摘要：目前我国正在大力发展智能电网技术，其中以“四化为核心”即信息化、数字化、自动化、互动化是智能电网的发展目标，先进电力电子技术是建设智能电网的重要技术手段。从不同角度分析了中国智能电网对先进电力电子技术的需求，介绍了先进电力电子技术的基本内涵并着重介绍了灵活交流输电技术和高压直流输电技术在智能电网中的应用，并指出其未来的发展重点。
关键词：智能电网；电力电子；灵活交流输电系统；高压直流
0 引言
随着经济的发展社会的进步，科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境的日益突出，电网发展面临着新课题和新挑战。依靠现代信息，通信和控制技术积极发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，已经成为国际电力发展的现实选择。以灵活交流输电技术（flexible AC transmission system，FACTS），以及高压直流输电技术（high voltage DC，HVDC），定制电力技术（custom power），能量转换技术为代表的先进电力电子技术越来越广泛地应用到我国电网中，它是建设统一智能电网的重要基础和手段。加强先进电力电子技术的科技进步是保证我国电网长远发展的重要战略任务。
1 智能电网对先进电力电子技术的需求
1.1 在促进可再生能源有效利用方面的需求
通过智能电网的建设，来实现可预测可控制的可再生能源发电调度与控制，是促进可再生能源发展的前提。而这主要是通过先进电力电子技术来保证可再生能源发电的大规模，分布式接入和远距离送出，使电网对可再生能源具有容纳性和适应性，从而为提高清洁能源比重，有效应对全球气候带来的挑战打下坚实基础。
1.2 在改善电能质量与电力市场方面的需求
随着经济社会的不断发展和科学技术的全面进步，社会工业水平日益提高，电能质量问题越来越受到重视。大规模风电场，光伏发电站和微型电网等并网与电铁的挂网运行都对电能质量造成了较大影响。相关统计数据表明，美国每年由电能质量造成的损失高达上千亿美元。
1.3 在保障电网电力电子装置可靠性方面的需求
电力电子技术在电力系统中的应用已经取得了较大进展，但是现阶段还没有健全的大规模应用电力电子装置的可靠性经济型评估体系。如何评价大规模应用电力电子装置时的电网适应性与电力电子装置带来的经济效益成为一个亟待解决的问题。安全使用电力电子技术是智能电网的重要课题，由于大量采用电力电子换流技术，所以在系统中发生了谐波不稳定和同步电机自激扭振或次同步谐振问题，这是电力电子和HVDC系统的关键问题之一。
2 未来电力电子技术的研究发展方向
先进电力电子技术智能化是建设职能电网的关键，也是今后世界各国电力系统电力电子技术发展的方向。从我国电网的基本情况考虑，各种基于电力电子器件的系统控制器将得到更广泛的应用，HVDC技术和FACTS技术的日趋成熟，能在不增加输电走廊的前提下充分利用现有输电线路，提高传输容量和稳定性。监测，通信，控制，保护技术的发展使得广域内潮流控制成为可能。电能质量调节技术的发展将建立起具有自适应，自恢复能力的智能化输电配电网络。能量转换技术的成熟使得新能源发电，尤其是风电并网得到广泛应用。同时微网与能量存储技术使电力用户拥有更多选择，从而构成一个具有高效性，清洁性，自愈性的完全智能电网。
3 FACTS技术在智能电网中的应用
3.1 典型灵活交流输电装置SVC在智能电网中的应用
SVC是一种典型的灵活交流输电装置，其主要作用有：调节系统电压，保持电压稳定，控制无功潮流，增加输送能力，为直流整流器提供无功功率，提高系统的静态和暂态稳定性，加强对系统低频振荡的阻尼。它是解决我国电网输电瓶颈的一个重要技术手段。
SVC具有无功补偿和潮流优化功能，能够提高电网的输电能力和电能输送效率，改善电网的安全稳定性和电能质量，并且适用于各等级电网。SVC为我国电网向着坚强，安全，智能化发展发挥了重要作用。
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3.2 TCSC技术在智能电网中的应用
可控串补技术是在常规串补技术发展起来的一种灵活交流输电技术，主要是由晶闸管阀，金属氧化物限压器，电容器组合阻尼器构成。它不仅可以提高现有线路的输送能力，提高系统稳定性，还可以有效抑制系统低频振荡，抑制次同步谐振，优化系统运行方式和降低输电损耗。以可控串补技术为代表的灵活交流输电技术，代表世界先进输电技术的发展方向，它利用先进电力电子技术提高电网输电能力，提升电网安全稳定水平，适用于超/特高压各等级电网，有力推动了我国交流输电技术的创新进程和产业升级。
3.3 FACTS技术的发展方向
随着特高压战略和智能电网的实施和推进，必然会有更多的FACTS设备投入运行，未来几年我国FACTS技术发展主要集中在以下几个方向：750kv/1000kv可控串补技术的研究和应用；750kv/1000kv可控高抗技术的研究和应用；静止同步串联补偿器关键技术研究；UPFC关键技术研究；基于广域测量系统的多FACTS协调控制技术研究。
4 高压直流输电技术（HVDC）在智能电网中的应用
4.1 常规HVDC技术在智能电网中的应用
超高压直流输电技术在远距离大容量输电，异步联网，海底电缆送点等方面具有优势，因而得到了广泛应用。而特高压直流输电更可以有效节省输电走廊，降低系统损耗，提高送点经济性，为我们解决能源分布不均，优化资源配置提供了有效途径。预计到2020年，我国将建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送，受端电网，预计直流工程达50项，其中规划建设30多个特高压工程，包括5个±1000kv的直流工程。
未来我国直流系统将形成125,500,660,800,1000kv的电压等级序列，形成额定电流3,3.5,4,4.5,5kA的电流等级序列。超大容量直流输电的成功条件之一是受端有强大的交流系统，提供足够的短路电流（换相电流），而受端负荷过大将直接影响直流系统的稳定，受端系统接受能力的研究是今后的重要课题。
4.2 柔性直流技术在智能电网中的应用
20世纪90年代发展起来的柔性直流输电技术以电压源换流器和可关断电力电子器件绝缘栅双极晶体管为核心，是新一代更为灵活环保的直流输电技术，其固有的技术优势将在降低城市配电网短路电流，解决可再生能源并网难题，海岛供电及向能源紧缺和特殊地区的供电领域发挥积极作用。
国际上关于柔性直流输电的研究，无论在工程实用化方面还是在基础理论方面都已经比较深入。国内关于柔性直流输电技术的研究起步较晚，国家电网公司于2006年5月制定了《柔性直流输电系统关键技术研究框架》，全面启动了该技术的系统研究。2008年8月，国家电网公司开始开展柔性直流关键技术研究及示范工程实施，工程容量为20MVA，电压等级±30kv，并成功在2010年上海南汇风电场挂网运行，完成我国首个柔性直流输电系统的工程示范。
4.3 高压直流输电技术在智能电网的发展方向
基于我国直流输电技术的发展水平和规划，充分考虑我国智能电网建设的要求，我国未来直流输电技术的研究重点包括：±1000kv直流工程关键技术研究；智能化直流输电系统研究；高压大容量柔性直流输电技术研究；三级直流输电技术研究；多端直流输电技术研究；大规模分布式电源系统采用柔性直流接入系统技术研究。
5 总结
先进电力电子技术可以强化、优化电网，保障大电网安全稳定，促进可再生能源的有效利用，改善电网电能质量，保障电力系统电力电子装置的可靠性和深化节能减排技术的研究，是建设我国智 能电网的重要基础和手段。促进先进电力电子技术的进步，是保障我国电网长远发展的重要战略任务。
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论文作者:王杨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/1
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