电力电子技术在智能电网中的应用

.Hingorani博士于1988年提出的，该技术是将大功率电力电子技术和配电自动化技术综合起来，以用户对电力可靠性和电能质量要求为依据，为用户提供其特定要求的电力供应技术。用户电力技术又称DFACTS，是FACTS技术在配电网中的延伸。目前主要的DFACTS设备及其功能见表2所示。他们可以根据用户的需求，实现平抑系统谐波、消除电压闪变和不对称、补偿功率因数和负荷波动等功能。

在智能配电网的电力电子装置中，值得一提的是智能万用变压器(IUT)。不同于传统的线圈式变压器，它是基于电力电子技术(由多级逆变器组成)的变压器。作为美国EPRI ADA项目中的一个基础性的装置，IUT已接近市场化。见于报道的IUT的额定功率为20 kVA，输入相电压为2.4 kV，输出的额定电压为120V/240V。除了传统变压器的功能外，IUT可向用户提供可选择的服务项目，如直流或400 Hz的电力，由单相到三相的转换、调压、谐波过滤、下陷校正;它还可以改善系统运行效益，如设计标准化(减少了备件的库存量)，消除了危险的液体介质(油)，减小了重量和尺寸，内置传感器具有远方通讯能力，可辅助配网远程监控，也可作为可控开关遮断潮流。

4 储能技术和V2G

随着各种可再生能源发电的大规模接入电网，风电和光伏发电功率的随机性和波动性对电网调度和安全稳定运行提出了严峻的挑战。为了吸纳更多风电和光伏发电波动的功率，迫切需要电网具有较强的调节能力，大容量集中式储能技术和V2G等分布式储能技术就应运而生。

除抽水储能和压缩空气储能(CSES)外，电池储能(铅酸电池、锂电池、NaS电池和钒液流电池等)、飞轮储能、超导储能(SMES)和超级电容器储能等都要用到电力电子技术。各种电池储能和大容量的液流电池储能都是产生直流电，当电网功率过剩时通过控制器和整流器，将交流电变成直流电给电池组充电。而当电网功率不足时，由控制器和逆变器将电池组的直流电变换成交流电，反送给电网。如何实现电池组的快速充放电、如何实现多个电池的均衡充电延长电池寿命，成为电池智能充放电管理系统的关键问题。目前，NaS液流电池组和钒液流电池组最大的可以达到上兆瓦，多组并联容量更大，可以实现电网的集中功率调节，被称为“储能电站”。

飞轮储能是将电能通过电动机转化成飞轮的机械能，需要时电动机变成发电机，将飞轮的机械能再转化成电能送入电网。飞轮是由玻璃纤维等高强度材料制成，转速在40000rpm以上，通过一对磁悬浮轴承悬浮在真空中，几乎没有能量损耗，整个装置的运行效率可以达到98%。通过双向功率变流器将飞轮储能装置和电网解耦开来，以保证装置产生的电能满足电网电能质量的要求。通过模块化设计可以将多个飞轮装置并联运行，利用集装箱移动应用，可作为调节电站和后备电源使用。目前美国已建成20MW的移动式飞轮储能系统，开展工业化应用试验。

随着电动汽车的发展，大量的车载电池成了天然的分布式储能系统，为增强电网的调节能力提供了新的途径。统计表明，一台电动汽车95%的时间处于停驶状态，车主可以在电价低廉时充电，当电网需要时将电池中存储的电能反馈给电网，以获得差价。在车主和系统调度员之间，是通过实时电价和智能电表来实现智能充放电管理。这就是V2G(Vehicle to Grid)技术。以美国为例，美国汽车保有量为1.76亿辆，以汽车输出的总机械功率换算，是美国电力系统总装机容量的24倍。假设其中的1/4即0.44亿辆为电动汽车，它们的车载电池足以存储美国所有风电厂的输出功率。巨大的电动汽车储能有效地调节了可再生能源发电输出功率的波动，增加了系统的有效备用容量，成百上千的电动汽车还可以组成微电网运行，在紧急状况下还可以对电网提供有效的支撑，提高了电网的安全运行水平。目前美国已有20多个城市在开展V2G试点，一台运行于V2G模式的电动汽车，车主一年可获利4000-5000美元，相当于全年1/3-1/6的总行驶里程的费用。我国也出台了新能源汽车发展规划，每购置一台电动汽车可以获得国家财政3000元的补贴。我国正在研究出台充电站系列标准，由北京交通大学电气学院研发的奥运会充电站、世博会充电站和世博园V2G示范项目也相继投入运行。

5 结论

电力电子技术在智能电网中的应用，归纳起来主要体现在以下几个方面：

(1)提升电网资源优化配置能力。FACTS技术能在现有