電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息通信平臺(tái)為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征，包含電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。從可再生能源發(fā)電的大規(guī)模接入到高壓直流輸電和柔性交流輸電，從改善電能質(zhì)量的用戶電力技術(shù)到儲(chǔ)能和V2G應(yīng)用，到處都離不開(kāi)大功率電力電子技術(shù)。本文從發(fā)電環(huán)節(jié)的可再生能源接入、輸電環(huán)節(jié)的高壓直流輸電和柔性交流輸電、配電環(huán)節(jié)的用戶電力技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)等四個(gè)層面，綜述了大功率電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，使我們對(duì)智能電網(wǎng)有一個(gè)更全面、更深入的了解。

       1 發(fā)電環(huán)節(jié)

　　智能電網(wǎng)中的大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電以及發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速都離不開(kāi)電力電子技術(shù)。

　　1.1 風(fēng)力發(fā)電

　　現(xiàn)在風(fēng)電市場(chǎng)上的主流機(jī)型是基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組和基于永磁同步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組。雙饋風(fēng)電機(jī)組的定子直接接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)部分功率變頻器接入電網(wǎng)，根據(jù)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，在轉(zhuǎn)子中通以變頻交流的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的有功和無(wú)功的解耦控制，使風(fēng)電機(jī)組具有變速運(yùn)行的特性，提高風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率�；�于永磁同步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組通過(guò)全功率變頻器接入電網(wǎng)，由于變頻器的解耦控制，使變速同步風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)完全解耦，其特性完全取決于變頻器的控制系統(tǒng)和控制策略。

　　1.2 太陽(yáng)能發(fā)電

　　太陽(yáng)能發(fā)電又稱(chēng)光伏發(fā)電，一般由光伏陣列、控制器、逆變器、蓄電池組等部分組成。光伏陣列所發(fā)的電力為直流電，除特殊用電負(fù)荷外，均需通過(guò)逆變器將直流電變換為交流電。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要以電流源形式并網(wǎng)，其輸出電流的相位跟蹤電網(wǎng)電壓相位變化，同時(shí)調(diào)整輸出電流幅值大小，使光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網(wǎng)的功率最大。為了彌補(bǔ)光伏發(fā)電功率的波動(dòng)，還需要通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)蓄電池組的雙向充放電控制，以保證向負(fù)荷實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)供電。

　　1.3 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速

　　發(fā)電廠的廠用電平均為8%，其中風(fēng)機(jī)水泵耗電量約占輔機(jī)設(shè)備總耗電量的65%，且運(yùn)行效率低。在發(fā)電廠的節(jié)能降耗中，主要是采用低壓或高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能30%的效果。目前低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，且有完整的系列產(chǎn)品，但具備高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的企業(yè)還不多。

       2 輸電環(huán)節(jié)

　　2.1 高壓直流輸電(HVDC)

　　直流輸電具有輸電容量大、穩(wěn)定性好、控制調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流閥試驗(yàn)工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧閥換流器，標(biāo)志著電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。