先进电力电子技术在智能电网中的应用分析

李帮家

（杭州得诚电力科技股份有限公司，浙江 杭州 311121）

在当前的发展背景下，经济社会快速发展，各行各业的信息化、智能化水平在不断地提升，电网的发展也面临着诸多的挑战与压力，在信息科学技术快速发展的现代社会中，现代信息技术、通信技术和控制技术为智能电网的发展提供了更为强大的技术支持。在目前的建设布局中，国家电网结合当前世界上的先进技术，协调各级电网的发展，推动我国电网建设朝着智能化、自动化的目标发展。从技术分类来看，灵活交流输电技术、高压直流输电技术、定制电力技术以及能量转换技术等方面的技术已经广泛地应用于我国的电网建设中，为我国电网智能化的发展提供了强大的助力，从长远的角度来看，进一步推动先进电力电子技术在我国智能电网中的应用与发展，是保证我国电力系统稳定与健康运营的重要保证。

1.先进电力电子技术应用的重要性分析

1.1 保障电网运行的安全稳定性

智能电网的最大特点是具有智能化工作的优势，该系统是一个互动性较高的系统，在具体应用过程中，该电网系统能够准确地把握用户需求，对系统变化以及环境变更及时地做出反应，满足不同用户的不同需求。为了使得智能电网的这种功能运行更加流畅，因此，电力电子技术的应用就必不可少。从我国目前的实践情况来看，我国的电力电子技术水平已经得到了有效地提升，一些电力电子技术也得到了进一步创新发展，尤其是在HVDC、FACTS等领域已经实现了技术方面的突破[1]，有效地提升了我国电网的输电、配电能力，也大大地改善了我国电网的电能质量。我们在看到我国电网建设可喜成就的同时，还应当正视我们的不足，我国的电网建设基础性不强限制了我国电网的智能化发展，而且在某些领域中还有着需要提高的地方，从世界化的发展潮流来看，大电网互联是未来智能化电网建设的主要方向，而从我国电网建设的情况来看，我国交直流互联的大电网结构设置将会呈现出日趋复杂的情况，在运行过程中的控制难度也会进一步加大，所以，从这个角度来说，将一些先进的电力电子装置技术应用在电力系统中，可以有效地增强网架结构，保证电网的安全运行。

1.2 有效地利用可再生资源

随着自然资源的逐渐枯竭，可再生资源的利用受到了社会各界人士的广泛关注，相关的统计资料表明，我国的风能和光伏电源资源充足，具有非常可观的利用价值。但在实际使用的过程中，这些可再生资源具有间歇性和不稳定性的特点，所以在利用过程中就对电网的安全稳定性造成了非常不良的影响，而电力电子技术的应用则可以有效地保证这些可再生资源利用的稳定性，同时保证其实现大规模、分布式以及远距离式的输出，从而使得电网对可再生资源具有更强的接纳性和兼容性，实现对可再生资源的有效利用。

1.3 改善电能质量与电力市场发展的关系

进入21世纪以来，电力作为一种基本生产资源参与到社会生活的方方面面，在经济社会中扮演了重要的角色，而且随着各行各业与电力系统发展的逐渐依赖，人们对于电能的质量要求也越来越高。如何提高电能资源的利用效率已经成为当前电网建设与运行过程中需要重点关注的问题。而将电力电子技术应用在电网系统中，可以有效地提高电能的质量，同时还能够提升电网系统的配电效率，实现用户与供电企业之间良好的交互，从而实现电网的智能化、自动化发展[2]。

1.4 保障电网系统中电子装置运行的稳定性

电力电子技术的应用虽然已经在很多方面展开，但是在可靠性以及经济性方面却没有得到有效地论证，而大量电力电子技术的应用会使用到大量的电子换流技术，这种技术的应用会在整个电网系统中产生不稳定的谐波，或者会引发同步谐振的问题，这也是电力电子和HVDC系统运行过程中所需要解决的主要问题之一[3]，此外，当前的仿真技术不足也进一步限制了我国目前电力电子技术的发展与完善，因此在未来的发展过程中，还需要在我国电网系统中建立统一的电力电子仿真平台，从而提高电网系统运行的稳定性。

2.FACTS技术的应用分析

FACTS技术是电力电子技术中的重要组成部分，它主要指的是以电力电子设备为载体，结合当前的控制技术来实现对电网系统中交流输电系统参数以及网络结构的灵活控制，从而有效地提升输电线路的输送能力以及系统的稳定性，在FACTS技术中，SVC的应用进一步增强了智能电网的稳定性，从本质上来说，SVC是一种灵活的交流输电装置，在系统的运行过程该装置的应用可以对系统的电压进行平衡与调节，从而保证电力系统的稳定性，同时，SVC的应用还能够提高电网系统的静态和暂态的稳定性，也能够加强对系统低频震荡的阻尼[4]。随着近些年电网建设的不断深入发展，其他类型的FACTS技术也逐渐开始在智能电网中应用解决了电网建设过程中的一些现实问题，尤其是电网系统短路电流超标、超高压线路充电功率较高等问题的存在，则均需要全控型器件的FACTS装置来实现调节。到目前为止，我国的FACTS技术已经取得了技术性的突破，我国自主研发的首套500KV分级可控并联电抗器也开始应用在电网系统之中，为维持电网的稳定运行提供了强有力的支持。

3.直流输电技术的应用

直流输电技术分为常规的HVDC技术和柔性直流技术，常规化的HVDC技术具有远距离输电、异步联网、海底电缆送电等方面的优势，近些年来已经在电网建设过程中得到了充分地应用。而随着特高压直流输电技术的应用更是节省了我国大量的输电走廊，在电能的运输过程中将系统的损耗降至最低，全面地提升了送电的经济性，有效地解决了我国目前东西部电力资源分布不均的问题，加强了电能资源的优化配置。其次，柔性直流技术是一种以电压源换流器和可关断电力电子器件绝缘栅双极晶体管为核心的、灵活环保的直流输电技术。该技术的应用有效地解决了我国可再生资源的并网问题、压降城市配电网短路电流、提高了海岛供电的能力[5]。在具体的运行过程中，柔性直流输电系统所使用到的换流器主要运用的是自换相的工作方式，可以实现四象限运行而且同时实现有功、无功功率的独立控制，在电网系统中可以依托该技术构成既能够方便控制潮流又能够具有较高的可靠性的并联多端直流输电系统，所以，这些技术的典型优势加大了柔性直流技术的应用，尤其是在一些偏远的地区，孤立负荷地区中的应用有着良好的效果。通过上文的分析我们可以看出，加强各个区域之间电网之间的互联已经是未来电网建设的发展方向，电网之间的互通互联可以实现电能之间的互济和动态有功功率的支援，实现电力系统的动态平衡稳定。

表1 我国某变电站柔性直流换流器主要技术参数

4.电能质量技术的应用

在国际研究领域中，电能质量技术一直以来都是各国技术人员重点攻克的对象。在目前的应用过程中，电能质量技术的应用需要在电网系统中建立完善的电能质量评估方法以及等级的划分体系，然后结合电网系统的实际运行特点从供电使用的接口进行经济性的分析，对内和对外建立起内部技术等级评估体系与用户经济性评估体系，从而保证电网系统在运行的过程中能够保持最优化的经济方式运行。在目前我国电网系统的运行过程中，电能质量技术主要有电气化铁道平衡供电技术、连续调谐波滤波器关键技术、直流有源滤波器相关技术等，而且在我国大多数的电网建设中，统一电能质量控制器也基本上被应用，该设备能够对电网系统中的重要用户的电能质量进行保护，而且还在线路中加装了蓄电池来实现电量的充放电过程，这样可以对电网的供电情况进行有效地调节，从而保证电力系统的良好经济效益。

5.能量转换技术的应用

在未来的发展过程中，可持续发展观念已经成为各行各业发展的主要指导思想，在电网建设过程中也应当严格地遵循这一思想，保证能源的节约与充分利用。在可持续性的发展理念中，能量转换技术的创新是其最主要的核心内容之一，太阳能、生物能、光能等利用是当前能量转换领域中研究的重点，我国一直以来对这些领域也进行了深入的研究，到目前为止，风力发电机组变流器控制技术已经被广泛地应用各种风力发电厂之中，在目前的研究领域中，我国主要集中力量来研究风电场的并网技术，与国外的研究成果相比，我国有关于能量转换技术的研究依然还处于初级阶段中，一些技术方面的论证还需要继续进行。

在电网建设过程中，能量转换技术在风能、太阳能等可再生资源的利用以及大规模间歇性电源与微网等需要实现并网运行，因此，能量转换技术也必须实现该领域中的应用，同时建立起合理的电源结构和布局，从而有效地提升太阳能、风能等可再生资源的能量转换技术，在我国电力系统中构建出坚强的实体电网，进一步地优化电网的资源优化配置能力。

6.结语

在当前的电网系统建设过程中，电网建设的智能化、自动化发展已经成为当前电力企业发展的主要目标，也是未来电力企业发展的主要方向，在自然资源日益枯竭的现代社会中，智能电网的建设可以解决大量的电能资源，实现良好的可持续性发展观念，其中，电力电子技术在智能电网建设过程中起到了非常重要的作用，先进的电力电子技术应用可以进一步地强化电网的运行，从而使得电网更加稳定与安全，实现对电网电能质量的改善。从长远发展的角度来说，先进电力电子技术的应用是建设我国智能化电网的关键手段与重要方法，在未来的发展过程中我们要进一步发展电力电子技术，加强其应用与进步，从而推动我国电网的长远发展。