先進電力電子技術在智能電網中的有效應用

先進電力電子技術在智能電網中的有效應用摘要：現代智能電網的發(fā)展，使得信息化、自動化成為其發(fā)展的主要特征和趨勢。以傳感器、智能開關等為代表的新興電子技術，更是成為當前智能電網應用的重點。本文結合先進電力電子技術的含義，就電力電子技術在智能電網中發(fā)揮的作用進行探討，然后就先進電力電子技術的典型應用方向做深入的闡述和分析，從而指出梳理當前我國電力電子的應用方向。通過上述的梳理，為系統(tǒng)掌握電力電子技術在智能電網的應用奠定堅實的基礎。關鍵詞：電力電子；傳感器；智能電網；柔性輸電；應用隨著我國電力需求的不斷變化，智能電網成為當前電力輸送的主力軍。通過智能電網，大大提高了電力輸送的質量，調整了電力輸送的結構。而智能電網的應用，是以大量電力電子技術作為基礎，并結合網絡通信技術，大力促進了智能電網的數字化、自動化和信息化。對此，本文結合以往的研究基礎，就當前智能電網中電力電子技術的應用進行全面的梳理，從而為電力電子技術的系統(tǒng)應用進行分析。1、 先進電力電子技術概述 作為電力領域應用中的一種新興技術，電力電子技術被大量的用于電力的輸送和交換。通過大量的電子器件對電能進行控制和轉換，從而為廣大的居民提供可靠的電力服務。當前，電力電子技術在電力中的應用涵蓋多個領域，通過這些大量的電子器件，大大提高了電能的利用率，并使得其呈現出一種合理的狀態(tài)。通過優(yōu)化電能需求結構，促進發(fā)配電輸送的升級優(yōu)化。同時，借助電力電子技術，加快了對機電一體化的改進，提高了電力能源的生產。2、 先進電力電子技術在智能電網中的作用在智能電網中，先進電力電子技術的應用對保障智能電網的運行發(fā)揮著至關重要的作用，改善了傳統(tǒng)電力輸送的環(huán)境，同時大大提高了電力輸送的安全性和可靠性，減少了各種復雜天氣下給電力輸送帶來的損失。因此，電力電子技術的主要作用主要體現在以下兩點：第一，提高了資源的轉化率。在面對有限的資源情況下，如何提高資源的利用率成為電力技術部門研究的重點。借助先進的電力電子技術，將傳統(tǒng)的電力輸送網全部納入到統(tǒng)一的網絡中，形成一張巨大的涵蓋發(fā)電、輸電和配電的網絡中。由此，借助當前的電力電子技術大大整合了電力資源，實現了不同地區(qū)電力資源的優(yōu)化。如通過智能電網變配電，貴州的電力可以輸送到廣東、江蘇一帶，實現了加大努力資源的優(yōu)化利用。第二，借助先進的電力電子技術，大大提高了電網電力的質量，使得電力配送更加平穩(wěn)。同時，先進電力電子技術的應用，也加大了電力工作者對基礎設備的投入，從而增強了系統(tǒng)的安全度和可信度。第三，促進清潔能源的利用。通過智能電網大大降低了對環(huán)境的污染程度，如借助當前的電力電子技術，大力發(fā)展光伏發(fā)電站，以此提高了對自然資源的利用，保護了環(huán)境。3、 電力電子技術的應用當前，智能電網是我國電力發(fā)展的必然趨勢?？偨Y當前電力電子技術的應用，其大致可以歸納為以下幾個方面：3.1柔性交流輸電技術對柔性交流輸電技術來講，是常用的一種技術，也是輸配電系統(tǒng)與電子技術融合而衍生出的一種新技術。在該技術中，主要包括通信技術、信息傳輸技術和微電子技術。通過該技術，對智能電網中的交流電進行擴展，將其中的交流電變?yōu)楦鞣N不同的形式，以此最大限度的提高電網穩(wěn)定性。同時其中的系統(tǒng)參數控制也更加靈活、方便，使控制技術和電力電子技術有機結合，實現了輸變點能源的隔離，并最大限度的保證電能輸送的穩(wěn)定性。在柔性交流輸電中，其最為典型的代表是為FACTS。FACTS系統(tǒng)是建立在電力電子技術或以往控制器的基礎上，可提高電力輸送質量的一種交流輸電系統(tǒng)。與以往的輸電系統(tǒng)相比，FACTS更具有靈活性、可靠性。FACTS系統(tǒng)的主要包括串并組合型、串串組合型、并聯型、串聯型等四種組合。其中串聯型控制器等同于一個可變電阻，這個可變電阻可以為電容器、電抗器，也可以為由電力電子組成的可變阻抗；并聯型可以為可變阻抗，也可以是一個可控的電流源；串并聯型和串串聯型通常由單個串聯控制器與串聯控制器或并聯控制器組合。在并聯型組合中，我們通常又將FACTS系統(tǒng)設備分為基于變換器型、可控性器件、晶閘管控制和投切型。這些類型因為組合方式的通過，其功能也有所不同。如典型的靜止同步補償器，將其并聯在系統(tǒng)中，可大大控制其容性或者感性電流，并可實現對電能的儲能作用。圖1基于儲能的靜止同步補償器在串串組合型中，電力電子技術的應用主要是以潮流控制器為主。這類控制器主要是以串聯型控制器作為基礎，通過多個靜止同步串聯補償器構成。其典型的應用為統(tǒng)一潮流控制器。具體見圖2所示。圖2 統(tǒng)一潮流控制器又如其中非常典型的SVC無功補償技術，這種技術中對電力電子技術的應用中，將固定電容器和晶閘管控制電抗器組合起來（即FC+TCR）.在FC的配合下，其中的TCR可在90180度的范圍之內改變傳統(tǒng)晶閘管的觸發(fā)角，并連續(xù)的對SVC系統(tǒng)從電網的吸收，或者調節(jié)發(fā)出的無功功率。其中，TCR的結構如圖3所示。圖3 TCR結構原理3.2高壓直流輸電技術對高壓直流輸電技術來講，通常是利用相關的整流系統(tǒng)裝置，將傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)或者用電系統(tǒng)中的交流電進行一定的轉換，將其轉化為可以直接輸送的高壓直流電。當電能在輸送到預定的地點后，將其中的高壓直流電通過逆變器轉換為交流電，最后則通過換流變壓器實現對電力的輸出。具體過程見圖3所示。圖3 直流輸電系統(tǒng)基本結構在圖3中可以看出，直流輸電系統(tǒng)應用了大量的電力電子設備，從而將直流電轉換為交流電，并最終送達給不用的用戶。這種輸電系統(tǒng)具有輸送的電量大，穩(wěn)定性高，以及可對電力進行遠距離和大規(guī)模的輸送，電能損失小的特點。而這種輸電技術也成為未來發(fā)展的方向，并將大力結合電力電子技術不斷推進。3.3 高壓變頻技術當前，高壓變頻技術是電力電子技術應用的一個重要領域。該技術具有結構緊湊、制造工藝精度高的特點。同時該技術利用功率單元串聯多電平技術，并具有很強的靈活性。該技術在智能電網的應用中，其主要的作用是對整個電網等運行進行優(yōu)化。具體來說，借助高壓變頻技術，可減少智能電網在運行過程中的能量損耗，并大大節(jié)約能源。高壓變頻技術最為典型的應用為高壓變頻器。以當前應用最為廣泛的AMBHVI高壓變頻器為例，其具體的結構如圖4所示。圖4 高壓變頻器結構在高壓變頻技術中，應用了大量的功率器件IGBT，如在常用的單元串聯多重化電壓源型高壓變頻器當中，應用了大量的功率器件，如在6Kv的系統(tǒng)之中，就需要使用90只二極管和60只IGBT。而通過這種方式，也大大提高了電能輸送效率。3.4智能開關技術智能開關技術中對電力電子的應用非常多，在其中應用了大量的傳感器技術，通過這些傳感器技術對電力信息進行實時采集，包括局部放電信號、柜內溫度信號，最后通過主控芯片處理器，實現對柜內參數的控制。具體控制原理如圖5所示。圖5 智能開關技術原理通過圖5可以看出，通過CAN總線通信技術，同時借助以太網連接主控室，從而實現對不同參數的采集與指令發(fā)送，總控制室通過指令，直接發(fā)送給相關的執(zhí)行單元，完成對柜內的控制。而基礎上述的原理，不僅可以使用以太網，還可以通過Zigbee無線技術、Gprs通信技術等，實現通信。同時對數據的采集中，除上述的傳感器等的單片機技術以外，還可以引入其他的傳感器或電子設備，如見RFID引入都數據的采集中，這樣不需要進入柜內即可讀取相關的信息。4結束語隨著全球資源的日益消耗，加強對能源的保護和節(jié)約成為當前人們關注的焦點。因此，加強對智能電網建設的步伐，加快清潔能源的建設，對保護日益嚴峻的環(huán)境形勢具有重要的作用。而未來隨著智能電網的發(fā)展 ，先進電力電子技術在智能電網的應用將成為常態(tài)。這些電力電子技術不僅保障了智能電網的安全和穩(wěn)定，還加強對找整個電網的優(yōu)化，大大提高我國能源利用效率。參考文獻1姚良忠,吳婧,王志冰,李琰,魯宗相. 未來高壓直流電網發(fā)展形態(tài)分析J. 中國電機工程學報,2014,34:6007-6020.2張莉. 先進電力電子技術在智能電網中的應用研究J. 吉林省教育學院學報(中旬),2015,09:132-133.3侯劍雄,楊