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

先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的有效應(yīng)用摘要：現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展，使得信息化、自動(dòng)化成為其發(fā)展的主要特征和趨勢(shì)。以傳感器、智能開(kāi)關(guān)等為代表的新興電子技術(shù)，更是成為當(dāng)前智能電網(wǎng)應(yīng)用的重點(diǎn)。本文結(jié)合先進(jìn)電力電子技術(shù)的含義，就電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中發(fā)揮的作用進(jìn)行探討，然后就先進(jìn)電力電子技術(shù)的典型應(yīng)用方向做深入的闡述和分析，從而指出梳理當(dāng)前我國(guó)電力電子的應(yīng)用方向。通過(guò)上述的梳理，為系統(tǒng)掌握電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：電力電子；傳感器；智能電網(wǎng)；柔性輸電；應(yīng)用隨著我國(guó)電力需求的不斷變化，智能電網(wǎng)成為當(dāng)前電力輸送的主力軍。通過(guò)智能電網(wǎng)，大大提高了電力輸送的質(zhì)量，調(diào)整了電力輸送的結(jié)構(gòu)。而智能電網(wǎng)的應(yīng)用，是以大量電力電子技術(shù)作為基礎(chǔ)，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，大力促進(jìn)了智能電網(wǎng)的數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化。對(duì)此，本文結(jié)合以往的研究基礎(chǔ)，就當(dāng)前智能電網(wǎng)中電力電子技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行全面的梳理，從而為電力電子技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行分析。1、 先進(jìn)電力電子技術(shù)概述 作為電力領(lǐng)域應(yīng)用中的一種新興技術(shù)，電力電子技術(shù)被大量的用于電力的輸送和交換。通過(guò)大量的電子器件對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，從而為廣大的居民提供可靠的電力服務(wù)。當(dāng)前，電力電子技術(shù)在電力中的應(yīng)用涵蓋多個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)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(xiàn)出一種合理的狀態(tài)。通過(guò)優(yōu)化電能需求結(jié)構(gòu)，促進(jìn)發(fā)配電輸送的升級(jí)優(yōu)化。同時(shí)，借助電力電子技術(shù)，加快了對(duì)機(jī)電一體化的改進(jìn)，提高了電力能源的生產(chǎn)。2、 先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的作用在智能電網(wǎng)中，先進(jìn)電力電子技術(shù)的應(yīng)用對(duì)保障智能電網(wǎng)的運(yùn)行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，改善了傳統(tǒng)電力輸送的環(huán)境，同時(shí)大大提高了電力輸送的安全性和可靠性，減少了各種復(fù)雜天氣下給電力輸送帶來(lái)的損失。因此，電力電子技術(shù)的主要作用主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：第一，提高了資源的轉(zhuǎn)化率。在面對(duì)有限的資源情況下，如何提高資源的利用率成為電力技術(shù)部門(mén)研究的重點(diǎn)。借助先進(jìn)的電力電子技術(shù)，將傳統(tǒng)的電力輸送網(wǎng)全部納入到統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中，形成一張巨大的涵蓋發(fā)電、輸電和配電的網(wǎng)絡(luò)中。由此，借助當(dāng)前的電力電子技術(shù)大大整合了電力資源，實(shí)現(xiàn)了不同地區(qū)電力資源的優(yōu)化。如通過(guò)智能電網(wǎng)變配電，貴州的電力可以輸送到廣東、江蘇一帶，實(shí)現(xiàn)了加大努力資源的優(yōu)化利用。第二，借助先進(jìn)的電力電子技術(shù)，大大提高了電網(wǎng)電力的質(zhì)量，使得電力配送更加平穩(wěn)。同時(shí)，先進(jìn)電力電子技術(shù)的應(yīng)用，也加大了電力工作者對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備的投入，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全度和可信度。第三，促進(jìn)清潔能源的利用。通過(guò)智能電網(wǎng)大大降低了對(duì)環(huán)境的污染程度，如借助當(dāng)前的電力電子技術(shù)，大力發(fā)展光伏發(fā)電站，以此提高了對(duì)自然資源的利用，保護(hù)了環(huán)境。3、 電力電子技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)前，智能電網(wǎng)是我國(guó)電力發(fā)展的必然趨勢(shì)。總結(jié)當(dāng)前電力電子技術(shù)的應(yīng)用，其大致可以歸納為以下幾個(gè)方面：3.1柔性交流輸電技術(shù)對(duì)柔性交流輸電技術(shù)來(lái)講，是常用的一種技術(shù)，也是輸配電系統(tǒng)與電子技術(shù)融合而衍生出的一種新技術(shù)。在該技術(shù)中，主要包括通信技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和微電子技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)，對(duì)智能電網(wǎng)中的交流電進(jìn)行擴(kuò)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(wǎng)穩(wěn)定性。同時(shí)其中的系統(tǒng)參數(shù)控制也更加靈活、方便，使控制技術(shù)和電力電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了輸變點(diǎn)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(shù)或以往控制器的基礎(chǔ)上，可提高電力輸送質(zhì)量的一種交流輸電系統(tǒng)。與以往的輸電系統(tǒng)相比，F(xiàn)ACTS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(lián)型、串聯(lián)型等四種組合。其中串聯(lián)型控制器等同于一個(gè)可變電阻，這個(gè)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(lián)型可以為可變阻抗，也可以是一個(gè)可控的電流源；串并聯(lián)型和串串聯(lián)型通常由單個(gè)串聯(lián)控制器與串聯(lián)控制器或并聯(lián)控制器組合。在并聯(lián)型組合中，我們通常又將FACTS系統(tǒng)設(shè)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?yàn)榻M合方式的通過(guò)，其功能也有所不同。如典型的靜止同步補(bǔ)償器，將其并聯(lián)在系統(tǒng)中，可大大控制其容性或者感性電流，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的儲(chǔ)能作用。圖1基于儲(chǔ)能的靜止同步補(bǔ)償器在串串組合型中，電力電子技術(shù)的應(yīng)用主要是以潮流控制器為主。這類控制器主要是以串聯(lián)型控制器作為基礎(chǔ)，通過(guò)多個(gè)靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器構(gòu)成。其典型的應(yīng)用為統(tǒng)一潮流控制器。具體見(jiàn)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(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，這種技術(shù)中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，將固定電容器和晶閘管控制電抗器組合起來(lái)（即FC+TCR）.在FC的配合下，其中的TCR可在90180度的范圍之內(nèi)改變傳統(tǒng)晶閘管的觸發(fā)角，并連續(xù)的對(duì)SVC系統(tǒng)從電網(wǎng)的吸收，或者調(diào)節(jié)發(fā)出的無(wú)功功率。其中，TCR的結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 TCR結(jié)構(gòu)原理3.2高壓直流輸電技術(shù)對(duì)高壓直流輸電技術(shù)來(lái)講，通常是利用相關(guān)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(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為可以直接輸送的高壓直流電。當(dāng)電能在輸送到預(yù)定的地點(diǎn)后，將其中的高壓直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，最后則通過(guò)換流變壓器實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的輸出。具體過(guò)程見(jiàn)圖3所示。圖3 直流輸電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)在圖3中可以看出，直流輸電系統(tǒng)應(yīng)用了大量的電力電子設(shè)備，從而將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并最終送達(dá)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(duì)電力進(jìn)行遠(yuǎn)距離和大規(guī)模的輸送，電能損失小的特點(diǎn)。而這種輸電技術(shù)也成為未來(lái)發(fā)展的方向，并將大力結(jié)合電力電子技術(shù)不斷推進(jìn)。3.3 高壓變頻技術(shù)當(dāng)前，高壓變頻技術(shù)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、制造工藝精度高的特點(diǎn)。同時(shí)該技術(shù)利用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，并具有很強(qiáng)的靈活性。該技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用中，其主要的作用是對(duì)整個(gè)電網(wǎng)等運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。具體來(lái)說(shuō)，借助高壓變頻技術(shù)，可減少智能電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中的能量損耗，并大大節(jié)約能源。高壓變頻技術(shù)最為典型的應(yīng)用為高壓變頻器。以當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的AMBHVI高壓變頻器為例，其具體的結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 高壓變頻器結(jié)構(gòu)在高壓變頻技術(shù)中，應(yīng)用了大量的功率器件IGBT，如在常用的單元串聯(lián)多重化電壓源型高壓變頻器當(dāng)中，應(yīng)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(guò)這種方式，也大大提高了電能輸送效率。3.4智能開(kāi)關(guān)技術(shù)智能開(kāi)關(guān)技術(shù)中對(duì)電力電子的應(yīng)用非常多，在其中應(yīng)用了大量的傳感器技術(shù)，通過(guò)這些傳感器技術(shù)對(duì)電力信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，包括局部放電信號(hào)、柜內(nèi)溫度信號(hào)，最后通過(guò)主控芯片處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)參數(shù)的控制。具體控制原理如圖5所示。圖5 智能開(kāi)關(guān)技術(shù)原理通過(guò)圖5可以看出，通過(guò)CAN總線通信技術(shù)，同時(shí)借助以太網(wǎng)連接主控室，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同參數(shù)的采集與指令發(fā)送，總控制室通過(guò)指令，直接發(fā)送給相關(guān)的執(zhí)行單元，完成對(duì)柜內(nèi)的控制。而基礎(chǔ)上述的原理，不僅可以使用以太網(wǎng)，還可以通過(guò)Zigbee無(wú)線技術(shù)、Gprs通信技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的采集中，除上述的傳感器等的單片機(jī)技術(shù)以外，還可以引入其他的傳感器或電子設(shè)備，如見(jiàn)RFID引入都數(shù)據(jù)的采集中，這樣不需要進(jìn)入柜內(nèi)即可讀取相關(guān)的信息。4結(jié)束語(yǔ)隨著全球資源的日益消耗，加強(qiáng)對(duì)能源的保護(hù)和節(jié)約成為當(dāng)前人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的步伐，加快清潔能源的建設(shè)，對(duì)保護(hù)日益嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)具有重要的作用。而未來(lái)隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展 ，先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用將成為常態(tài)。這些電力電子技術(shù)不僅保障了智能電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，還加強(qiáng)對(duì)找整個(gè)電網(wǎng)的優(yōu)化，大大提高我國(guó)能源利用效率。參考文獻(xiàn)1姚良忠,吳婧,王志冰,李琰,魯宗相. 未來(lái)高壓直流電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)分析J. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014,34:6007-6020.2張莉. 先進(jìn)電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究J. 吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)(中旬),2015,09:132-133.3侯劍雄,楊