電力電子技術在智能電網中的應用

我國堅強智能電網是以特高壓電網爲骨幹網架、各級電網協調發展的堅強網架爲基礎，以信息通信平臺爲支撐，具有信息化、自動化、互動化爲特徵，包含電力系統各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合的現代電網。從可再生能源發電的大規模接入到高壓直流輸電和柔性交流輸電，從改善電能質量的用戶電力技術到儲能和V2G應用，到處都離不開大功率電力電子技術。本文從發電環節的可再生能源接入、輸電環節的高壓直流輸電和柔性交流輸電、配電環節的用戶電力技術和儲能技術等四個層面，綜述了大功率電力電子技術在智能電網中的應用，使我們對智能電網有一個更全面、更深入的瞭解。

       1 發電環節

　　智能電網中的大規模風力發電、太陽能發電以及發電廠風機水泵的變頻調速都離不開電力電子技術。

　　1.1 風力發電

　　現在風電市場上的主流機型是基於雙饋感應發電機的變速風電機組和基於永磁同步發電機的變速風電機組。雙饋風電機組的定子直接接入電網，轉子通過部分功率變頻器接入電網，根據風力機轉速的變化，在轉子中通以變頻交流的勵磁電流，實現發電機組的有功和無功的解耦控制，使風電機組具有變速運行的特性，提高風電機組的風能轉換效率。基於永磁同步發電機的變速風電機組通過全功率變頻器接入電網，由於變頻器的解耦控制，使變速同步風電機組與電網完全解耦，其特性完全取決於變頻器的控制系統和控制策略。

　　1.2 太陽能發電

　　太陽能發電又稱光伏發電，一般由光伏陣列、控制器、逆變器、蓄電池組等部分組成。光伏陣列所發的電力爲直流電，除特殊用電負荷外，均需通過逆變器將直流電變換爲交流電。併網光伏發電系統主要以電流源形式併網，其輸出電流的相位跟蹤電網電壓相位變化，同時調整輸出電流幅值大小，使光伏發電系統注入電網的功率最大。爲了彌補光伏發電功率的波動，還需要通過控制器實現蓄電池組的雙向充放電控制，以保證向負荷實現平穩供電。

　　1.3 發電廠風機水泵的變頻調速

　　發電廠的廠用電平均爲8%，其中風機水泵耗電量約佔輔機設備總耗電量的65%，且運行效率低。在發電廠的節能降耗中，主要是採用低壓或高壓變頻器，實現風機水泵的變頻調速，可以達到節能30%的效果。目前低壓變頻器技術已非常成熟，且有完整的系列產品，但具備高壓大容量變頻器設計和生產的企業還不多。

       2 輸電環節

　　2.1 高壓直流輸電(HVDC)

　　直流輸電具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點，對於遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電擁有獨特的優勢。1970年世界上第一項晶閘管換流閥試驗工程在瑞典建成，取代了原有的汞弧閥換流器，標誌着電力電子技術正式應用於直流輸電。從此以後世界上新建的直流輸電工程均採用晶閘管換流閥。