鄭志廣

摘 要：信息化、自動(dòng)化以及數(shù)字化是現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，電力電子是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的前提，它在智能電網(wǎng)的應(yīng)用既是電網(wǎng)技術(shù)的要求也是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，它制約著整個(gè)電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，同時(shí)影響電網(wǎng)輸出的電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性，文章簡(jiǎn)述電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹SVC和STATCOM的發(fā)展和應(yīng)用情況，以及它對(duì)電網(wǎng)的影響。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；智能電網(wǎng)；SVC；STATCOM

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)的用電量逐步加大，對(duì)電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性要求也越來(lái)越高，因此電網(wǎng)的建設(shè)面臨著前所未有的新挑戰(zhàn)。電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展需要先進(jìn)電力電子技術(shù)做鋪墊。因此對(duì)于先進(jìn)電力電子技術(shù)的研究對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的建設(shè)具有重要的意義，甚至對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都起到關(guān)鍵的作用。

1 智能電網(wǎng)對(duì)電力電子技術(shù)的要求

目前，電力電子技術(shù)雖然取得一定的進(jìn)步但是仍然存在諸多的問題。例如如何讓它實(shí)現(xiàn)最大的優(yōu)化控制改善電能的質(zhì)量、減小對(duì)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(gè)急需解決的問題，在安全的前提下才可以實(shí)現(xiàn)其他的應(yīng)用。我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)穩(wěn)定但是仍存在很多問題，需要提高電網(wǎng)建設(shè)的要求和利用先進(jìn)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(jì)的不斷發(fā)展，電力需求量也越來(lái)越大，大電網(wǎng)的建設(shè)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(huì)越來(lái)越復(fù)雜，我國(guó)地理地域遼闊氣候復(fù)雜，因此電網(wǎng)所面臨的條件很復(fù)雜，這就需要利用先進(jìn)的電力電子技術(shù)，采用先進(jìn)的電子裝置來(lái)調(diào)控電力系統(tǒng)，以增強(qiáng)電網(wǎng)的構(gòu)架，避免電網(wǎng)故障的擴(kuò)散，并增強(qiáng)電網(wǎng)的故障抵抗和故障恢復(fù)能力，這些問題都是可以通過先進(jìn)電力電子技術(shù)的應(yīng)用得到改善。

社會(huì)的進(jìn)步對(duì)電能的需求量變大同時(shí)對(duì)電能的質(zhì)量要求也是越來(lái)越高，輸出電能質(zhì)量如果達(dá)不到要求會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，帶來(lái)的損失也是不可估量的。先進(jìn)電力電子設(shè)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(jì)發(fā)展。

能源是整個(gè)人類社會(huì)存在與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定增長(zhǎng)的根本驅(qū)動(dòng)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(wú)污染、循環(huán)可再生為特點(diǎn)的太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)利用越來(lái)越受到世界各國(guó)的高度重視。我國(guó)雖然是當(dāng)今世界上最大的發(fā)展中國(guó)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(dāng)前正值經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、能源高消耗時(shí)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(jì)快速發(fā)展之間的矛盾較為突出。為了從根本上解決我國(guó)的能源問題，滿足經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)和社會(huì)和諧發(fā)展的需要，必須保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)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(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開發(fā)利用進(jìn)度。這些新能源的發(fā)對(duì)電力電子器件的要求更高。

2 先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

柔性交流輸電包括SVC和STATCOM，通過SVC進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)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(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償成為電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕椒?。靜止同步補(bǔ)償器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）是柔性交流輸電系統(tǒng)的核心裝置和技術(shù)之一。1976年，美國(guó)人L.Gyugyi第一次提出了它的概念，即利用半導(dǎo)體變流器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)睦碚?。通過對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，提高系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。與傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，STATCOM裝置能夠連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功，輸出諧波小，器件損耗低，運(yùn)行范圍寬，調(diào)節(jié)速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；其輸出電流在電網(wǎng)電壓低時(shí)不受影響，具有較硬的低壓無(wú)功功率特性；而且接入系統(tǒng)后不會(huì)改變系統(tǒng)阻抗特性引起振蕩。

近年來(lái)，世界上有很多學(xué)者都從事STATCOM裝置的研究工作，無(wú)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(shù)被應(yīng)用到STATCOM裝置中，以提高裝置容量和電壓等級(jí)，并通過現(xiàn)代控制技術(shù)，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，改善裝置輸出諧波。許多先進(jìn)的控制方法，例如遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)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(yīng)控制等被應(yīng)用到STATCOM裝置非線性特性的研究中。在世界上針對(duì)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(diǎn)。

世界各國(guó)對(duì)STATCOM的研究，STATCOM技術(shù)和應(yīng)用情況都取得了突破性的進(jìn)展?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、多重化、多電平和單相橋串聯(lián)等技術(shù)使STATCOM工作性能得到很大的提高。再加上先進(jìn)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(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。關(guān)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(guó)際上關(guān)于STATCOM的研究由來(lái)已久，日本是最先運(yùn)用STATCOM裝置的國(guó)家，緊接著美國(guó)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(tái)采用GTO進(jìn)行逆變的STATCOM，在1991年投入運(yùn)行取得很好的效果。之后的德國(guó)在1997年也研制出大型的STATCOM裝置并在丹麥的風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)行。我國(guó)雖然起步晚，但是發(fā)展速度極快，清華大學(xué)在1999年研制出20Mvar的STATCOM裝置，在2011年我國(guó)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(yùn)行取得良好的效果。從此我國(guó)成為能夠研制出大容量STATCOM裝置的國(guó)家之一，但是仍有許多不足之處有待改進(jìn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在文章里，分析了先進(jìn)電力電子對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響，它在電網(wǎng)建設(shè)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(duì)電力電子器件的要求，最后著重對(duì)STATCOM和SVC的發(fā)展進(jìn)行分析和比較，它們對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償有效的提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

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