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      先進電力電子技術在智能電網(wǎng)中的應用

      2014-07-09 18:11:06鄭志廣
      科技創(chuàng)新與應用 2014年20期
      關鍵詞:電力電子技術智能電網(wǎng)

      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.

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