先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

周輝 劉忠菊

摘 要：改革開放至今已有40年。在40年的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)電力電子技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)也得到了顯著改善，智能化程度越來(lái)越高，電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也逐漸越來(lái)越廣泛，發(fā)揮了很大的作用。在我國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，要結(jié)合當(dāng)前實(shí)際，同時(shí)要與先進(jìn)的技術(shù)手段相結(jié)合，從根本上提高電力電子技術(shù)的應(yīng)用效果和質(zhì)量，同時(shí)也能有效地提高故障處理的效率。該文將以電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用為主線， 進(jìn)行簡(jiǎn)要地分析和描述。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);智能電網(wǎng);應(yīng)用

導(dǎo)言：進(jìn)入新時(shí)期以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)作為社會(huì)生產(chǎn)必需能源的電能的需求也越來(lái)越大。為了更好地滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求，智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。在整個(gè)電力行業(yè)中，電力電子技術(shù)作為一種新技術(shù)，可以很好地應(yīng)用到電力交換領(lǐng)域，大大提高了電力利用率。由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在智能電網(wǎng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1智能電網(wǎng)中電力電子技術(shù)的重要性

1.1 電網(wǎng)安全得到保障

電網(wǎng)安全是國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基本保障。目前，我國(guó)智能電網(wǎng)尚處于起步階段，大部分電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。特別是在配電和輸電方面，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距。由于我國(guó)地理地貌的復(fù)雜性，電網(wǎng)分布廣泛，部分地區(qū)自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，這些自然災(zāi)害嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃過(guò)程中，必須避免這些因素對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的影響，給電網(wǎng)建設(shè)帶來(lái)困難。電力電子技術(shù)應(yīng)用后，通過(guò)該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)化，最終達(dá)到簡(jiǎn)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的目的。從源頭上避免自然因素引起的電網(wǎng)故障。

1.2電網(wǎng)功能智能化

智能電網(wǎng)的特點(diǎn)之一是可以實(shí)現(xiàn)智能控制。例如，在處理用戶電力需求調(diào)整時(shí)，可以通過(guò)電網(wǎng)在線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，電網(wǎng)控制系統(tǒng)可通過(guò)相關(guān)傳感器自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的問(wèn)題。

1.3 電能質(zhì)量得到提高

電力的穩(wěn)定性和安全性對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)至關(guān)重要。這些因素決定了生產(chǎn)活動(dòng)能否正常進(jìn)行。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電網(wǎng)的傳輸質(zhì)量難以保證，在輸電過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)電壓和頻率的波動(dòng)。在先進(jìn)電力電子技術(shù)的支持下，智能電網(wǎng)的工作狀態(tài)能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。同時(shí)，在輸電過(guò)程中可以將電能損耗控制到最小，提高輸電效率，從而達(dá)到合理利用資源的目的。

2智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

一是利用智能手段診斷電網(wǎng)故障。與傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)相比，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)故障自動(dòng)識(shí)別和診斷的效果，保證智能手段貫穿于智能電網(wǎng)運(yùn)行的全過(guò)程。從修復(fù)電網(wǎng)故障的角度來(lái)看，智能電網(wǎng)配備了電網(wǎng)故障自動(dòng)修復(fù)措施，確保電網(wǎng)各類典型故障的修復(fù)能夠在短時(shí)間內(nèi)快速完成，恢復(fù)智能電網(wǎng)的正常運(yùn)行狀態(tài)。二是減少電網(wǎng)污染。目前，雖然許多地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)取得了令人矚目的成就，但卻忽視了當(dāng)?shù)刈罡镜沫h(huán)境保護(hù)。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)必須能夠滿足綠色電網(wǎng)建設(shè)的基本思路。具體到智能電網(wǎng)，這種電網(wǎng)系統(tǒng)可以達(dá)到消除電網(wǎng)建設(shè)污染的目的。智能電網(wǎng)不會(huì)消耗更多的電網(wǎng)建設(shè)資源，能夠達(dá)到有效節(jié)約電力資源的效果。在電網(wǎng)運(yùn)行的各個(gè)階段，智能電網(wǎng)可以自動(dòng)調(diào)整現(xiàn)有的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)。三是增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的互動(dòng)性和運(yùn)行有效性。智能電網(wǎng)可以利用網(wǎng)絡(luò)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)交互，從而保證網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)中的各個(gè)組成部分能夠集成為一個(gè)整體。在此前提下，客戶機(jī)與電網(wǎng)其他部分可以達(dá)到有效合作的程度，電網(wǎng)服務(wù)器與客戶機(jī)也可以達(dá)到有效連接的效果。

3 加強(qiáng)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用的有效措施

3.1電力電子技術(shù)要想提高其使用性， 還可以將FACTS技術(shù)與電力系統(tǒng)的結(jié)合， 通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)分析，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行能力和控制能力。為了實(shí)現(xiàn)真正的智能化，智能開關(guān)應(yīng)該安裝在原有的電網(wǎng)系統(tǒng)上。它能自動(dòng)控制電網(wǎng)系統(tǒng)，使故障部件與其它部件隔離，在緊急情況下自動(dòng)切斷電路，保護(hù)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)。它還可以保證用戶的人身安全，降低維護(hù)成本。此外，要加強(qiáng)變頻技術(shù)研究，降低電力系統(tǒng)損耗，優(yōu)化整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

3.2從現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，一些大型能源基地的電力傳輸量比較大，按照傳統(tǒng)的電力傳輸方式，不僅不能提高傳輸效率，傳輸安全也無(wú)法保證，在傳輸過(guò)程中，不僅會(huì)損壞傳輸設(shè)備，也浪費(fèi)了大量的電力資源。因此，有必要從節(jié)約資源的角度加強(qiáng)電力電子技術(shù)的安全性，提高整個(gè)電力電子技術(shù)的實(shí)用性。提高電力資源傳輸?shù)陌踩?，提高電力設(shè)備的使用壽命。我們也可以從能源的角度探討節(jié)約電子資源的有效措施。我們可以從電源設(shè)備入手，改進(jìn)設(shè)備。通過(guò)對(duì)設(shè)備的改進(jìn)，我們可以把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，提高電能的穩(wěn)定性。從節(jié)約資源的角度出發(fā)，還可以提高設(shè)備的性能，將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的儲(chǔ)能，保證電力資源得到保存，有效緩解我國(guó)的環(huán)境壓力，提高資源利用率，還可以限制大型電力系統(tǒng)的電壓，并可以在大功率電壓之間建立一個(gè)電子儲(chǔ)備系統(tǒng)來(lái)控制其穩(wěn)定性。

3.3 高壓變頻技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

高壓變頻技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用可以節(jié)約能源，在智能電網(wǎng)建設(shè)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)可達(dá)到30%的節(jié)電率。目前，這種技術(shù)的唯一缺點(diǎn)是產(chǎn)生高次諧波，消除這種諧波的成本很高。高壓變頻技術(shù)中使用的主要設(shè)備是高壓變頻器。它的主要控制元件是電子半導(dǎo)體。通過(guò)半導(dǎo)體的導(dǎo)通和截止控制，最終可以改變電源頻率。

4應(yīng)用發(fā)展方向

4.1 電能質(zhì)量調(diào)節(jié)控制

電能質(zhì)量調(diào)控是電力電子技術(shù)的主要功能。近年來(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)雖然取得了快速發(fā)展，但在輸配電方面，我國(guó)與國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)水平還有一定差距。特別是在極端天氣和惡劣環(huán)境條件下，極易引發(fā)電網(wǎng)運(yùn)行安全問(wèn)題。電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，與智能技術(shù)相結(jié)合，可以及時(shí)完成電流分配和調(diào)節(jié)，控制故障影響范圍，使智能電網(wǎng)具有一定的自恢復(fù)能力，安全性顯著提高。如智能電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的智能開關(guān)，可以切斷電網(wǎng)中任意節(jié)點(diǎn)的電壓和電流，控制該區(qū)域的供電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障問(wèn)題的有效控制。

4.2電網(wǎng)結(jié)構(gòu)升級(jí)優(yōu)化

隨著智能電網(wǎng)負(fù)荷接入的快速增長(zhǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)迫在眉睫。例如，在電網(wǎng)間的傳輸中，由于相位差，容易產(chǎn)生電壓波動(dòng)干擾。采用背靠背直流輸電技術(shù)可以解決這一問(wèn)題。首先將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后再將其轉(zhuǎn)換為交流電并傳輸?shù)较噜彽碾娋W(wǎng)。采用微機(jī)控制電壓和相位，提高電網(wǎng)間的傳輸質(zhì)量。此外，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，微電網(wǎng)技術(shù)也得到了快速發(fā)展。微電網(wǎng)的出現(xiàn)改變了配電網(wǎng)的組織形式。微電網(wǎng)的核心設(shè)備是并網(wǎng)逆變器。通過(guò)采用先進(jìn)的逆變裝置，可以為分布式發(fā)電并網(wǎng)提供支持，以適應(yīng)更復(fù)雜的電力系統(tǒng)控制要求。

4.3 新能源發(fā)電技術(shù)

電子技術(shù)在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，也是建設(shè)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。面對(duì)日益嚴(yán)峻的能源環(huán)境形勢(shì)，智能電網(wǎng)高度重視發(fā)展新能源發(fā)電技術(shù)，以改變目前以火電為主的發(fā)電格局。保證新能源發(fā)電過(guò)程中系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也是需要的。例如，目前比較成熟的光伏并網(wǎng)技術(shù)是利用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生直流電，電壓在20V左右，在接入過(guò)程中，需要利用電力電子技術(shù)進(jìn)行升壓和逆變，跟蹤監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的相變，調(diào)整電流輸出幅度，減少光伏并網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)信息化水平的不斷提高，電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用也符合時(shí)代發(fā)展的要求，能夠提高電力設(shè)備在智能電網(wǎng)中的性能，得到穩(wěn)定發(fā)展。目前，我國(guó)電力電子技術(shù)的應(yīng)用不斷推進(jìn)，不僅可以解決環(huán)境壓力帶來(lái)的一系列問(wèn)題，而且可以提高資源利用率，促進(jìn)我國(guó)可再生資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈起越.智能電網(wǎng)中的先進(jìn)電力電子技術(shù)應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（16）：229.

[2]蔣澤甫，李楠，張彥，等.現(xiàn)代電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電子世界，2019（02）：207.

[3]佟明燁.電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（24）：216.

（飛利浦醫(yī)療（蘇州）有限公司沈陽(yáng)分公司 ?遼寧 沈陽(yáng) ?110015）