电力系统电力电子领域未来10年发展趋势预测-第3页-北极星输配电网

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技术挑战

经过多次热烈的讨论之后，FEPPCONVIII2015的与会专家们达成了一致意见，认为电力系统电力电子化带来了下述重大挑战：

■研究、设计的视角需要从单个装置分析的层面上升到系统全局优化的层面，采用“先自上而下，再自下而上”的反复校验方法，同时兼顾整体（系统）与局部（装置）间的兼容性。系统层面的整体设计可能会牺牲某个局部装置的性能，但却可以使整个系统获得期望的、最优的技术性能和经济效益。在此视角之下，变流器是否还需要再执行功率（有功、无功）均分策略？可再生能源是否必须处于最大功率跟踪模式？并网变流器的功率因数是否必须严格为1？公共母线是否还可假设为理想电压源？变流器是否还能工作在电流源模式？

■需要特别重视电力电子化系统的技术经济性分析和优化，制定合理的价格策略，选择匹配的技术方案，要注意具体问题具体分析。可能有些应用场合会因为可靠性或者特定的技术指标要求使用稍贵一点的变流器；而对于更多的应用场合来说，常规的变流器以及普通的技术方案即可满足要求。特别注意：成本不断降低、技术不断成熟才是推动电力电子化系统走向工业的根本动力。

■亟需研究新的建模技术和数学模型。新的建模技术和数学模型除了考虑器件、装置、系统的动静态电气特性以外，还必须考虑热力学特性、全寿命周期成本、可靠性等因素，以实现系统级的优化设计与控制。

■亟需开展标准规范的制定。标准规范跟不上技术发展的速度将会明显阻碍电力电子化系统的推广，尤其是电力电子装置接入电气系统的相关标准非常重要，这是系统电力电子化的第一步。

■如何确保电力电子化的供电系统仍然能够维持安全、稳定、高效地长期运行？解决这一问题所必须的基础理论、建模方法、设计工具、测试技术都还未真正建立起来。

■电力电子化系统的故障特性与经典电网差异非常大，且潮流是双向的，因此电力电子化背景下的传统继电保护方法将失效，而变流器的故障特性分析以及新形势下的继电保护技术等内容尚未有效地开展研究。

■计及可靠性、经济性的电力电子化系统设计方法几乎还未开展研究，学术界应当优先开展这一方面的讨论，为工业界提供理论参考，因为可靠性、经济性是工业应用考虑的首要因素。

研究方向

针对电力系统电力电子化带来的技术挑战，科学家们需要首先从理论研究上取得突破，从而用新视角、新理论、新方法来解决新形势下带来的新问题，找到新办法，发现新机遇。

■开发若干标准测试系统，且标准系统应当包含常用的拓扑结构、运行工况。为了促进传统电网的研发，IEEE制定了一系列标准系统，方便科学家们针对标准系统来测试新技术、新方法的性能。目前非常缺乏电力电子化电网的标准系统，导致科研人员作出的成果无法在统一的标准环境下进行对比分析，不便于若干新技术的迭代更新。

■开发实用的、面向系统的建模技术和数学模型，同时必须考虑多物理场耦合效应，包括电气部分、热场部分、经济效益和可靠性，此外还得考虑负荷的动态特性。

■研究并网变流器以及大规模电力电子化电力系统的动态行为特性及其稳定性，也许在开始这个工作之前还必须先建立动态特性与稳定性分析所需要的理论、方法和工具。

■研究并网变流器以及大规模电力电子化电力系统的故障特性，建立“器—网”交互作用分析的一般性分析方法和基本概念，开发相应的继电保护技术和装置。

■在系统层面上来考虑变流器的保护问题，而不是仅仅只从设备自身来谈保护，必须从“利己”的保护模式向负责任的“利己利他”模式转变。变流器保护绝对不能只是安装几个保险丝那么简单了，必须将变流器的保护作为变流器控制以及系统性能设计的一部分。

■建立电力电子化电力系统分析、设计、控制、通讯、保护等研发所需要的基本术语，对若干关键术语进行标准化定义。统一语言才能有效促进相关的研究和应用。

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