目前電力電子在電力系統(tǒng)應(yīng)用主要有哪些前沿的研究熱點

電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善 這些設(shè)備的運行特性為主要目的。
(一) 大型發(fā)電機的靜止勵磁控制。靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式， 具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價低等優(yōu)點，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進的控制規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
(二) 水力、風(fēng)力發(fā)電機的變速恒頻勵磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭 壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組)，機組的最佳轉(zhuǎn) 速亦隨之發(fā)生變化。 風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調(diào)整轉(zhuǎn)子勵磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。 此項應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
(三)發(fā)電廠風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為 8%，風(fēng)機水泵耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的 65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風(fēng)機水泵的變頻調(diào)速，可以達到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟，國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品。
(四)太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能，是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電，無論是獨立系統(tǒng) 還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實施的陽光計劃以 3～4kW 的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國實施的送電到鄉(xiāng)工程則以 10～15kW 的獨立系統(tǒng) 居多，而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠(7.2MW)等。
在輸電環(huán)節(jié)的運用
(一)柔流輸電技術(shù)(FACTS) 交流輸電或電網(wǎng)的運行性能。已應(yīng)用的 FACTS 控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調(diào)相機(STATCON)、靜止快速勵磁器 (PSS)、串聯(lián)補償器(SSSC)等。近年來，柔流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、 巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)也對 FACTS 進行了深入 的研究和開發(fā)。
(二) 高壓直流輸電技術(shù)(HVDC) 流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力。此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，由于采用了可關(guān)斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可 用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺、海島) 供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)， 并用于接入。
近年來， 直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用 IGBT 等可關(guān)斷電力 電子器件組成換流器， 應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進行無源逆變，解決了用直流輸電向無 交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設(shè)備，降低造價。
(三) 靜止無功補償器(SVC) SVC 是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替代了電氣開關(guān)， 實現(xiàn)快速、 頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。SVC 可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。
在配電環(huán)節(jié)的運用
配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能 質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力 (CustomPower)技術(shù)。用戶電力技術(shù)(CP)技術(shù)和 FACTS 技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型 新式電力電子技術(shù)。 采用 FACTS 的核心是加強交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電力傳輸能力;發(fā)展 CP 的目的是在配電系統(tǒng)中加強供電的可靠性和提高供電質(zhì)量。 CP 和 FACTS 的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和功能上也相同，其差別僅是額定電氣值不同，目前二者已逐漸融合于一體，即所謂的 DFACTS 技術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，固態(tài) 斷路器(SSCB)，故障電流限制器(FCL)，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)等。
我國電力電子技術(shù)的發(fā)展
1. 配電自動化前景
配電網(wǎng)自動化智能電網(wǎng)投資重中之重： 配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個環(huán) 節(jié)， 其實現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。配電自動化是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。從投資構(gòu)成上我們預(yù)計，智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上，配網(wǎng)自動化將占 40%左右，是智能電網(wǎng)投資的重中之重。 我國配網(wǎng)自動化處于初級階 段：配網(wǎng)自動化在我國處在起步階段，國內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動化率不足 10%，目 前國外配網(wǎng)自動化的比例達到 60%-70%，國內(nèi)仍剛剛開始試點，未來市場空間廣闊。
2. 配電自動化簡介
配電自動化指：利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè) 備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質(zhì)量， 與用戶建立更密切更負責(zé)的關(guān)系， 以合理的價格滿足用戶要求的多樣性， 力求供電經(jīng)濟性最好， 企業(yè)管理更為有效。 配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。 從保證對用戶的供電質(zhì)量， 提高服務(wù)水平， 減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。
配自動化包含以下配電自動化包含以下 4 個方面：①饋線自動化。饋線自動 化完成饋電線路的監(jiān)測、 控制、 故障診斷、 故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。 其主要功能有： 運行狀態(tài)監(jiān)測、遠方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無功補償和調(diào)壓等。②變電站自動化。變電站自動化指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息 處理與傳輸技術(shù)， 通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進行監(jiān)控、測量和運行操作的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化以信號數(shù)字化和計算機通信技 術(shù)為標志， 進入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域，使變電站運行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的 變化，取得顯著的效益。變電站自動化的基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護交換信息、自動控制的協(xié)調(diào)和配合、 與變電站其他自動化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通 信等項功能。變電站自動化技術(shù)是配電自動化的重點之一。③配電管理系統(tǒng)。配 電管理系統(tǒng)(DMS)是指用現(xiàn)代計算機、信息處理及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對配電網(wǎng)的運行進行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個配電自動化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)、配 電網(wǎng)運行管理、 用戶管理和控制、自動繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS) 等。④需求側(cè)管理。通過一系列經(jīng)濟政策和技術(shù)措施，由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個內(nèi)容涉及電力供需雙方， 甚至與電力管理體制有關(guān)， 必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī)則， 并最終由電力市場來調(diào)節(jié)。可以看到，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關(guān) 系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系，在電力市場環(huán)境下，需求側(cè)管理必將被重視。
3.配電自動化發(fā)展趨勢
根據(jù)對國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)的研究，配電自動化技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：
1) 多樣化 盡管配電自動化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，但是從日本等國家的應(yīng)用情況看，各個階段的技術(shù)都在使用，并且各有其適應(yīng)范圍：基于自動化開 關(guān)設(shè)備相互配合的饋線自動化系統(tǒng)適合于農(nóng)網(wǎng)等負荷密度低、供電半徑長、故 障較多而供電可靠性較差的區(qū)域;第二階段的配電自 動化系統(tǒng) (DAS)適合于 中小城市和縣城;基于人工智能具有豐富高級應(yīng) 用的第三階段配電自動化系統(tǒng) 適合于大城市和重要園區(qū); 甚至僅僅具有遙信和遙測功能而不具備遙控功能的配電網(wǎng)信息系統(tǒng)也有其應(yīng)用前景，主要因為它可以直接采用公用通信資源 (如 GPRS 等)，而不需要建設(shè)專用通信網(wǎng)。
2)集成化 配電自動化涉及面很廣，它不但有自己實時信息采集的部分，還有相當多的實時、 非實時和準時實時信息需要從其它應(yīng)用系統(tǒng)中去獲取。 比如， 從地調(diào)自動化系統(tǒng)中獲取主供電網(wǎng)和變電站信息; GIS 系統(tǒng)中獲取配電線路拓 從 撲模型和相關(guān)圖形;從 PMS 系統(tǒng)中獲取配電設(shè)備參數(shù);從用電營銷系統(tǒng)/負荷控 制系統(tǒng)中獲取用戶信息等。因此， 配電自動化的主站不再是單一的實時監(jiān)控系統(tǒng)， 而是將多個與配電有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)集成起來形成綜合應(yīng)用的系統(tǒng)。為了規(guī)范應(yīng)用 系統(tǒng)間集成和接口，國際電工委員會制訂了 IEC 61968 系列標準，提出運用信 息交換總線 (即企業(yè)集成總線)，可將若干個相對獨立的、相互平行的應(yīng)用系 統(tǒng)整合起來，在實現(xiàn)信息交換的同時，使每個系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮自己的特色，形成一個有效的應(yīng)用整體。
3) 智能化 配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，配電系統(tǒng)智能化則是配電自動化的發(fā)展方向。因此，配電自動化與實現(xiàn)智能電網(wǎng)密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在： 自 愈配電技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中饋線自動化的故障診斷、定位、隔離以及恢復(fù)供電的基本功能，在智能電網(wǎng)的背景下需要進一步升級為適應(yīng)分布式發(fā)電的 雙向能量流下的饋線自動化功能。 高效運行技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中高 級應(yīng)用軟件功能。在智能電網(wǎng)的背景下需要進一步升級為考慮設(shè)備全生命周期的資產(chǎn)優(yōu)化與智能調(diào)度業(yè)務(wù)功能。 分布式電源和儲能系統(tǒng)的接入技術(shù)。這是配電 自動化系統(tǒng)面臨的新要求， 尤其是涉及到配網(wǎng)潮流計算和分析以及分布式電源對電網(wǎng)的影響。 定制電力技術(shù)。根據(jù)電能質(zhì)量的相關(guān)標準，以不同的技術(shù)和價格提供不同等級的電能質(zhì)量， 以滿足不同用戶對電能質(zhì)量水平的需求。配電自動化 系統(tǒng)是其技術(shù)支撐手段之一。用戶互動技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中停電管 理功能，在智能電網(wǎng)的背景下需要進一步升級為適應(yīng)用戶雙向互動的業(yè)務(wù)功能。
現(xiàn)在我國的電力都在往智能電網(wǎng)這塊發(fā)展，所以的技術(shù)和發(fā)展都在一步一步的智能化，相信電力電子技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用可以加速電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。