电力系统的柔性化技术(3)

2.输电环节的柔性化技术

· 高压直流输电(HVDC)。高压直流输电通常采用可控整流和有源逆变的方式实现两个交流电网的互联。不仅可以实现电能大容量、远距离的传送、两区域电网非同步互联, 还可通过控制实现功率的紧急援助、抑制低频振荡、提高交流系统的动态稳定性等。

· 静止无功补偿器(SVC)。通过控制晶闸管的导通角, 调节整个装置的等效阻抗, 从而可给系统注入无功或吸收无功, 是目前基于电力电子技术制作的容量较大的静止无功补偿设备。

· 静止无功发生器(SVG), 又称STATCOM。基于全控器件的电压型逆变器构成。具有响应速度快、谐波小, 调节性能好等特点, 是一类非常有前景的静止无功补偿设备。

· 可控串联补偿设备(TCSC)。其工作原理于相仿, 但串接在线路中, 从而动态调节线路的等效阻抗, 对提高交流输电线的传输能力、抑制低频振荡和次同步振荡都由积极作用。

· 统一潮流控制器(UPFC)。统一潮流控制器是并联补偿和串联补偿的结合。并联部分通常由不控或半控器件构成, 串联部分则由全控器件构建。通过在交流输电线路中注入大小与相位都可控的等效电源。改变电网的潮流分布, 同时, 在电网的稳定控制中发挥积极作用。

· 大容量超导储能系统(SMES)。在前述的直流环节增加, 就使得串联部分注入电网的有功、无功均可控, 即可吸收也可发出, 可进一步提高电力系统控制的灵活性。当然也可为其他可能的大容量快速响应的储能设备所替代。

· 静止同步串联补偿器(SSSC)。通常采用多电平电压源型逆变器, 将直流电压逆变为与系统频率一致的交流电压, 通过串联变压器接入输电线路。直流侧多采用电容器, 因此逆变器除从电网吸收装置线路、器件的损耗外, 主要与电网进行无功功率的交换。

3.配电网中的柔性化技术

· 配网静止无功补偿器(D-SVC)。其工作原理与输电网中的SVC相同, 一通常直接用于波动负载的补偿, 要求响应速度快且多为小商家购进, 造价不能太高。

· 配网静止无补偿发生器(D-SVG)。其工作原理与输电系统中的SVG相同。具体实现时的拓扑结构依据电压等级和响应要求有些变化。

· 有源电力滤波器(APF)。有源电力滤波器的拓扑结构与D-SVG相似。控制方法上采用补偿负载电流与正弦基波电流的差值为目标, 实现谐波的动态消减。

· 固态断路器(SCB)。这类断路器使用电力电子器件, 实现不同电源间的快速切换。为降低功耗, 这类开关同时并接有机械开关, 电力电子开关用作电路的快速切换, 机械电力电子开关用作正常工作时电流的流通。

· 轻型直流输电(HVDC)。轻型直流输电采用全控器件, 按基于电压源方式的逆变器构成变换电路,可用于弱受端电网或受端无电源的系统的供电, 孤岛、城区等环境的供电中有发展前景。

· 动态电压调节器(DVR)。动态电压调节器的结构与前述的UPFC类似, 依据电压等级不同, 可有不同的拓扑形式。串联电压的注入方式也可以是变压器的方式、电容器的方式或直接方式。DVR在配电系统中主要用于电压暂降的抑制和电压谐波的补偿。

·配电系统用超导储能(D-SMES)。将超导储能设备连接于DVR的直流侧, 则串联部分可注入有功功率, 实现较严重的暂降甚至短时中断的补偿。

· 不间断电源(UPS)。交流不间断电源的杨合是通过整流电路对储能元件充电, 通过逆变电路从储能元件中提取能量, 以负载所要求的交流电源方式供电。随着信息时代重要电力用户的增加,UPS的应用呈快速上升的趋势。

· 统一电能质量调节器(UPQR)的结构与前述配网中的DSMES相似, 储能部分目前采用电池或超级电容较为普遍。UPQR通常直接与敏感负荷连接, 可对电力系统中出现的几乎所有电能质量问题进行调节。

4.用电设备的柔性化技术

用电设备通过各种各样的电力负荷将电能转化成其他形式的能量而消耗掉。因此, 电力负荷是电力系统的重要组成部分。电动机的变频调速VFD、中频感应加热MFIH、电力电子镇流器EB、开关电源SMPS等都是用电环节电力电子技术应用的示例。严格意义上讲, 这一领域不属于电力电子技术在电力系统中应用的范畴, 然而,从电力系统的角度看, 电力电子技术的应用, 在很大程度上改变了用电方式, 改变了负荷特性, 对电力系统的设计、分析与运行带来新的变化。