电力系统的柔性化技术(4)

四、电力电子器件的基本特性与发展

柔性电力技术的实现依赖于电力电子技术的发展。而电力电子技术包括器件、电路与系统三个层次。其中器件的发展和应用是整个电力电子技术的基石。本节主要针对电力电子器件进行一些说明和讨论。

所谓“ 完美” 的大功率器件到目前为止还未出现, 但新的器件不断获得应用, 给电能的灵活控制带来新的更好的手段。这些器件虽然五花八门,特性各异, 但依据控制方式可分为下述三类:

1.不可控器件二极管就属于此类器件, 其导通与截止由外电路决定。

2.半控器件晶闸管, 在以前又称为可控硅SCR, 就是半控器件, 它可在正向偏置时通过门极加信号导通。而其关断是不可控的, 只能通过外电路的作用关断。长期以来,不具备自关断功能的晶闸管, 由于其容量大, 过载能力强, 所以被广泛应用在传统直流输电、BTB、SVC等电力领域。

3.全控器件。在过去的20多年里, 有多种全控器件获得实用。这类器件通过门极控制既可以导通也可以关断。典型的器件如双极结型晶体管BJT、金属氧化物半导体场效应管MOSFET、绝缘栅双极晶体管IGBT、门极可关断晶闸管GTO等。近年来, 由于GTO、IGBT等全控器件容量不断增大(图2), 这类器件开始应用于静止无功发生器STATCOM、统一潮流控制器UPFC、可变速抽水蓄能、器件换相型直流输电等电力系统领域中来。而且随着像IGCT、IEGT、SI晶闸管、SiC材料器件等低功耗、高频化全控电力电子器件趋于实用化, 我们有理由期待全控电力电子器件将更广泛地应用到柔性电力技术应用的各个领域中。

电力系统柔性化技术的实现还与大规模储能技术的实用化、高性能控制与信息技术的发展密不可分。这两方面技术的都处在日新月异的发展当中, 有望与电力电子技术结合, 实现电力系统的柔性化控制。

五、结语

随着电能利用形态和规模的发展,现代社会对电力系统安全稳定与供电质量的要求日益提高。电力系统越来越需要能够对其数量和质量可以灵活控制的电力技术。以现代电力电子技术为核心的电能变换与控制技术在电力系统中的应用, 即本文所称的柔性电力技术使这一目标成为可能。柔性电力技术已开始应用于发电、输电、配电与用电的各个环节并得到快速发展, 正在电力的安全、稳定、高效、灵活的控制中发挥着重要作用。

柔性电力技术从本质上讲, 是通过电力变换方式对电能的数量和质量进行调节和控制的技术, 本文围绕这一主题, 在分析传统控制技术的局限性的基础上, 从发电、输电、配电到用电这四个电能流通的环节, 介绍了柔性电力技术的构成和作用。随着电力电子器件向着处理功率能力更大、功耗更低、频率更高方向的发展, 以及储能技术、控制技术的进步, 电力系统的柔性化技术将会得到更快、更广的应用。在电力系统安全、高效运行中发挥更大的作用。