先进电力电子技术在智能电网中的应用

郑志广

摘 要：信息化、自动化以及数字化是现代智能电网的发展趋势，电力电子是实现电网智能化的前提，它在智能电网的应用既是电网技术的要求也是市场经济发展的需求，它制约着整个电网的技术发展，同时影响电网输出的电能质量和电压的稳定性，文章简述电力电子技术在智能电网的应用，重点介绍SVC和STATCOM的发展和应用情况，以及它对电网的影响。

关键词：电力电子技术；智能电网；SVC；STATCOM

引言

随着经济的发展和社会的进步，我国的用电量逐步加大，对电能质量和电压的稳定性要求也越来越高，因此电网的建设面临着前所未有的新挑战。电网的建设和发展需要先进电力电子技术做铺垫。因此对于先进电力电子技术的研究对整个电网的建设具有重要的意义，甚至对我国经济的发展都起到关键的作用。

1 智能电网对电力电子技术的要求

目前，电力电子技术虽然取得一定的进步但是仍然存在诸多的问题。例如如何让它实现最大的优化控制改善电能的质量、减小对电网的污染，这都是需要解决的问题。安全使用电力电子器件是另一个急需解决的问题，在安全的前提下才可以实现其他的应用。我国的电网建设和电网结构虽然相对稳定但是仍存在很多问题，需要提高电网建设的要求和利用先进电力电子器件提高电网输出电能的质量。而随着经济的不断发展，电力需求量也越来越大，大电网的建设必然是今后电力事业发展的方向，这也就意味着电网的结构也会越来越复杂，我国地理地域辽阔气候复杂，因此电网所面临的条件很复杂，这就需要利用先进的电力电子技术，采用先进的电子装置来调控电力系统，以增强电网的构架，避免电网故障的扩散，并增强电网的故障抵抗和故障恢复能力，这些问题都是可以通过先进电力电子技术的应用得到改善。

社会的进步对电能的需求量变大同时对电能的质量要求也是越来越高，输出电能质量如果达不到要求会对整个电网产生重大影响，带来的损失也是不可估量的。先进电力电子设备可以改善电网电能质量，大大的提高输电效率和经济发展。

能源是整个人类社会存在与发展的物质基础，更是经济快速稳定增长的根本驱动力。随着常规化石能源的不断消耗以及生态平衡、环境污染等能源安全问题的日益突出，以清洁无污染、循环可再生为特点的太阳能、风能、生物质能等新能源的开发利用越来越受到世界各国的高度重视。我国虽然是当今世界上最大的发展中国家，能源资源总量丰富，但是资源分布不均衡，开发利用难度较大，且人均拥有量较低。当前正值经济飞速发展、能源高消耗时期，以常规化石能源为主要能源造成的环境污染问题与经济快速发展之间的矛盾较为突出。为了从根本上解决我国的能源问题，满足经济稳定增长和社会和谐发展的需要，必须保护生态环境，实行能源的可持续发展战略。一方面要大力提高能源利用效率，另一方面则是加快风能、太阳能等新能源的开发利用进度。这些新能源的发对电力电子器件的要求更高。

2 先进电力电子技术在智能电网中的应用

柔性交流输电包括SVC和STATCOM，通过SVC进行无功补偿的电压输出谐波大、基波损耗高、占地面积较大，因此，用STATCOM进行无功补偿成为电力系统无功补偿的主要方法。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM）是柔性交流输电系统的核心装置和技术之一。1976年，美国人L.Gyugyi第一次提出了它的概念，即利用半导体变流器进行无功补偿的理论。通过对系统无功功率实现动态无功补偿，提高系统暂态电压稳定性，确保系统运行安全，改善系统的稳态性能和动态性能。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM装置能够连续调节无功，输出谐波小，器件损耗低，运行范围宽，调节速度快，可靠性高等优点；其输出电流在电网电压低时不受影响，具有较硬的低压无功功率特性；而且接入系统后不会改变系統阻抗特性引起振荡。

近年来，世界上有很多学者都从事STATCOM装置的研究工作，无论是装置容量还是产品性能都有了很大的提高。新型电力电子器件（如：IGBT、GTO、IGCT等）、多重化、多电平和单相桥串联等技术被应用到STATCOM装置中，以提高装置容量和电压等级，并通过现代控制技术，提高系统电压稳定性，改善装置输出谐波。许多先进的控制方法，例如递归神经网络自适应控制、模糊控制、比例积分（PI）控制、微分代数控制、鲁棒性自适应控制等被应用到STATCOM装置非线性特性的研究中。在世界上针对STATCOM装置的研究工作中，STATCOM装置的仿真建模及其控制方法研究始终是重点。

世界各国对STATCOM的研究，STATCOM技术和应用情况都取得了突破性的进展。现代电力电子技术、多重化、多电平和单相桥串联等技术使STATCOM工作性能得到很大的提高。再加上先进控制方法的加入更提高了STATCOM工作的稳定性，使之在电力系统领域的应用更加广泛。关于STATCOM的研究有很多问题，但是最重要的还是它的建模和控制问题，这将直接影响着STATCOM的整体性能。

国际上关于STATCOM的研究由来已久，日本是最先运用STATCOM装置的国家，紧接着美国也在STATCOM的研究上取得成功，并和日本联合研制了世界上第一台采用GTO进行逆变的STATCOM，在1991年投入运行取得很好的效果。之后的德国在1997年也研制出大型的STATCOM装置并在丹麦的风电场投入运行。我国虽然起步晚，但是发展速度极快，清华大学在1999年研制出20Mvar的STATCOM装置，在2011年我国南方电网研究出世界上最大容量的STATCOM装置，并在东莞投入运行取得良好的效果。从此我国成为能够研制出大容量STATCOM装置的国家之一，但是仍有许多不足之处有待改进。

3 结束语

在文章里，分析了先进电力电子对整个电网的影响，它在电网建设中的重要性，然后介绍了电网的发展和电能质量的提高对电力电子器件的要求，最后着重对STATCOM和SVC的发展进行分析和比较，它们对电网的无功补偿有效的提高了电网的电能质量。

参考文献

[1]刘振亚.大力发展特高压技术，推动能源利用方式创新与变革[J]. 电力自动化设备，2009，29（6）：130-133.

[2]张文亮，刘壮志，王俊明.智能电网的研究进展及发展趋势[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]陈树勇，宋书芳.智能电网技术综述[J].电网技术，2005，22（2）：89-94.

[4]刘晓，陈晓宁，高成，等.电力系统分析[J].科技创新导报，2008（15）： 4-6.