先进电力电子技术在智能电网中的应用(2)

发布时间：2021-06-07

2 中国电机工程学报第30卷

我国极端自然灾害频发，极端外部灾害事件会对大电网安全可靠运行造成灾难性损害。在此情况下，先进电力电子装置作为重要的系统调控手段，可以用来调节输配电网的潮流分配，增强网架结构，抑制电网故障的传播，并提升电网在各种故障下的“自愈”能力，从而提高我国大电网安全稳定运行水平，更好地支撑经济社会发展。

1.2 在促进可再生能源有效利用方面的需求

我国陆上风能和光伏发电资源主要分布在东北、华北、西北地区，到2020年风电将达到100~ 150 GW、光伏发电达到20 GW规模，其中风力发电将集中开发若干千万千瓦级基地，太阳能光伏发电则呈现分散接入和规模开发并举的特点。大规模、分散性的可再生能源所固有的间歇性、不确定性等问题，对电网的安全稳定运行提出了更高的要求。通过智能电网的建设，来实现可预测、可控制的可再生能源发电调度与控制，是促进可再生能源发展的前提。这主要是通过使用先进的电力电子技术，来保证可再生能源发电的大规模、分布式接入和远距离送出，使电网对可再生能源具有容纳性和适应性，从而为提高清洁能源比重、有效应对全球气候变化带来的挑战打下坚强基础。

1.3 在改善电网电能质量与电力市场方面的需求

随着经济社会的不断发展和科学技术的全面进步，社会工业水平日益提高，电能质量问题越来越受到重视。大规模风电场、光伏发电站和微型电网等并网与电铁的挂网运行都对电能质量造成了较大影响。相关统计数据表明，美国每年由电能质量造成的损失高达上千亿美元[6]。同时，随着用户参与电力市场的程度越来越深入，供电方与用户之间的联系越来越密切，如何提高能源利用效率，是双方都非常关注的问题。使用电力电子技术和装置

来治理电网电能质量，并同时提升电网的配电效率和用户与供电方之间的交互，实现优质、高效的电力供应，是智能化电网发展的一个重要方面。 1.4 在保障电网电力电子装置可靠性方面的需求

电力电子技术在电力系统中的应用已经取得了较大进展，但是现阶段还没有健全的大规模应用电力电子装置的可靠性、经济性评估体系。如何评价大规模应用电力电子装置时的电网适应性与电力电子装置带来的经济效益成为一个亟待解决的问题。安全使用电力电子技术是智能电网的重要课题，由于大量采用电力电子换流技术，所以在系统中发生了谐波不稳定和同步电机自激扭振或次同步谐振问题，这是电力电子和HVDC系统的关键问题之一，国内也已开始了相关的研究工作[7]。此外，现有仿真技术的不足也限制了电力电子技术的发展，必须建立电力电子统一仿真平台，深层次挖掘电力电子装置在电网中的特性，保障电力电子装置的可靠性，提高电力系统可靠性。 1.5 在节能减排技术研究方面的需求

国家电监会、国家发展和改革委员会、国家能源局对2008年全国电力企业节能减排工作的监督检查结果表明，电力企业节能减排是一项长期的、艰巨的工作[8]。随着国家对清洁能源的需求不断增大、对环境的要求越来越高，必须通过电力电子技术的跨越式发展来解决变流器技术这一瓶颈，通过应用可靠性高的电力电子装置来提高现有输电线路的输送能力，通过研制超级电容而推广混合动力汽车、电动汽车的应用。

2 先进电力电子技术的研究方向和发展预期

未来20年，先进电力电子技术的技术发展路线如表1所示。

表1 先进电力电子技术的发展路线图

Tab. 1 Development routine chart for advanced power electronics

电力电子技术 2010年 2020年 2030年

全面突破常规直流输电关键技术问题；实现直流联网及特高压直流输电核心装置的建立基于智能电网的直流输电体系，

直流实现百兆级柔性直流输电工程示范；提出目主知识产权；柔性直流输电系统的技术成熟并在直流输电技术领域发挥引领作用。输电技术新型直流输电的构想。在全国范围内推广应用，新型直流输电进入试验

阶段。

实现特高压电网中可控串补、可控电抗完成新型FACTS装置在智能电网中的广泛电力电子技术及其产品实现模块

灵活

器等典型装置的工程示范；完成现有应用；实现FACTS技术本身及其应用的智能化化、单元化、智能化，建立完整的系

交流输电技术