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1、第38卷第3期Vol.38No.32014年2月10日Feb.10,2014DOI:10.7500/AEPS20131213006电力电子装置在电力系统中的应用姜建国,乔树通,郜登科(电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市200240)摘要:电力电子装置能够促进电力系统向可持续发展和智能化转型。从发电、储能、微型电网、输电和电能质量5个方面,介绍了电力电子装置在电力系统中的主要应用。从提高电力电子装置可靠性、安全性、经济性和标准化的视角,综述了可靠性评估、故障运行管理、硬件在回路仿真和电力电子标准模块的研究工作。最后阐述了电力电子装置在
2、电力系统应用中亟待解决的难题。关键词:电力电子装置;电力系统;可靠性;故障管理;硬件在回路仿真;电力电子标准模块0引言发电机组应用交流励磁技术,通过对励磁电流频率的动态调整,实现了发电系统对水头压力和水流量电力系统是能源利用、输送和配给的主要载体,动态变化的快速调节,改善了发电品质,提升了发电在社会经济中发挥着重要作用。化石能源和气候环效率。境的危机使得电力系统正在从规模化发展向可持续[3]2)风力发电。变流器是风力发电中不可或缺发展和智能化转型。分布式电源和储能装置的大规的核心环节。风电变流器通过整流器和逆变器将不模接入,地方电网、微型电网与主干电网的配合,
3、高稳定的风能变换为电压、频率和相位符合并网要求效、灵活的输电方式,配电和用电的智能化双向互的电能。随着变流器拓扑结构由两电平、三电平向动,供电质量和可靠性的提高,是电力系统转型的特[1]H桥级联型、有源中点钳位、模块化多电平换流器征。(MMC)等多电平拓扑方向发展,使得风力发电系统在电力系统中,可再生能源的并网发电、储能装的容量和电压等级逐步提高,有效降低了线路损耗置的功率转换、交直流电网的柔性互联、配用电能的和传输导线成本,促进了风电特别是海上风电的大双向流动、无功和谐波的动态补偿都需要依靠电力规模开发。目前国际上新的并网运行规则要求,在电子装置来实现。随着
4、高电压、大功率电力电子器风力发电系统接入电网时,发电系统需具备有功功件的发展,变换器模块化、单元化和智能化水平的提率控制、无功功率调节、并网频率变化、故障穿越和升,控制策略和调制策略性能的提高,电力电子装置低电压穿越能力。[2]在电力系统中将会发挥更大的作用。[4]3)光伏电站。大型光伏电站由光伏阵列组本文介绍了电力电子装置在发电、储能、微型电件、汇流器、逆变器组、滤波器和升压变压器构成,是网、输电和电能质量方面的主要应用,分析了电力电大规模集中利用太阳能的有效方式。通过给并联逆子装置对于电力系统性能改善的作用,对电力电子变器施加“电网友好”的控制方案,光伏电
5、站可以实装置的可靠性评估、故障运行管理、硬件在回路仿真现无功补偿、有源滤波和动态电压补偿等功能。目和电力电子标准模块技术进行了论述。前,大型光伏发电系统正处于从示范到大范围推广1电力系统中电力电子装置的主要应用应用的关键阶段,还存在光伏阵列组合的多峰值特性和热斑效应、逆变器组合的非理想特性等技术问1.1发电环节题,因此,光伏电站的科学设计需要综合考虑光伏阵1)发电机组励磁。大型发电机组应用静止励磁列的组合方式、逆变器的组合方式及其并网拓扑等技术,与励磁机相比,具有调节速度快、控制简单的因素。特点,显著提高了发电厂的运行性能和效率。水力1.2电能存储储能技术在电
6、力系统中应用可以缓解高峰负荷收稿日期:2013-12-13;修回日期:2013-12-28。国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目供电需求,提高现有电力设备的利用率和电网的运(2011AA050403);高等学校博士学科点专项科研基金新教行效率;可以有效应对电网故障的发生,提高电能质师类资助项目(20110073120034)。量和用电效率,满足经济社会发展对优质、安全、可—2—·电力电子技术应用专题·姜建国,等电力电子装置在电力系统中的应用靠、高效用电的要求。在各种储能方式中,抽水蓄网互为支撑,是发挥分布式电源效能的最有效方[8]能、压缩空气储能和电池
7、储能是可以达到兆瓦级的式。[5]储能技术。在微型电网中,分布式电源和储能装置的互联[6]1)可调速抽水蓄能。抽水蓄能电站通常由上可采用多变换器方案实现,也可由一个多接口变换水库、下水库和输水及发电系统组成。在运行过程器来实现。采用多个变换器时,各个控制器相互独中,上下水库落差不断变化,因此抽水蓄能电站只有立,必须依靠通信方式进行协调工作,存在成本高、工作在变速状况下才能取得最佳发电效率。目前,可靠性差、通信延迟长等问题,降低了系统性能。多可调速抽水蓄能机组主要采用转子绕组励磁方式,接口变换器是一种可自我持续的多输入多输出变换励磁调节系统通常采用基于晶闸管的周波
8、变换器或器,它能与各种分布式电源、储能
