為什么能源互聯(lián)網(wǎng)要以電網(wǎng)為主

從國(guó)外的發(fā)展來(lái)看，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)有三種理解：
一是以互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放對(duì)等理念和體系架構(gòu)為指導(dǎo)，形成新型的能源網(wǎng)。這時(shí)候能源互聯(lián)網(wǎng)(Energy Internet)的本質(zhì)是能源網(wǎng)。以美國(guó)的FREEDM為典型代表，效仿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心路由器，提出了能源路由器的概念并且進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)。
二是借助互聯(lián)網(wǎng)收集能源相關(guān)信息，分析決策后指導(dǎo)能源網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度。這時(shí)候能源互聯(lián)網(wǎng)(Internet of Energy)的本質(zhì)還是信息互聯(lián)網(wǎng)。以歐洲的e-Energy為典型代表，打造一個(gè)基于信息和通信技術(shù)的能源供應(yīng)系統(tǒng)，連接能源供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用形成能源需求和供給的互動(dòng)。
三是將以上兩種理解混合在一起，兩種成分都有，以日本的數(shù)字電網(wǎng)、電力路由器為典型代表。

如何用電力電子裝置提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性

淺談電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用



電力系統(tǒng)的任務(wù)是為人們?nèi)粘Ｉ睢⑵髽I(yè)科研生產(chǎn)提供電力資源，而是社會(huì)經(jīng)濟(jì)能否穩(wěn)定發(fā)展的重要依托。電力電子裝置的應(yīng)用貫穿電力系統(tǒng)的發(fā)電、配電、變電和輸電等各個(gè)階段，電力系統(tǒng)若想實(shí)現(xiàn)高可靠性、高穩(wěn)定性和高效性，必須采用高度智能化的電力電子裝置。與此同時(shí)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的發(fā)電方式往往使用不可再生能源，在造成嚴(yán)重的環(huán)境污染的同時(shí)能源的利用率低下，已不能滿足社會(huì)的需求，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)勢(shì)在必行。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中必然會(huì)使用電具有較高科技水平的電力電子裝置。因此，研究電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1 電力電子裝置和電力系統(tǒng)的發(fā)展
隨著大容量、遠(yuǎn)距離電力資源傳輸?shù)男枨笾饾u提高，電力系統(tǒng)勢(shì)必步入智能化、自動(dòng)化發(fā)展的道路。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)的智能化水平逐漸提升，在全國(guó)各地均可以使用電能，電力系統(tǒng)的規(guī)模位于世界前列。電力電子裝置作為電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，雖然起步較晚，但發(fā)展速度迅猛。電力電子裝置的不斷發(fā)展與改善同時(shí)也極大促進(jìn)了電力網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展。較為突出的改進(jìn)為電力能源傳輸介質(zhì)由傳統(tǒng)的電纜傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w傳輸；關(guān)鍵技術(shù)壁壘由硬件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖O(shè)計(jì)；裝置由傳統(tǒng)的半控型裝置逐步發(fā)展為全控型裝置，目前已經(jīng)發(fā)展到復(fù)合型裝置；控制方法由傳統(tǒng)的模擬控制轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字控制等等。然而，我國(guó)電力系統(tǒng)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在著一定的差距，主要表現(xiàn)為智能化水平較低、科技含量較低、創(chuàng)新性技術(shù)應(yīng)用較少等等。因此，我國(guó)電力行業(yè)的相關(guān)科技人才應(yīng)該對(duì)電力電子裝置進(jìn)行深入的科學(xué)研究并將其先進(jìn)的應(yīng)用到電力系統(tǒng)的構(gòu)建中，從而促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。
2.我國(guó)電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1 發(fā)電階段
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通常利用不可再生能源進(jìn)行發(fā)電，資源有限且會(huì)造成一定的環(huán)境污染。新型電力系統(tǒng)應(yīng)因地制宜，利用當(dāng)?shù)丨h(huán)保的可再生能源，如風(fēng)能、勢(shì)能等，同時(shí)致力于進(jìn)一步提高能源的利用效率，提高環(huán)保能源的使用率，本文將從風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電三方面進(jìn)行介紹電子電力裝置在發(fā)電中的應(yīng)用。
2.1.1 風(fēng)力發(fā)電
由于風(fēng)力變化極快，需要電力電子裝置對(duì)風(fēng)能進(jìn)行整流、逆變后將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┤耸褂谩⒕哂蟹€(wěn)定電壓、頻率的電能資源，最為普遍的裝置為風(fēng)力變流器。利用變流器中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分層改變電能的容量和電壓，增加了風(fēng)力發(fā)電的效率。
2.1.2 水力發(fā)電
水力發(fā)電裝置通過(guò)調(diào)節(jié)水庫(kù)的高低位置的變化通過(guò)水力勢(shì)能的改變進(jìn)行發(fā)電。水力發(fā)電中發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁技術(shù)，極大地加快了發(fā)電的速度，其核心電力電子裝置為交流發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁。在交流勵(lì)磁的控制系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，利用交流頻率的改變直接調(diào)節(jié)對(duì)水壓及流量的大小，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的水力發(fā)電，有效改善了水力發(fā)電站的發(fā)電。效率
2.1.3太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能發(fā)電需要的電力電子裝置包括將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓夥嚵性⑻幚聿环€(wěn)定電能的濾波器、變壓器、逆變器等裝置。目前，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用還存在一定的不足，如光伏陣列存在多峰值問(wèn)題，有待進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。
2.2 儲(chǔ)能階段
由于可再生能源的產(chǎn)生具有季節(jié)性、實(shí)時(shí)性，同時(shí)生活生產(chǎn)中使用電能也存在高峰期和低谷期，這就要求進(jìn)行電能的儲(chǔ)存，從而提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文將從目前在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的電池儲(chǔ)能裝置、水力儲(chǔ)能裝置和風(fēng)力儲(chǔ)能裝置幾個(gè)方面進(jìn)行概述。
2.2.1 電池儲(chǔ)能裝置
我國(guó)對(duì)于電池儲(chǔ)能裝置的研究與其他其他儲(chǔ)能方式相比時(shí)間較早，可以將任意發(fā)電裝置產(chǎn)生的電力資源轉(zhuǎn)化為電池中的電能。其原理為利用小功率直流變換器是電池中的電流平穩(wěn)；利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將電池集成實(shí)現(xiàn)電壓的高低和電流的變化；利用電壓型四象限變換器在實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)。利用電力電子裝置實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的最優(yōu)化、損耗的最小化的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
2.2.2 水力儲(chǔ)能裝置
水力發(fā)電的儲(chǔ)能裝置一般采用抽水儲(chǔ)能，常見(jiàn)的方法為利用抽水蓄能機(jī)組中勵(lì)磁電流的頻率和幅值的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電力功率的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)電力供能中調(diào)峰填谷、備用緊急能源等不同的作用。
2.2.3 風(fēng)力儲(chǔ)能裝置
風(fēng)力儲(chǔ)能裝置利用壓縮空氣進(jìn)行儲(chǔ)能，利用空氣壓縮機(jī)將剩余的電力資源用空氣的壓力進(jìn)行存儲(chǔ)，電能不足時(shí)，將空氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電。
2.3 輸電階段
電力系統(tǒng)若想在輸電領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高容量和低損耗的電力傳輸，需要電力電子裝置進(jìn)行協(xié)助降低電能的損耗，如換流器、變流器。在輸電過(guò)程中長(zhǎng)距離、高容量的電力傳輸一旦遇到意外災(zāi)害可能會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，電力電子裝置能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)傳輸電力過(guò)程中的異常狀況，根據(jù)具體的情況進(jìn)行決策，以免產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。
2.4 智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是高度自動(dòng)化、高度智能化的電力資源傳輸網(wǎng)絡(luò)，利用自動(dòng)化控制技術(shù)可對(duì)任意網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間電力資源的雙向流動(dòng)。智能電網(wǎng)中采用功率變換器對(duì)用戶的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用電力電子裝置的集成可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中控制器通過(guò)通信系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化控制，增強(qiáng)智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.5 提高電能利用率
由于自然中可再生資源如水力、風(fēng)力或是太陽(yáng)能并非是長(zhǎng)時(shí)間供應(yīng)的，但是對(duì)于電能的需求卻逐年增加，因此電力系統(tǒng)必須降低電能的損耗、提高電能的使用效率。其中，鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器可以通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償降低電壓的擾動(dòng)、維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；諧波治理裝置可以降低電網(wǎng)中的諧波，抑制不必要的能量損耗；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器通過(guò)對(duì)電壓暫降進(jìn)行補(bǔ)償，降低電壓引起的電力設(shè)備的損害，從而保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性運(yùn)行。
3 電力電子裝置發(fā)展的建議
目前，我國(guó)在電力電子裝置的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了較大的突破，但是距離世界頂級(jí)的電力系統(tǒng)中電力電子裝置的應(yīng)用還有一定的差距。針對(duì)電力資源的大量需求和電力系統(tǒng)改善的需要，電力電子裝置應(yīng)該加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究。首先，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的智能化，通過(guò)電力電子裝置的一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。其次，在發(fā)電階段加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電換流器的可靠性與太陽(yáng)能發(fā)電中逆變器的穩(wěn)定性。再次，研究其他可再生能源發(fā)電的可行性與適用性。最后，增加電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急措施，通過(guò)不斷改進(jìn)控制算法增強(qiáng)電力系統(tǒng)進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力，提高電力能源的使用效率。
4 總結(jié)
電力電子裝置是電力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，在保障電力系統(tǒng)及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠運(yùn)行等方面發(fā)揮舉足輕重的作用。換言之，電力電子裝置科技水平的高低直接影響電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的高低，直接決定我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，我國(guó)必須注重電力電子裝置的科研與開(kāi)發(fā)，促進(jìn)電力單位或企業(yè)與高校或其他科研單位的合作，致力于將先進(jìn)的電力電子裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以便進(jìn)一步滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)電力資源日益增加的需求。
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