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2电力系统电力电子化及其关键技术
2.1提高交流输电的功率控制与处理能力
在未来电网的发展过程中,正弦交流电仍是电网的主要电力形式,而与直流输电不同的是,交流输电本身并不需要依赖电力电子设备,因此本身也就缺少了灵活控制和主动处理的能力,基于电力电子变换的灵活交流输电技术(FACTS)的出现和发展弥补了交流输电在这一方面的缺陷。
FACTS除具有功率快速调节能力外,还具有支撑系统电压、补偿系统无功和提高系统暂态稳定性的功能。此外,在与新能源发电或储能设备相结合后,FACTS装置的功能更加全面,既可作为新能源并网发电的接口,又可在储能设备的支撑下,向系统提供可观急需的有功功率。
2.2(混合式、多端)柔性直流输电及网架结构
高压直流输电是远距离灵活送电和电网之间解耦互联的有效手段,随着大规模间歇性和随机性新能源接入电网,直流输电将发挥其特有的功能和得到更加广泛的应用。
随着大功率全控型电力电子器件制造及控制技术的发展,基于电压源型换流器的高压直流输电技术以其灵活的四象限运行优势、较强的电压调节能力和较好的阻尼特性而迅速发展。
高压直流输电正在由传统LCC-HVDC输电转向LCC-HVDC与VSC-HVDC混合输电模式和完全的柔性直流输电模式。在组网方面,多端直流输电能够实现多电源供电和多落点受电,能够实现源网之间以及区域网之间的高度解耦,以实现多点间歇性大规模新能源的并网发电。
2.3有序供用电与优质电力保障
有序供用电一直是我国电力系统需求侧管理领域中的重要内容。在早期,有序用电是主要的研究和管理内容,并利用法律、行政、经济和技术等手段,通过加强用电管理来改变用户用电方式,采取错峰、避峰、轮休、让电和负控限电等一系列措施,避免无计划拉闸限电,规范用电秩序,将季节性、时段性电力供需矛盾给社会和企业带来的不利影响降至最低程度[22]。
现如今随着分布式新能源的广泛接入和电动汽车等新型负荷的规模化应用,有序供电已成为与有序用电同等重要的关键技术,如何通过协调微电网群的运行从而保证经济的、环境友好的电能利用将成为未来电网要解决的主要问题之一。
与电能有序利用紧密关联的是保证为用户提供高质量的电力。随着分布式新能源的广泛应用和大量电力变换设备接入电网,保证高效电能利用和优质电力供应的任务更加严峻,研发电能质量控制装置和开发新的电能质量治理技术是解决问题的关键。
2.4功率转换(高频隔离)系统与微网能源管理
随着功率转换系统的进一步发展,在拓扑结构方面,新的功率转换系统发展迅速,其中较为突出的即为采用高压碳化硅器件的高频隔离功率转换系统,目前主要应用于光伏的并网发电,可实现输入输出之间的电气隔离,与传统工频变压器相比,可显著提高逆变器系统的功率密度,减小体积和重量。
微网是实现分布式能源高效利用的主动配电网组网形式,各分布式电源、储能设备及负荷多采用电力电子变换器接入系统,通过能量管理进行协调控制,可实现能量的有序调配。微网的能量管理功能既包括对电网信息、分布式电源信息、储能信息以及负荷信息的监测、采集与控制,对新能源发电以及负荷需求的预测,又包括发电、储能与负荷之间的功率调度,同时还包括微网与主网在并网与离网之间的无缝转换。实现微网的高级能量管理是微网稳定运行、经济优化调度以及分布式能源高效利用的基础和前提。
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