电力系统的柔性化技术(2)

3.模式多样、质最可控的配电系统

配电系统的模式是指电力用户除可以从主电网获得电能外, 也可因可靠性、自然资源、能源的充分利用等原因, 从热电联产的小型透平发电机、太阳能发电、风力发电等分布式电源,电池、电容、超导等储能设备获得电能。电能质量的控制则有两个方面的需求一是确保供给用户的电能的电压, 频率, 平衡度及波形满足要求;二是用电设备注入电网的谐波、负序、冲击等电流应进行控制, 满足标准要求;

4.调节性好、高效节能的用电系统

用电设备并非工作在电网的固定频率, 固定电压下特性最好、效率最高。当用电设备所驱动的负载发生变化或电力系统电压、频率等电气量发生变化时, 用电设备应能对用电过程进行调节, 对电功率的形式和数量进行控制, 使用电设备工作在性能最佳、效率最高的状态。

以上分析表明, 从发电、输电、配电到用电的各个环节, 现代电力系统对电能的量和质两方面的控制都提出了新的要求。

三、柔性电力技术的概念、分类和应用示例

电力系统的发展对电能的灵活调节不断提出新的要求, 而更高性能的调节手段又对电力系统中电能的产生、输送与应用带来积极的变化。基于整流桥的发电机励磁装置代替直流发电机励磁, 使系统在稳态与暂态控制中的响应速度、精确度大大提高。直流输电的应用改变了电网互联仅限于交流的格局, 为大容量功率的远距离输送、大区域电网、不同频率电网间的互联提供了有效手段。柔性交流输电FACT的提出和实施为交流系统参数、无功调节、输送能力、动态稳定给出了新的解决方案。用户电力技术(Customer Power)则是配网层上基于电能质量控制的技术, 能够满足不同用户对不同电能质量的需求。变频调速、中频电炉、电子镇流器技术的发展则是在用电设备中实现对电能的变换与控制。

上述技术的发展正是柔性电力技术思路的体现。这些技术的核心是电力电子技术的应用。本书中,柔性电力技术定义为基于电力电子技术在电能的产生、输送与应用各个环节对电能的数量和形态进行快速、精确控制的技术。柔性电力技术实施的核心是电力电子技术,但并不限于电力电子技术, 储能技术、分布式电源技术、信息处理与控制技术等与柔性电力技术都是密不可分的。相关内容将在后续章节中讨论。

基于柔性电力技术构成的电力系统的示意如图所示。下面依据不同领域对柔性电力技术的具体应用给予简要说明：

1.发电领域中的柔性化技术

· 可变速抽水蓄能技术(ASPC)。可变速抽水蓄能机组采用交一交变频器, 将系统工频50Hz/60Hz变为转子滑差对应的频率作用于转子绕组进行励磁, 实现机组的非同步运行。这一技术也有用于火电机组的报导。对于电力系统的频率控制与稳定控制有积极的作用, 体现了发电系统的柔性化思路。

· 风力发电中的双馈感应发电技术(DFIG)。基本原理与结构与可变速抽水蓄能相似, 通常功率较小, 滑差调节范围更大。为实现控制的灵活性, 功率器件通常采用全控器件。

· 太阳能发电中的功率调节技术(PC)。太阳能电池所产生的电能随太阳光强、环境温度及负载情况会发生变化, 太阳能发电系统中必须加入功率调节环节以实现控制、保护、降低损耗及尽可能地使系统工作在太阳能最大发电状态。功率调节通常包括阻断二极管、直流一直流斩波器及直流一交流逆变器。

· 静止励磁系统(SE)。同步发电机的励磁系统经历了直流励磁方式, 交流励磁方式。目前越来越多的采用静止励磁方式。静止励磁方式中整个励磁回路无旋转部件。核心电路是由可控交流一直流变换电路。由于能够几乎瞬间地响应各控制量, 对提高电力系统的控制性能发挥很大作用。

· 随着能源利用形态的变化和供电模式的多样化, 新的发电方式不断出现。这些发电方式往往都存在功率控制、效率改善及平稳并网等问题,因此都能找到柔性电力技术发挥作用的场所。