李幫家

（杭州得誠電力科技股份有限公司，浙江 杭州 311121）

在當(dāng)前的發(fā)展背景下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，各行各業(yè)的信息化、智能化水平在不斷地提升，電網(wǎng)的發(fā)展也面臨著諸多的挑戰(zhàn)與壓力，在信息科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了更為強(qiáng)大的技術(shù)支持。在目前的建設(shè)布局中，國家電網(wǎng)結(jié)合當(dāng)前世界上的先進(jìn)技術(shù)，協(xié)調(diào)各級(jí)電網(wǎng)的發(fā)展，推動(dòng)我國電網(wǎng)建設(shè)朝著智能化、自動(dòng)化的目標(biāo)發(fā)展。從技術(shù)分類來看，靈活交流輸電技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、定制電力技術(shù)以及能量轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面的技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于我國的電網(wǎng)建設(shè)中，為我國電網(wǎng)智能化的發(fā)展提供了強(qiáng)大的助力，從長遠(yuǎn)的角度來看，進(jìn)一步推動(dòng)先進(jìn)電力電子技術(shù)在我國智能電網(wǎng)中的應(yīng)用與發(fā)展，是保證我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定與健康運(yùn)營的重要保證。

1.先進(jìn)電力電子技術(shù)應(yīng)用的重要性分析

1.1 保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性

智能電網(wǎng)的最大特點(diǎn)是具有智能化工作的優(yōu)勢，該系統(tǒng)是一個(gè)互動(dòng)性較高的系統(tǒng)，在具體應(yīng)用過程中，該電網(wǎng)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地把握用戶需求，對系統(tǒng)變化以及環(huán)境變更及時(shí)地做出反應(yīng)，滿足不同用戶的不同需求。為了使得智能電網(wǎng)的這種功能運(yùn)行更加流暢，因此，電力電子技術(shù)的應(yīng)用就必不可少。從我國目前的實(shí)踐情況來看，我國的電力電子技術(shù)水平已經(jīng)得到了有效地提升，一些電力電子技術(shù)也得到了進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，尤其是在HVDC、FACTS等領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)方面的突破[1]，有效地提升了我國電網(wǎng)的輸電、配電能力，也大大地改善了我國電網(wǎng)的電能質(zhì)量。我們在看到我國電網(wǎng)建設(shè)可喜成就的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)正視我們的不足，我國的電網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)性不強(qiáng)限制了我國電網(wǎng)的智能化發(fā)展，而且在某些領(lǐng)域中還有著需要提高的地方，從世界化的發(fā)展潮流來看，大電網(wǎng)互聯(lián)是未來智能化電網(wǎng)建設(shè)的主要方向，而從我國電網(wǎng)建設(shè)的情況來看，我國交直流互聯(lián)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)置將會(huì)呈現(xiàn)出日趨復(fù)雜的情況，在運(yùn)行過程中的控制難度也會(huì)進(jìn)一步加大，所以，從這個(gè)角度來說，將一些先進(jìn)的電力電子裝置技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，可以有效地增強(qiáng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

1.2 有效地利用可再生資源

隨著自然資源的逐漸枯竭，可再生資源的利用受到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注，相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料表明，我國的風(fēng)能和光伏電源資源充足，具有非常可觀的利用價(jià)值。但在實(shí)際使用的過程中，這些可再生資源具有間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，所以在利用過程中就對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性造成了非常不良的影響，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用則可以有效地保證這些可再生資源利用的穩(wěn)定性，同時(shí)保證其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、分布式以及遠(yuǎn)距離式的輸出，從而使得電網(wǎng)對可再生資源具有更強(qiáng)的接納性和兼容性，實(shí)現(xiàn)對可再生資源的有效利用。

1.3 改善電能質(zhì)量與電力市場發(fā)展的關(guān)系

進(jìn)入21世紀(jì)以來，電力作為一種基本生產(chǎn)資源參與到社會(huì)生活的方方面面，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中扮演了重要的角色，而且隨著各行各業(yè)與電力系統(tǒng)發(fā)展的逐漸依賴，人們對于電能的質(zhì)量要求也越來越高。如何提高電能資源的利用效率已經(jīng)成為當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。而將電力電子技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)系統(tǒng)中，可以有效地提高電能的質(zhì)量，同時(shí)還能夠提升電網(wǎng)系統(tǒng)的配電效率，實(shí)現(xiàn)用戶與供電企業(yè)之間良好的交互，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展[2]。

1.4 保障電網(wǎng)系統(tǒng)中電子裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性

電力電子技術(shù)的應(yīng)用雖然已經(jīng)在很多方面展開，但是在可靠性以及經(jīng)濟(jì)性方面卻沒有得到有效地論證，而大量電力電子技術(shù)的應(yīng)用會(huì)使用到大量的電子換流技術(shù)，這種技術(shù)的應(yīng)用會(huì)在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生不穩(wěn)定的諧波，或者會(huì)引發(fā)同步諧振的問題，這也是電力電子和HVDC系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需要解決的主要問題之一[3]，此外，當(dāng)前的仿真技術(shù)不足也進(jìn)一步限制了我國目前電力電子技術(shù)的發(fā)展與完善，因此在未來的發(fā)展過程中，還需要在我國電網(wǎng)系統(tǒng)中建立統(tǒng)一的電力電子仿真平臺(tái)，從而提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.FACTS技術(shù)的應(yīng)用分析

FACTS技術(shù)是電力電子技術(shù)中的重要組成部分，它主要指的是以電力電子設(shè)備為載體，結(jié)合當(dāng)前的控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)中交流輸電系統(tǒng)參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活控制，從而有效地提升輸電線路的輸送能力以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在FACTS技術(shù)中，SVC的應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從本質(zhì)上來說，SVC是一種靈活的交流輸電裝置，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程該裝置的應(yīng)用可以對系統(tǒng)的電壓進(jìn)行平衡與調(diào)節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)，SVC的應(yīng)用還能夠提高電網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)的穩(wěn)定性，也能夠加強(qiáng)對系統(tǒng)低頻震蕩的阻尼[4]。隨著近些年電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入發(fā)展，其他類型的FACTS技術(shù)也逐漸開始在智能電網(wǎng)中應(yīng)用解決了電網(wǎng)建設(shè)過程中的一些現(xiàn)實(shí)問題，尤其是電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流超標(biāo)、超高壓線路充電功率較高等問題的存在，則均需要全控型器件的FACTS裝置來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。到目前為止，我國的FACTS技術(shù)已經(jīng)取得了技術(shù)性的突破，我國自主研發(fā)的首套500KV分級(jí)可控并聯(lián)電抗器也開始應(yīng)用在電網(wǎng)系統(tǒng)之中，為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。

3.直流輸電技術(shù)的應(yīng)用

直流輸電技術(shù)分為常規(guī)的HVDC技術(shù)和柔性直流技術(shù)，常規(guī)化的HVDC技術(shù)具有遠(yuǎn)距離輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底電纜送電等方面的優(yōu)勢，近些年來已經(jīng)在電網(wǎng)建設(shè)過程中得到了充分地應(yīng)用。而隨著特高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用更是節(jié)省了我國大量的輸電走廊，在電能的運(yùn)輸過程中將系統(tǒng)的損耗降至最低，全面地提升了送電的經(jīng)濟(jì)性，有效地解決了我國目前東西部電力資源分布不均的問題，加強(qiáng)了電能資源的優(yōu)化配置。其次，柔性直流技術(shù)是一種以電壓源換流器和可關(guān)斷電力電子器件絕緣柵雙極晶體管為核心的、靈活環(huán)保的直流輸電技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了我國可再生資源的并網(wǎng)問題、壓降城市配電網(wǎng)短路電流、提高了海島供電的能力[5]。在具體的運(yùn)行過程中，柔性直流輸電系統(tǒng)所使用到的換流器主要運(yùn)用的是自換相的工作方式，可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的獨(dú)立控制，在電網(wǎng)系統(tǒng)中可以依托該技術(shù)構(gòu)成既能夠方便控制潮流又能夠具有較高的可靠性的并聯(lián)多端直流輸電系統(tǒng)，所以，這些技術(shù)的典型優(yōu)勢加大了柔性直流技術(shù)的應(yīng)用，尤其是在一些偏遠(yuǎn)的地區(qū)，孤立負(fù)荷地區(qū)中的應(yīng)用有著良好的效果。通過上文的分析我們可以看出，加強(qiáng)各個(gè)區(qū)域之間電網(wǎng)之間的互聯(lián)已經(jīng)是未來電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向，電網(wǎng)之間的互通互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)電能之間的互濟(jì)和動(dòng)態(tài)有功功率的支援，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定。

表1 我國某變電站柔性直流換流器主要技術(shù)參數(shù)

4.電能質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用

在國際研究領(lǐng)域中，電能質(zhì)量技術(shù)一直以來都是各國技術(shù)人員重點(diǎn)攻克的對象。在目前的應(yīng)用過程中，電能質(zhì)量技術(shù)的應(yīng)用需要在電網(wǎng)系統(tǒng)中建立完善的電能質(zhì)量評估方法以及等級(jí)的劃分體系，然后結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)從供電使用的接口進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的分析，對內(nèi)和對外建立起內(nèi)部技術(shù)等級(jí)評估體系與用戶經(jīng)濟(jì)性評估體系，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中能夠保持最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行。在目前我國電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電能質(zhì)量技術(shù)主要有電氣化鐵道平衡供電技術(shù)、連續(xù)調(diào)諧波濾波器關(guān)鍵技術(shù)、直流有源濾波器相關(guān)技術(shù)等，而且在我國大多數(shù)的電網(wǎng)建設(shè)中，統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器也基本上被應(yīng)用，該設(shè)備能夠?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)中的重要用戶的電能質(zhì)量進(jìn)行保護(hù)，而且還在線路中加裝了蓄電池來實(shí)現(xiàn)電量的充放電過程，這樣可以對電網(wǎng)的供電情況進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，從而保證電力系統(tǒng)的良好經(jīng)濟(jì)效益。

5.能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用

在未來的發(fā)展過程中，可持續(xù)發(fā)展觀念已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的主要指導(dǎo)思想，在電網(wǎng)建設(shè)過程中也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地遵循這一思想，保證能源的節(jié)約與充分利用。在可持續(xù)性的發(fā)展理念中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新是其最主要的核心內(nèi)容之一，太陽能、生物能、光能等利用是當(dāng)前能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中研究的重點(diǎn)，我國一直以來對這些領(lǐng)域也進(jìn)行了深入的研究，到目前為止，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變流器控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用各種風(fēng)力發(fā)電廠之中，在目前的研究領(lǐng)域中，我國主要集中力量來研究風(fēng)電場的并網(wǎng)技術(shù)，與國外的研究成果相比，我國有關(guān)于能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究依然還處于初級(jí)階段中，一些技術(shù)方面的論證還需要繼續(xù)進(jìn)行。

在電網(wǎng)建設(shè)過程中，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)在風(fēng)能、太陽能等可再生資源的利用以及大規(guī)模間歇性電源與微網(wǎng)等需要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，因此，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)也必須實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)建立起合理的電源結(jié)構(gòu)和布局，從而有效地提升太陽能、風(fēng)能等可再生資源的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，在我國電力系統(tǒng)中構(gòu)建出堅(jiān)強(qiáng)的實(shí)體電網(wǎng)，進(jìn)一步地優(yōu)化電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力。

6.結(jié)語

在當(dāng)前的電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)過程中，電網(wǎng)建設(shè)的智能化、自動(dòng)化發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，也是未來電力企業(yè)發(fā)展的主要方向，在自然資源日益枯竭的現(xiàn)代社會(huì)中，智能電網(wǎng)的建設(shè)可以解決大量的電能資源，實(shí)現(xiàn)良好的可持續(xù)性發(fā)展觀念，其中，電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中起到了非常重要的作用，先進(jìn)的電力電子技術(shù)應(yīng)用可以進(jìn)一步地強(qiáng)化電網(wǎng)的運(yùn)行，從而使得電網(wǎng)更加穩(wěn)定與安全，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善。從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來說，先進(jìn)電力電子技術(shù)的應(yīng)用是建設(shè)我國智能化電網(wǎng)的關(guān)鍵手段與重要方法，在未來的發(fā)展過程中我們要進(jìn)一步發(fā)展電力電子技術(shù)，加強(qiáng)其應(yīng)用與進(jìn)步，從而推動(dòng)我國電網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展。