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电力电子装置在电力系统中的应用
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　　摘要：电力系统中的发电、储能装置转换功率以及交直流电网的互联等等都是需要依靠电力电子装置来完成的，电力电子装置的不断科技化也加快了电力系统的转换和升级。我国目前对于电力系统的可持续发展十分重视，也加大了财政以及政策上的支持力度，促进电力电子装置的改进以适应电力系统的发展以及人民群众的需求。
　　关键词：电力系统；电力电子装置；应用
　　近年来，我国电力系统发展迅速并且趋于智能化、自动化、高效化等方向集中发展，在其中，电力电子装置技术的不断升级是促使电力系统在以上方面不断进步的根本动力，我国各个研究机构当前在电力电子装置领域也加大了研发投入。目前，在我国电网组网中，电力电子装置主要应用于供需用电转换、功率互配、可再生能源的并网发电以及交流电网与直流电网之间的互联并网等方面。本文就当前电力电子装置对于电力系统性能的提升与改善进行系统性的论述与总结。
　　一、在电力系统中电力电子装置的应用特点
　　1、对系统可靠性的影响
　　电力电子装置可靠性是影响电力系统运行效果的重要因素，电子装置的平均维护时间、平均无故障运行时间、故障率决定了其可靠性的高低。因此对电力电子装置进行可靠性评估可以确保电力系统的运行稳定性和安全性。与此同时，可靠性估算结果能够为电力系统的维修、检查和运行提供重要的参考。
　　2、故障管理特征
　　电子装置在进行长时间运转之后必然会出现一些故障。一般来说，电子装置的故障都是温度循环波动或者过高的温度导致的。在故障管理中，需要预测和预先诊断电子装置的故障，并且根据诊断结果制定合理的后期保护措施和维修策略。同时对于推测出的电子装置剩余工作年限，采取相关的预防对策[1]。
　　故障管理指的对故障的预测和诊断。当系统中的子系统或者元件出现故障时，系统中具备容错运行能力的电力电子装置可以及时更改控制方法和调制策略来实现对故障部分的隔离，从而让整套装置能够正常运行。容错运行形式分为准正常运行和降级运行两种。准正常运行指的是开启冗余设计中的子系统或者功率器件来实现正常运行状态。降级运行指的是利用系统中电力电子装置的固有冗余能力来在一定限度内保证系统在发生故障后的正常功能运行，但是会相应的减小输出功率、输出电压以及降低电能质量。降级运行相比于准正常运行具备成本低廉、运行简单，但是有利就有弊，应用范围比较小。
　　二、电力系统中电力电子装置的运用
　　1、在发电工作中的应用
　　电力电子在电力系统发电环节中的应用主要体现在三个方面：（1）发电机组励磁：大型的发电机组多使用静置励磁技术，此技术相对调节速度快、操控方便。水利发电机组常使用交流励磁技术，将励磁电流频率进行动态调整，使发电系统加快对水头压力及水量的调整，整体提高了发电质量；（2）风力发电：风力发电的主要步骤是变流器的工作。风力变流器使用整流器设备使不受控制的风能转化成电压与可使用电能。
后期变流器的不断发展使其性能极大提升，提高了风力发电系统的电容量与电压等级；（3）光伏电站：光伏电站是将太阳能集中处理的结构，现阶段大型光伏发电系统处于发展推广的阶段，存在光伏阵列组合的热斑效应与逆变器组合的特征未理想化等问题，证明光伏发电的建设需要充分考虑光伏阵列的组合方式与逆变器的组合方式因素。
　　2、电能存储中的应用
　　电力系统供电的过程中，高峰负荷供电时段经常存在，并且，该时段有着较大的供电需求，为了能够很好的缓解该时段的供电需求，就需要应用到电能存储方式，进而确保电网可以有效运行。此外，将电网的运行效率提升，同时，这种方式还可以降低故障的发生几率，有效得到提升电能的效率和质量。将安全、可靠、高质的电能为用户提供出来，适应客户需要。将电力电子装置应用到电能存储中，因为储能方式的多样性，在电磁储能、抽水蓄能和压缩空气蓄能中都可以被应用，并且，蓄能的效果都非常的优越。
　　3、微型电网的应用
　　微型电网主要是由储能装置、分布式电源、电子负荷、功率变换器、监控保护装置共同构成的配电系统，通过安装功率变换器，能够使外部与微型电网同步并网运行，确保能量平衡与局部优化。实践证明，将分布式电源接入到电网中并网运行，能够发挥微型电网的最大效能。在微电网运行中，通常使用多变换器处理储能装置与分布式电源互联问题，另外使用增加变换器接口也可以解决该问题。在使用多变换器时，要确保各个控制器能够保持独立，以通信的方式协调各方面运行，因此存在信号延迟、成本高、安全性差等问题。从运行情况来看，多接口变换器运行一般可以分为紧急模式、生产模式、恢复模式。当处于生产模式时，系统可以获取再生能源，在加强储能管理的同时满足负载需求。
　　4、输电环节的应用
　　直流输电。直流输电包括常规直流输电和柔性直流输电。与常规直流输电相比，柔性直流输电具有有功功率和无功功率独立可控、无需滤波及无功补偿装置、可向无源负荷供电、潮流翻转时电压极性不变等优势，因而被广泛应用。
　　分频输电。分频输电系统利用较低的频率传输电能，可减少交流输电线路电气距离，提高系统传输能力，抑制线路电压波动。在水电、风电等可再生能源发电系统中，十分适合利用低频进行发电和输电。目前，分频输电主要通过变频器实现输电线路与工频电网的连接。
　　固态变压器。固态变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁耦合电能变换技术相结合，可对电压或电流的幅值、相位、频率、相数和形状等特征进行变换的新型变压器。
　　5、实现无功补偿
　　无功补偿，就是提高电力系统的功率因素，降低输电过程中的电能损耗，提高供电量，所以，无功补偿是提高电力系统的工作效率的途径之一。无功补偿主要是通过能量间的交换来实现补偿，将容性负荷的装置与感性负荷的装置并联接在同一个电路中，如果感性负荷释放出能量，那么容性负荷就可以吸收感性负荷所释放出的能量，同理，当容性负荷释放了能量，感性负荷就可以吸收容性负荷释放的能量，这样就实现了能量间的交换。在无功补偿中主要使用了动态无功补偿器和链式静止同步补偿器。在电力系统中使用动态无功补偿器可以保持电压的稳定，减少电力系统功率改变的幅度。而链式静止同步补偿器则可以连续调节无功功率和迅速地相应系统，所以链式静止同步补偿器的可靠性比较高。
　　我国的国民经济在改革开放之后去的了迅猛的发展，在经济发展的同时科学技术水平也在不断地提升。人民群众对于电量的需求也在不断的扩大，涉及到生产生活的方方面面。电力系统的平稳运行不仅对于国家电网的安全有着重要的影响，对于国计民生也是十分重要的。由于化石燃料的大量使用使得环境污染也很严重，所以需要将电力系统的发展朝着更加稳定和可持续的方向发展，使用更加清洁的能源和更加环保的生产方式。科技的发展使得电力电子装置也得到了大规模的发展，这些装置极大地促进了电力系统的快速发展，尤其是其中蕴含的科学性使得电力系统的可持续性发展以及稳定性的发展有了可循之路。相信未来的电力电子装置将会更加多元化，在电力系统中运用的方式和范围也将不断的扩大，造福于国计民生。
　　参考文献
　　【1】姜建国.乔树通等.电力电子装置在电力系统中的应用[J].电力系统自动化，2014（03）.
　　【2】金萍，张庆范，崔纳新.电力电子快速同步分析方法与应用[J].实验室研究与探索，2014（02）.
　　【3】周虹屹.电力电子技术在无功补偿自动控制中的应用[J].中外企业家，9+251.
　　【4】刘世民，高敏，任春雷等.电子信息技术在电力自动化系统中的应用[J].电气技术，0-132.
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浅谈电力电子装置在电力系统中的应用
来源:《电力设备》2015年6期供稿文/刘俊
[导读]重庆市通信产业服务有限公司涪陵分公司
电力系统的任务是为人们日常生活、企业科研生产提供电力资源，而是社会经济能否稳定发展的重要依托。
（重庆市通信产业服务有限公司涪陵分公司& 408000）
摘要：随着电力技术的广泛普及，电力成为人民生存生产中必不可少的重要资源。为了满足社会对电力资源的需求，电力系统必然要向高度智能化、高度自动化发展。电力系统广泛采用的核心设备是电力电子装置，其科技水平的高低对电力系统的智能化发展的优劣起到决定性的作用。本文详尽分析了电力电子装置在电力系统中的应用情况，并对目前电力电子装置存在的问题提出了相应的解决方案。
关键词：电力电子装置；电力系统；应用
&&&&&&& 电力系统的任务是为人们日常生活、企业科研生产提供电力资源，而是社会经济能否稳定发展的重要依托。电力电子装置的应用贯穿电力系统的发电、配电、变电和输电等各个阶段，电力系统若想实现高可靠性、高稳定性和高效性，必须采用高度智能化的电力电子装置。与此同时，传统电力系统的发电方式往往使用不可再生能源，在造成严重的环境污染的同时能源的利用率低下，已不能满足社会的需求，对电力系统进行改进势在必行。在构建新型电力系统中必然会使用电具有较高科技水平的电力电子装置。因此，研究电力电子装置在电力系统中的应用具有重要的现实意义。
1 电力电子装置和电力系统的发展
&&&&&&& 随着大容量、远距离电力资源传输的需求逐渐提高，电力系统势必步入智能化、自动化发展的道路。目前，我国电力系统的智能化水平逐渐提升，在全国各地均可以使用电能，电力系统的规模位于世界前列。电力电子装置作为电力系统的重要基础，虽然起步较晚，但发展速度迅猛。电力电子装置的不断发展与改善同时也极大促进了电力网络的迅速发展。较为突出的改进为电力能源传输介质由传统的电缆传输转变为光纤传输；关键技术壁垒由硬件设计转变为软件设计；装置由传统的半控型装置逐步发展为全控型装置，目前已经发展到复合型装置；控制方法由传统的模拟控制转变为数字控制等等。然而，我国电力系统与发达国家相比仍存在着一定的差距，主要表现为智能化水平较低、科技含量较低、创新性技术应用较少等等。因此，我国电力行业的相关科技人才应该对电力电子装置进行深入的科学研究并将其先进的应用到电力系统的构建中，从而促进我国电力行业以及社会经济的进一步发展。
2.我国电力电子装置在电力系统中的应用
2.1 发电阶段
&&&&&&& 传统的电力系统通常利用不可再生能源进行发电，资源有限且会造成一定的环境污染。新型电力系统应因地制宜，利用当地环保的可再生能源，如风能、势能等，同时致力于进一步提高能源的利用效率，提高环保能源的使用率，本文将从风力发电、水力发电和太阳能发电三方面进行介绍电子电力装置在发电中的应用。
2.1.1 风力发电
&&&&&&& 由于风力变化极快，需要电力电子装置对风能进行整流、逆变后将其转变为可供人使用、具有稳定电压、频率的电能资源，最为普遍的装置为风力变流器。利用变流器中拓扑结构分层改变电能的容量和电压，增加了风力发电的效率。
2.1.2 水力发电
&&&&&&& 水力发电装置通过调节水库的高低位置的变化通过水力势能的改变进行发电。水力发电中发电机采用交流励磁技术，极大地加快了发电的速度，其核心电力电子装置为交流发电机组励磁。在交流励磁的控制系统原理简单，利用交流频率的改变直接调节对水压及流量的大小，可以实现快速、准确的水力发电，有效改善了水力发电站的发电。效率
2.1.3太阳能发电
&&&&&&& 太阳能发电需要的电力电子装置包括将太阳能转变为电能的光伏阵列原件、处理不稳定电能的滤波器、变压器、逆变器等装置。目前，太阳能发电系统的应用还存在一定的不足，如光伏阵列存在多峰值问题，有待进一步进行深入研究。
2.2 储能阶段
&&&&&&& 由于可再生能源的产生具有季节性、实时性，同时生活生产中使用电能也存在高峰期和低谷期，这就要求进行电能的储存，从而提高现有电力系统的稳定性和可靠性。本文将从目前在我国应用较为广泛的电池储能装置、水力储能装置和风力储能装置几个方面进行概述。
2.2.1 电池储能装置
&&&&&&& 我国对于电池储能装置的研究与其他其他储能方式相比时间较早，可以将任意发电装置产生的电力资源转化为电池中的电能。其原理为利用小功率直流变换器是电池中的电流平稳；利用拓扑结构将电池集成实现电压的高低和电流的变化；利用电压型四象限变换器在实现功率的调节。利用电力电子装置实现储能的最优化、损耗的最小化的储能系统。
2.2.2 水力储能装置
&&&&&&& 水力发电的储能装置一般采用抽水储能，常见的方法为利用抽水蓄能机组中励磁电流的频率和幅值的转换实现电力功率的转换，从而实现电力供能中调峰填谷、备用紧急能源等不同的作用。
2.2.3 风力储能装置
&&&&&&& 风力储能装置利用压缩空气进行储能，利用空气压缩机将剩余的电力资源用空气的压力进行存储，电能不足时，将空气的势能转化为电能进行发电。
2.3 输电阶段
&&&&&&& 电力系统若想在输电领域中实现长距离、高容量和低损耗的电力传输，需要电力电子装置进行协助降低电能的损耗，如换流器、变流器。在输电过程中长距离、高容量的电力传输一旦遇到意外灾害可能会造成严重的经济损失，电力电子装置能够及时的发现传输电力过程中的异常状况，根据具体的情况进行决策，以免产生重大的经济损失和资源浪费。
2.4 智能电网
&&&&&&& 智能电网是高度自动化、高度智能化的电力资源传输网络，利用自动化控制技术可对任意网络节点进行监控，实现节点间电力资源的双向流动。智能电网中采用功率变换器对用户的功率进行调节。利用电力电子装置的集成可实现电网中控制器通过通信系统进行协同工作，实现电网的自动化控制，增强智能电网的稳定性和可靠性。
2.5 提高电能利用率
&&&&&&& 由于自然中可再生资源如水力、风力或是太阳能并非是长时间供应的，但是对于电能的需求却逐年增加，因此电力系统必须降低电能的损耗、提高电能的使用效率。其中，链式静止同步补偿器可以通过无功补偿降低电压的扰动、维护电力系统的稳定性；谐波治理装置可以降低电网中的谐波，抑制不必要的能量损耗；动态电压恢复器通过对电压暂降进行补偿，降低电压引起的电力设备的损害，从而保障电力系统的稳定性和可靠性运行。
3 电力电子装置发展的建议
&&&&&&& 目前，我国在电力电子装置的应用方面已经取得了较大的突破，但是距离世界顶级的电力系统中电力电子装置的应用还有一定的差距。针对电力资源的大量需求和电力系统改善的需要，电力电子装置应该加强以下几个方面的研究。首先，增强电力系统的智能化，通过电力电子装置的一体化设计，实现电力系统的自动化控制。其次，在发电阶段加强风力发电换流器的可靠性与太阳能发电中逆变器的稳定性。再次，研究其他可再生能源发电的可行性与适用性。最后，增加电力系统出现故障时的应急措施，通过不断改进控制算法增强电力系统进行资源优化配置的能力，提高电力能源的使用效率。
&&&&&&& 电力电子装置是电力系统的重要基础，在保障电力系统及时、准确和可靠运行等方面发挥举足轻重的作用。换言之，电力电子装置科技水平的高低直接影响电力系统自动化水平的高低，直接决定我国经济的发展。因此，我国必须注重电力电子装置的科研与开发，促进电力单位或企业与高校或其他科研单位的合作，致力于将先进的电力电子装置应用于电力系统中，以便进一步满足社会发展对电力资源日益增加的需求。
参考文献：
[1] 姜建国.乔树通.郜登科.电力电子装置在电力系统中的应用[J].电力系统自动化，-5.
[2] 周孝信.陈树勇.鲁宗相.电网和电网技术发展的回顾与展望&&试论三代电网[J].中国电机工程学报，）：1-11.
[3] 国家电网公司&电网新技术前景研究&项目咨询组.大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J].电力系统自动化，）：3-8.
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电力电子技术在高压领域应用概况
[导读]电力电子技术在电力传输系统及在高压电器中的应用已十分广泛，已经显示出它越来越重要的作用。这里所说的&高压&应在6KV以上。主要应用领域为：1、高压交、直流输电;2、静止型动态无功补偿装置SVC;3、高压
电力电子技术在电力传输系统及在高压电器中的应用已十分广泛，已经显示出它越来越重要的作用。这里所说的&高压&应在6KV以上。主要应用领域为：1、高压交、直流输电;2、静止型动态无功补偿装置SVC;3、高压电机软启动;4、高压直流电源及高压变频;一、高压交、直流输电现代电子技术、控制技术、计算机技术等与传统电力技术的融合产生了发展前景广阔的电力电子技术。电力电子技术在高压直流输电(HVDC)、静止无功补偿器(SVC)等领域已有广泛的应用。八十年代后期，为了充分利用已有的输电设备、有效地控制系统潮流分布、提高对电力系统稳定性的控制能力，提出了&灵活交流输电技术(FACTS)&并得到了很快发展，FACTS装置的目的都是通过利用大功率电力电子器件的快速响应能力，实现对电压、有功潮流、无功潮流等的平滑控制，从而在不影响系统稳定性的前提下，提高系统传输功率能力，改善电压质量，达到最大可用性、最小损耗、最小环境压力、最小投资和最短的建设周期的目标。可控串补(TCSC)、新型无功发生器(STATCOM)、统一潮流控制器(UPFC)等工业样机相继投运。九十年代中期，为解决日益突出的电能质量问题，国外又提出了&定制电力(Custom Power)&技术，即把电力电子技术用在配电领域。属于这类技术的新型电力设备，如配电用新型静止无功补偿器(DSTATCOM)、动态电压恢复器(DVR)、静止开关(SSB)等也相继投运。我国对电力电子技术的研究经过40多年的努力，特别是近十多年的迅速发展，在部分领域已经初步形成了分析研究、试验仿真、设备制造、系统集成的能力，但整体技术与国际先进水平相比还有较大的差距。我国电网现状迫切需要上述各项技术，因为：⑴ 我国电网面临的主要问题应该是大幅度提高电网的大容量、远距离输电能力。其次，要增强电网的安全可靠性以及改善电能质量;再次，经济性和环境问题。然而，当前要实现大规模输电面临诸多技术困难;大区电网强互联的格局尚未形成;电网建设滞后，瓶颈增多，威胁电网安全;取得线路走廊和变电站站址日益困难。这些已成为当前亟待解决的关键问题。⑵ 电压稳定问题日益突出。以京沪穗电网为例，我国大型负荷中心存在的主要问题是：电厂少，使得动态无功支撑日益不足;恒定功率负荷递增，不利于电压的恢复，从而引起电压稳定问题。⑶ 全国电网联网后，形成总装机容量超过1.4亿千瓦，南北距离超过4600公里的超大规模同步的交流系统。目前，整个互联电网的稳定问题比较突出。联网后局部故障(事故)影响范围扩大，将可能波及邻近电网，在某些情况下可能诱发恶性连锁反应。可能造成整个电网动态品质的恶化。增加了电网运行安全控制的复杂程度。先进电力电子技术是将大功率电力电子开关器件的制造技术、现代控制技术和传统电网技术实现了有机的融合，已经成为超高压直流输电、灵活交流输电、大容量抽水蓄能电站、短路电流限制、节能降耗等现代电网技术和装备的核心。它主要包括直流输电(HVDC)技术、柔性(灵活)交流输电(FACTS)和定制电力技术(Custom Power)。可以预计，这几项技术的发展将会导致电力系统发生革命性的变化，大幅度提高输电线路的输送能力和电力系统的安全稳定水平，大大提高系统的可靠性、运行灵活性。1、高压直流输电(HVDC)技术高压直流输电的应用场合归纳以下两大类：⑴ 在不同频率的联网、因稳定问题而难以采用交流、远距离电缆输电等，这些技术上交流输电难以实现而只能采用直流输电的场合。⑵ 在技术上两种输电方式均能实现，但直流比交流的技术经济性能好。自1954 年瑞典哥特兰的世界上第一项高压直流输电工程投运以来,高压直流输电技术已随着电力电子技术的突飞猛进而飞速发展, 直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。已作为高压交流输电技术的有力补充而在全世界广泛应用。我国幅员辽阔,西电东送、南北互供的电网发展战略目前全世界众多直流输电工程中具有代表性的工程有：& 巴西伊泰普直流输电工程( Itaipu HVDC transmission project)，世界上已建成投运的输电电压最高(&750kV)、输送功率最大(6000MW)的直流输电工程。& 魁北克&新英格兰直流输电工程(Quebec&New England HVDC transmission project)，世界上最大的多端(5个换流站)直流输电工程。我国的直流输电工程发展迅速，已投入运行的大型工程有：& 葛洲坝&上海直流输电工程(1990 年)&500kV，1200MW，1064km。它既是我国第1 条长距离大容量高压直流输电线路,又是区域电网直流互联工程。中国电力从此进入交直流混合输电的时代。& 三峡&常州直流输电工程第1 条从三峡左岸至江苏常州, &500kV，3000MW，890km，第2 条从三峡右岸至上海地区,额定容量3 GW ,额定电压&500 kV ,送电距离1 000 km。& 三峡&广州直流输电工程(2004 年)&500kV，3000MW，962km直流输电已是成熟技术，造价较高是其与交流输电竞争的不利因素。新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术。直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统(Light HVDC)，它采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力，从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。此外，可关断的器件组成换流器，由于采用可关断的电力电子器件，可以免除换相失败，对受端系统的容量没有要求，故可用于向孤立小系统(海上石油平台、海岛)的供电。轻型直流输电系统(Light HVDC)应用脉宽调制技术进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。今后还可用于城市配电系统，并用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。2 、柔性(灵活)交流输电(FACTS)技术随着电力电子元件单件容量向大功率及高电压的迅速发展,出现了一类为适应电力系统向远距离、大容量送电,需要对其参数实施快速控制的设备&柔性交流传输设备(Flexible ACT ran smission Systems , 简称为FACTS) , FACTS 技术的概念问世于20 世纪80 年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术，对交流输电系统的实施灵活快速调节的输电技术。它是利用大功率电力电子器件的快速响应能力，实现对电压、阻抗、相位、有功潮流、无功潮流等的平滑控制。在不影响系统稳定性的前提下，提高系统传输功率能力、增大送电容量，改善电压质量，达到最大可用性、最小损耗的目标。FACTS提高了交流电网运行可控性，增强其抗御事故的能力。FACTS技术经历了三个发展阶段，第一代FACTS技术，如可控串补(TCSC)、静止无功补偿器(SVC)等是基于自换相的半控器件(如晶闸管)的FACTS装置，第二代、第三代FACTS装置都是基于可关断器件GTO、IGBT、IGCT等组成的变流器，包括静止无功发生器(STATCOM)、静止同步串联补偿器(SSSC)、统一潮流控制器(UPFC)和相间功率控制器(IPFC)等。据日本研究, 对于跨距150 km 的输电系统, 热容量极限为6 600 MW , 常规送电额定容量为3 700MW , 装设FACTS 设备后, 不仅提高了系统的稳定性及可靠性, 而且可使送电容量增加到4 500MW。与新建线路相比, FACTS 设备投资及安装费用少, 还有利于环境保护。新研制成功并应用于纽约电力系统中的转换静止补偿器(CSC)，证明FACTS功能已从&单个输电的控制器间接作用于全电网&的阶段，进入了&直接控制多回输电更有效地作用于全电网&阶段。如果在三峡升压变电站和出线上安装大功率CSC，可瞬时控制向多个方向输送的功率，从而快速控制大电网。FACTS装置在未来输配电系统中抗拒大事故发生及其连锁发展中具有更有效的作用。尽管柔性交流输电技术已在多个输电工程中得到应用，并证明了它在提高线路输送能力、阻尼系统振荡、快速调节系统无功、提高系统稳定等方面的优越性能，但其推广应用的进展步伐比预期的要慢。主要原因之一是工程造价比常规的解决方案高，因此，只有在常规技术无法解决的情况下，用户才会求助于FACTS技术;另外，FACTS技术还需要进一步完善。目前FACTS技术的应用还局限于个别工程，如果大规模应用FACTS装置，还要解决一些全局性的技术问题，例如：多个FACTS装置控制系统的协调配合问题，FACTS装置与已有的常规控制、继电保护的衔接问题，FACTS控制纳入现有的电网调度控制系统问题等等。随着电力电子器件的性能提高和造价降低，以电力电子器件为核心部件的FACTS装置的造价会降低，在不久的将来会比常规的输配电方案更具竞争力。3、定制电力(Custom Power)技术定制电力是指将电力电子装置或称静态控制器，用于1kV到35kV的配电系统，以向对电能质量敏感的用户所提供的电力达到用户所需可靠性水平和电能质量水平。定制电力设备(或称控制器)采用先进的大功率可关断电力电子器件(如IGBT、IGCT、IEGT等)和数字信号处理器(DSP)测控技术，来实现对供电电压的动态调节和补偿。定制电力技术(CP，Custom Power)主要用于配电系统故又称为配电灵活交流输电(DFACTS)技术。定制电力技术所要解决的问题主要是电网中普遍存在的&电压跌落&。电能质量调查显示：在所有配电系统事故中，电压跌落占70%-80%;而在输电系统事故中，电压跌落所占的比例超过96%。定制电力技术所解决的电能质量问题主要源于电力系统故障，其受影响的用户往往对电能质量和供电可靠性较一般用户有更高的要求。一次电能质量事故将导致严重的经济损失或重大的社会影响。目前在欧美各国对电压跌落的关注程度比其它有关电能质量问题的关注程度要大得多，在我国，随着社会经济的发展，电压跌落和短时断电的影响也逐渐引起了供电公司、用户及制造厂商的关注，特别是在一些高科技园区、大型医院、电信、银行、军工和重要的政府部门等。自二十世纪八十年代末，国外便开始了定制电力技术措施的专题研究，并陆续地推出了相应的固态切换开关(STS)、静态电压调整器(SVR)、静态串联补偿器(SSC)、配电无功发生器(DSTATCOM)等产品化装置，并进行能量储存技术、静态电压调整技术、故障电流限制器、有源滤波及统一电能质量调节器(UPQC)等技术的研发和工程示范。这些技术的应用电压等级均为6&O1566;35kV。其中，STS的最大短路电流达25kA，响应时间小于1个周波，最大容量达6.9MVA;SSC的响应时间小于1/4周波，最大容量达10MVA，采用电容器或超导储能;DSTATCOM的响应时间小于1/4周波，最大容量达20MVA，采用电容储能。其中应用晶闸管阀体为主要部件的串联补偿(SSC)主要针对源自配电系统的电压骤降和突升。二、静止型动态无功补偿装置SVC1，当前电网存在的问题随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用,使电网供电质量受到严重影响,尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源,对电网的稳定造成一系列不良影响:⑴ 功率因数低，增加电网损耗，降低效率，降低输电系统的稳定性;⑵ 产生的无功冲击引起电网电压降低，电压波动及闪变，甚至电压崩溃。严重时导致传动装置及保护装置无法正常工作甚至停产;⑶ 导致电网三相不平衡，产生负序电流使电机转子发生振动;⑷ 电容器组谐振及谐波电流放大，使电容过负荷或过电压，甚至烧毁;⑸ 增加变压器损耗，引起变压器发热;⑹ 导致电力设备发热，电机力矩不稳甚至损坏;⑺ 加速电力设备绝缘老化，易击穿;2，静止型动态无功补偿装置SVC结构与功能针对上述问题，世界各国目前普遍采用TCR型静止型动态无功补偿装置SVC，用以消除无功冲击，滤除高次谐波，平衡三相电网。 SVC(Static Var Compensator)由晶闸管控制电抗器(TCR)和无源滤波器(FC)构成，是一种并联连接于电网当中，根据负荷的工作状态快速、自动调节系统无功功率的补偿装置。主要功能是提高输电线路供电稳定性，抑制电压波动、闪变，滤除高次谐波，改善功率因数、改善三相不平衡。如图1所示，无源滤波器FC装置和TCR装置并联接入电力系统中。FC滤波器组主要由电力电容器、串联电抗器、放电线圈、避雷器、刀闸、电流互感器、断路器等主要一次元件组成。根据不同的负载情况设计成若干条LC滤波器。其中串联电抗器与电容器串联谐振于特定谐波频率，对特定谐波呈现低阻，实现谐波滤除功能。同时，对50Hz工频呈现容性，在SVC系统中提供容性无功。TCR支路主要由相控电抗器、穿墙套管、避雷器、晶闸管阀组、刀闸、断路器、线电流互感器、相电流互感器等主要一次元件组成。TCR采用三角形接线，其中每相电抗器分裂成两个，分别位于阀组两侧，可减小相控电抗器短路时的短路电流。晶闸管阀组可受控改变流过相控电抗器的电流，实现调节TCR电流的作用。晶闸管阀组作为TCR的核心部件，其快速开断能力是实现快速动态调节无功的基础。在所有一次设备中，其结构也最为复杂，是TCR核心技术之一。晶闸管阀组由晶闸管元件、晶闸管电子板等组成。晶闸管电子板也被称为TE板，实现电光电触发方式。SVC控制系统与阀组的联结采用光纤方式，可有效隔离高低电位，减少阀组对控制系统产生的传导性干扰。TCR装置跟随负载的变化快速调整与相控电抗器连接的晶闸管导通角，通过改变晶闸管导通角的大小使相控电抗器输出大小可调的感性无功功率，来维持或控制功率因数为1或其它设定值。控制原理公式表述如下：负载所需的无功功率+TCR提供的无功功率&FC提供的无功功率=0(设定常数)。三、高压大功率静止无功发生器SVG作为无功补偿领域的另一重要分支，SVG是当前世界上最先进也是最复杂的补偿技术产品，在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更加优越的性能。由于区域电网的容量越来越大，这就要求补偿装置的容量也相应增大。在几百MVA级的无功补偿系统中，常用的方案是将SVG与SVC相结合，充分发挥SVG的快速特性和SVC的稳态性能，使系统在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优。1，SVG (STATC OM)原理SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表。SVG并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。由于SVG的响应速度极快，所以又称为静止同步补偿器(Static Synonous Compensator, 简称STATCOM)。SVG的基本原理(见图2)是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。 2，SVG的功能目前最理想的方案就是采用SVG，用以提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。⑴ 提高线路输电稳定性在长距离输电线路上安装SVG装置，不但可以在正常运行状态下补偿线路的无功损耗，抬高线路电压，提高有效输电容量，而且可以在系统故障情况下提供及时的无功调节，阻尼系统振荡，提高输电系统稳定性。⑵ 维持受电端电压，加强系统电压稳定性对于负荷中心而言，由于负载容量大，又没有大型的无功电源支撑，因此容易造成电网电压偏低甚至发生电压崩溃的稳定事故。而SVG具有快速的无功功率调节能力，可以维持负荷侧电压，提高负荷侧供电系统的电压稳定性。⑶ 补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能降耗电力系统中的大量负荷，如异步电动机、电弧炉、轧机以及大容量的整流设备等，在运行中需要大量的无功;同时，输配电网络中的变压器、线路阻抗等也会产生一定的无功，导致系统功率因数降低。对电力系统而言，负荷的低功率因数会增加供电线路的能量损耗和电压降落，降低了电压质量。同时，无功也会导致发电、输电、供电设备的利用率降低;对于电力用户而言，低功率因数会增加电费支出，加大生产成本。⑷ 抑制电压波动和闪变电压波动和闪变主要是负荷的急剧变化引起的。负荷的急剧变化会导致负荷电流产生对应的剧烈波动，剧烈波动的电流使系统电压损耗快速变化，从而引起受电端电网电压闪变。引起电压闪变的典型负荷有电弧炉、轧钢机、电力机车等。SVG能够快速地提供变化的无功电流，以补偿负荷变化引起的电压波动和闪变现象。目前，抑制电压波动和闪变的最佳方案是采用SVG。⑸ 抑制三相不平衡配电网中存在着大量的三相不平衡负载，典型的如电力机车牵引负荷和交流电弧炉等。同时，线路、变压器等输配电设备三相阻抗的不平衡也会导致电压不平衡问题的产生。SVG能够快速地补偿由于负载不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，大大提高供用电的电能质量。⑹ 面向电网应用多种补偿功能抑制系统振荡，提高电网稳定性，为电网安全保驾护航。由于区域电网的容量越来越大，这就要求补偿装置的容量也相应增大。在几百MVA级的无功补偿系统中，常用的方案是将SVG与SVC相结合，充分发挥SVG的快速特性和SVC的稳态性能，使系统在补偿特性、造价、可靠性等方面达到最优。3，SVG-优势SVG是目前最为先进的无功补偿技术，基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势：⑴ 响应速度更快SVG响应时间：&5ms。传统静补装置响应时间： &10ms。SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。⑵ 电压闪变抑制能力更强SVC对电压闪变的抑制最大可达2：1，SVG对电压闪变的抑制可以达到5：1，甚至更高。SVC受到响应速度的限制，其抑制电压闪变的能力不会随补偿容量的增加而增加。而SVG由于响应速度极快，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。⑶ 运行范围更宽SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比SVC的运行范围宽很多。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。⑷ 补偿功能多样化SVG不仅具有快速补偿系统无功功率的目的，还能够根据用户实际需要，对负荷谐波电流、负序电流等电能质量问题进行综合补偿。⑸ 谐波含量极低SVG采用了PWM技术、三电平技术和多重化技术，不仅自身产生的谐波含量极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤波的功能，真正做到多功能化。⑹ 占地面积小由于无需高压大容量的电容器和电抗器做储能元件，SVG的占地面积通常只有相同容量SVC的50%。四、高压电机软起动1，中、高压(6～10 kV)电机常用的起动方法交流电动机是在各种领域中应用最为广泛的电动机，为解决交流电动机在起动过程中对电网、机械的冲击，人们采取过很多办法，传统的有串电阻起动、串电抗器起动、星&角转换起动、自耦降压起动、变频起动等。用晶闸管控制的电机软起动装置是利用晶闸管反并联、调节晶闸管的导通角达到交流调压的目的，为解决在空载和轻载时交流异步电动机功率因数过低的问题，此技术得到了应用。后来又引入电流反馈技术，使该项控制水平大幅度提高，得到广泛的采用。2，电机软起动的好处⑴ 可减小对电网的冲击，可降低变压器的容量普通鼠笼式电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍。当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电网电压急剧下降。采用软起动后起动电流可降为额定电流的1.5～3倍，可大大降低电网电压的波动率。⑵ 可减小对电机的伤害，延长电机寿命电动机直接全压起动时的大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，引起电机故障。软起动时的电动力是其四分之一。可见效果是非常明显的。电动机直接全压起动时的大电流会使定转子绕组产生大量的焦耳热。烧损绕组绝缘，降低电机寿命。软起动可以大大降低发热量。提高电机寿命。电机直接全压起动时，会产生操作过电压，在最不利的情况下过电压会达到额定电压的5倍，这对电机绝缘将造成极大的伤害。⑶ 可减小对机械的伤害，延长机械寿命软起动时电机缓慢加速，力矩逐步加大，有利于润滑油脂的充分到位，还免除了干磨现象。这些都极大程度地减小了对电机的伤害，有利于提高机械设备的寿命。3，晶闸管的耐压问题在高压电机软启动中使用的晶闸管也因单只晶闸管耐压不够要串联运行，有如上述TCR中晶闸管阀组那样。当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以用两个以上同型号器件相串联。理想串联希望各器件承受电压相等，但实际上因器件特性之间的差异，一般都会存在电压分配不均匀的问题。串联的器件流过的漏电流总是相同的，但由于静态伏安特性的分散性，各器件所承受的电压是不等的。承受的电压高的器件将首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，两个器件都失去控制作用。同理，反向时，因伏安特性不同而不均压，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。这种由于器件静态特性不同而造成的均压问题称为静态不均压问题。为达到静态均压，首先应选择参数和特性尽量一致的器件，此外可以采用电阻均压。由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压称为动态不均压。为达到动态均压，同样首先应选择动态参数和特性尽量一致的器件，另外，还可以用RC并联支路做动态均压。对于晶闸管来讲，采用门极强脉冲触发可以显著减少器件开通时间上的差异。4，软起动装置性能的比较目前国内外的中高压软起动产品主要有两种，一种为应用高压变频器软起动另一种应用可控硅做软起动，在此笔者简要的介绍一下两种装置的性能。⑴ 高压变频器软起动变频器装置主要是用在交流电机的调速上，具有明显的节能效果。如果把变频装置用来做软起动，在整个起动过程中电机不会有过流现象，对起动转矩大的负载，具有很好的起动性能。但对于起动转矩小的，这一优点则表现不出来。⑵ 晶闸管软起动此种方法有两种结构，一是将晶闸管直接串联应用(3a)、二是开关变压器技术(3b)，此两种方式主电路形式如下： 图3a中电路清晰结构简单，但存在元件参数一致性要求及输出谐波问题，虽有占地空间较小的优势但安全稳定性堪忧。图3b中电路结构很清晰，与a相比虽有占地空间稍大问题，但不存在参数一致性要求也不存在输出谐波污染问题，安全稳定。就目前电力电子器件的情况来说b更有技术优势，但随着电力电子技术不断的升级改进，在软起动领域中3b最终将被3a所取代。五、晶闸管阀组高压晶闸管阀组是TCR中十分重要的部件。根据SVC的电压要求，采用若干个晶闸管串联而成，使其耐压水平达到SVC要求。晶闸管阀组中还有散热器、均压/阻尼电容器和电阻器、高电位触发板和支撑架等。要求散热器和晶闸管一隔一的排列，以便每个晶闸管都能均匀地得到散热。晶闸管阀组散热采用水冷散热器或热管散热器。串联后的晶闸管耐压要留有足够大的裕量。例如单相10kV晶闸管阀组单臂半波共串联10个6500V晶闸管元件。单相6kV晶闸管阀组单臂半波共串联6个6500V晶闸管元件。要求晶闸管，开通、触发特性一致性好，高温特性优良，适合多只串联使用。串联后的晶闸管要有均压措施、过压保护，和丢脉冲保护等功能。晶闸管阀层采用击穿二极管(BOD)进行快速保护。由于每个晶闸管处于不同的电位，为实现高低电位完全隔离，要求触发板自取能，可控硅触发电路采用光电转换装置，光信号触发。触发器的同步信号取自电网电压，经同步变压器降压，光耦后作为同步信号。触发器接到触发命令后,产生宽脉冲的触发命令，再通过光纤传递给脉冲功放产生脉冲列信号，经过磁隔离变压器隔离，触发晶闸管。磁隔离脉冲变压器提供同一组晶闸管阀串相同的触发脉冲信号,即触发脉冲信号同时开始、同时停止,以保证阀串同时导通。并且磁隔离变压器起到低压控制回路与中压主回路绝缘、隔离的作用。专门用于多个晶闸管串联系统的特种脉冲变压器,可满足3-12个晶闸管串联同时触发的需要。其结构和工艺上保证了多绕组输出脉冲的上升沿时间误差小于0.2&s，脉冲上升沿陡度可达2A/&s，适合触发电流容量在50～4000A范围内的晶闸管。良好的性能，保证了触发系统的安全性,可靠性和稳定性。晶闸管阀组就是晶闸管的串联运行的组件。除了它在TCR中应用外，在高压领域应用十分广泛，例如：高压直流输电、高压电机软起动、各种高压直流电源等。编后语本文未就对&高压直流电源及高压变频&进行讨论。因高压直流电源范围很宽、原理各异，拟另文讨论。高压变频器就目前来看属低压变频器输出串联，为另一设计思路。应该说明本文是汇集了若干相关报道文章精华，重新编写的摘要汇编，以便需要者能&一目了然&，了解概貌。在此顺向原报道者致谢!编者简介：朱英文：(1939- )，高级工程师，现任北京京仪椿树整流器有限责任公司技术顾问，中国电力电子产业网特约顾问，主要研究电力半导体器件的设计、制造、应用中的热设计和电力半导体器件主回路结构设计。曾参与专业词典、书籍的编写、翻译等工作。主要成果有：&无刷励磁发电机用旋转整流管设计和制造&，&晶闸管芯片球面磨角工艺&&大功率半导体器件用散热器风冷热阻计算方法&等
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