分析和比較，它們對電網(wǎng)的無功補償有效的提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

參考文獻

[1]劉振亞.大力發(fā)展特高壓技術，推動能源利用方式創(chuàng)新與變革[J]. 電力自動化設備，2009，29（6）：130-133.

[2]張文亮，劉壯志，王俊明.智能電網(wǎng)的研究進展及發(fā)展趨勢[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]陳樹勇，宋書芳.智能電網(wǎng)技術綜述[J].電網(wǎng)技術，2005，22（2）：89-94.

[4]劉曉，陳曉寧，高成，等.電力系統(tǒng)分析[J].科技創(chuàng)新導報，2008（15）： 4-6.