電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術，就是使用電力電子 器件(如晶閘管，GTO，IGBT 等)對電能進行變換和控制的技術。電力電子技術 所變換的“電力”功率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下， 和以信息處理為主的信息電子技術不同電力電子技術主要用于電力變換。。目前 電力電子技術的應用已涉及電力系統(tǒng)的各個方面，包括發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電系統(tǒng)、 儲能系統(tǒng)等等。
一、發(fā)電環(huán)節(jié)
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善 這些設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。 風力發(fā)電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大 風能的轉(zhuǎn)速隨風速而變化。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。 此項應用的技術核心是變頻電源。
(三)發(fā)電廠風機水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為 8%，風機水泵 耗電量約占火電設備總耗電量的 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。
二、輸電環(huán)節(jié)
(一)柔性交流輸電技術(FACTS) 交流輸電或電網(wǎng)的運行性能。已應用的 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，柔性交流輸電技術已經(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(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，可關斷器件組成的換流器，由于采用 了可關斷的電力電子器件，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， 直流輸電技術又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用 IGBT 等可關斷電力 電子器件組成換流器， 應用脈寬調(diào)制技術進行無源逆變，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)開關替 代了電氣開關， 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 導納。SVC 可以有不同的回路結(jié)構，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)。
三、配電環(huán)節(jié)
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。電力電子技術和現(xiàn)代控制技術在配電系統(tǒng)中的應用，即用戶電力 (CustomPower)技術。用戶電力技術(CP)技術和 FACTS 技術是快速發(fā)展的姊妹型 新式電力電子技術。 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 的共同基礎技術是電力電子技術，各自的控制器在結(jié)構和功能上也 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。具有代表性的用戶電力技術產(chǎn)品有:動態(tài)電壓恢復器(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。
下面主要涉及我國配電自動化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
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。配電自動化是智能電網(wǎng)的重要基礎之一。從投資構成上我們預計，智能電網(wǎng)的投資構成上，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、通信技術、計算機及網(wǎng)絡技術與電力設 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的關系， 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)絡重構。 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。變電站自動化指應用自動控制技術和信息 處理與傳輸技術， 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 術為標志， 進入傳統(tǒng)的變電站二次設備領域，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和相關設備對配電 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， 必須通過立法和制訂相應的規(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 系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關系，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，配電自動化技術的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：
1) 多樣化 盡管配電自動化技術的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，但是從日本等國家 的應用情況看，各個階段的技術都在使用，并且各有其適應范圍：基于自動化開 關設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 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 撲模型和相關圖形;從 PMS 系統(tǒng)中獲取配電設備參數(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的應用系統(tǒng)集成起來形成綜合應用的系統(tǒng)。 為了規(guī)范應用 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，主要表現(xiàn)在： 自 愈配電技術。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。這就是配電自動化系統(tǒng)中高 級應用軟件功能。 在智能電網(wǎng)的背景下需要進一步升級為考慮設備全生命周期的 資產(chǎn)優(yōu)化與智能調(diào)度業(yè)務功能。 分布式電源和儲能系統(tǒng)的接入技術。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。根據(jù)電能質(zhì)量的相關標準，以不同的技術和價格 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)是其技術支撐手段之一。 用戶互動技術。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用戶雙向互動的業(yè)務功能。
|
