电力系统的柔性化技术(1)

电力系统是人类到目前为止构建的最庞大、最复杂的系统, 随着社会需求的变化、技术的进步, 它处在不断发展、变化和更新之中。当今社会正进入信息时代, 资源、环境及协调发展已成为社会生活和经济发展的重要课题。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。本文就电力电子技术在电力系统中的应用进行分析论述。

一、传统电力系统的构成与特点

电力系统是为电能的产生、输送、分配与应用而构建成的人工系统。传统电力系统的构成主要包括发电机、变压器、传输线、电缆、电容器组、直接实现电能转换的用电设备及保护与控制设备。这些设备通过适当的方式进行连接, 组成有机整体, 确保电力系统在任何时刻都能够产生数量充足的电能满足系统负荷的要求。系统运行的目标在于以最小的运行成本、最大的运行可靠性、最高的电能变换效率, 实现电能的产生、传输与应用。

电力系统依据电能的流程可划分为四个组成部分发电、输电、配电和用电。发电部分实现各种一次能源到电能的转换, 传统发电方式多通过储备水坝的形成, 煤的储存实现一次能源转换过程中的稳定性。传统电力系统中的发电机组以严格同步方式连接到一起, 通过功角与出口电压的调节实现输出有功与无功的调整。由于受自然条件和环境因素的限制,这些发电厂通常位于远离负荷中心,因而采用高电压等级输电成为电力系统输电的主要形式。

传统电力系统在可控特性方面的主要特点可归纳如下：

1.由于目前的技术还不能实现大规模电磁形式的电能存储, 因而电力系统电能的发生、传输和应用必须同时完成, 不平衡的出现意味着系统运行的稳定性受到干扰;

2.各发电机组间必须严格保持同步。由于传统电力系统中的发电机组以同步方式连接到电网, 机组间的失步就意味着功率的振荡甚至稳定的破坏;

3.电力系统网络中的潮流只能由系统阻抗决定, 改变变压器分接头,可以在一定范围内改变潮流, 但很难满足系统对潮流控制准确性、快速性及频繁调节的要求;

4.供电模式单一。不同负荷对供电的可靠性要求不同, 对电能质量的要求不同。传统配电系统中, 仅提供电网的电力, 缺少针对不同负荷提供不同后备电源的供电方式;

5.电能质量控制主要以静态调节为主。如通过机械开关分组投切电容器通过有载分接头的配电变压器调节负荷的电压。这些调节方式无法满足负荷对精确、动态电能质量调节的需求;

6.用电负荷电能利用调节性能较差, 电能利用率较低, 传统电力系统中的负荷多将电网提供的电能直接转化为机械能、热能、光能等。如直接驱动的异步电动机、白炽灯、工频电炉等。这些转换设备的电能利用数量和质量通常由系统电压和频率决定,缺少有效调节手段。

二、电力系统柔性化的必要性

      电力系统作为人类到目前为止是构建的最庞大、最复杂的系统, 随着社会需求的变化、技术的进步, 它处在不断发展、变化和更新之中。当今社会正进入信息时代, 资源、环境及协调发展已成为社会生活和经济发展的重要课题。这个时代对电力系统的需求呈现出一系列新的特点：

1.可控性好、形式多样的发电系统电力系统的稳定控制要求发电机组装设响应快、精度高、调节更灵活的励磁系统。

近年来, 电力系统负荷率平均负荷率最大负荷功率呈现逐年下降的趋势, 而大型火电机组、大容量核能机组等出力调节困难的电厂又得到了快速的发展, 这就对整个电力系统出力的调节提出了越来越大的要求。

可再生能源的发展要求对风力、太阳能发电等这些波动性很强的电能的生产及并网进行控制;

2.潮流可控、安全稳定的输电系统

电力市场的发展将出现对电网潮流可控的要求。

实现资源的最优配置、远距离、大功率、高电压电能的传输对潮流控制、无功功率的动态调整、线路阻抗的动态补偿等提出更高的要求;