構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和最主要的舉措之一。今年2月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見》提出，加強(qiáng)新型電力系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)各類企業(yè)等主體積極參與新型電力系統(tǒng)建設(shè)，支持行業(yè)龍頭企業(yè)聯(lián)合高等院校、科研院所和行業(yè)上下游企業(yè)共建國(guó)家能源領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)。在落實(shí)“雙碳”目標(biāo)、積極參與新型電力系統(tǒng)建設(shè)、加快推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的背景下，廣西電網(wǎng)新能源裝機(jī)快速增長(zhǎng)，可調(diào)節(jié)資源存量不斷下降，電網(wǎng)電壓控制難度不斷增加。與此同時(shí)，“十四五”期間廣西電力供應(yīng)最大缺口530萬千瓦，省內(nèi)新能源裝機(jī)規(guī)模仍將保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，電網(wǎng)電壓控制問題必將更加突出。
為什么電網(wǎng)電壓控制問題會(huì)更加突出？隨著新型電力系統(tǒng)發(fā)展，新型電力系統(tǒng)中新能源將逐步成為裝機(jī)和電量主體，但新能源有功出力頻繁波動(dòng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)有功無功潮流分布大幅度隨機(jī)變化。電網(wǎng)潮流的多變與隨機(jī)性增大了電網(wǎng)電壓控制難度，會(huì)影響電能質(zhì)量。穩(wěn)態(tài)電壓水平取決于無功功率的平衡水平，若在電力系統(tǒng)中難以保持無功平衡，將會(huì)使電力系統(tǒng)電壓下降，進(jìn)而造成設(shè)備損壞，而功率因數(shù)一旦出現(xiàn)下降，嚴(yán)重時(shí)電力系統(tǒng)中的整個(gè)電壓會(huì)崩潰解裂，將進(jìn)一步導(dǎo)致大面積停電。因此，若電網(wǎng)或電氣設(shè)備無功容量明顯缺乏，則應(yīng)增加無功補(bǔ)償設(shè)備，以提升設(shè)備功率因數(shù)，減少不良電力事故發(fā)生，避免對(duì)電能造成較大浪費(fèi)。
目前，電壓無功調(diào)控中存在一些問題，地區(qū)電網(wǎng)主要由無功補(bǔ)償設(shè)備和有載調(diào)壓變壓器控制無功電壓，而這些離散調(diào)壓設(shè)備難以頻繁調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)跟蹤隨機(jī)變化的電網(wǎng)潮流，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)無功分布不均衡、高/低電壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重。同時(shí)，現(xiàn)有的地區(qū)電網(wǎng)新能源電站、匯集站無功電壓管理措施不足，甚至常發(fā)生輕載時(shí)新能源電站大量輸出無功、重載時(shí)無功輸出明顯不足的嚴(yán)重問題，進(jìn)一步惡化了地區(qū)電網(wǎng)的電壓無功調(diào)控問題。
針對(duì)目前電壓無功調(diào)控存在的問題，在高比例新能源、高比例電力電子設(shè)備“雙高”的新型電力系統(tǒng)下，研發(fā)高性能電力電子器件的新型無功補(bǔ)償技術(shù)十分重要。相較于傳統(tǒng)無功補(bǔ)償硅器件，碳化硅器件由于材料屬性在電壓等級(jí)、開關(guān)度等方面都有很大優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于無功補(bǔ)償設(shè)備可以簡(jiǎn)化拓?fù)?、增加控制帶寬、提升無功電壓控制能力。但由于碳化硅器件開關(guān)速度更快，會(huì)造成碳化硅器件的工程應(yīng)用存在電應(yīng)力高、電磁干擾強(qiáng)等問題。同時(shí)，電力系統(tǒng)具強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，新能源電站和新型負(fù)荷的大規(guī)模并網(wǎng)使電力系統(tǒng)面臨寬頻動(dòng)態(tài)、低慣性、弱抗擾性、低過載能力等問題，進(jìn)一步增加了基于碳化硅器件的新型無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用難度。
面臨新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的困難和挑戰(zhàn)，結(jié)合我國(guó)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)新型電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)壓控制，提高電能質(zhì)量是重要趨勢(shì)。在電力系統(tǒng)中合理應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是促進(jìn)電力電子技術(shù)發(fā)展需要研究的重要問題。通過對(duì)電力電子技術(shù)及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上探討研究電力系統(tǒng)中對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用有重要意義。
無功功率補(bǔ)償技術(shù)和電力電子技術(shù)之間的發(fā)展與進(jìn)步是相輔相成、相互促進(jìn)、相互協(xié)調(diào)的。電力電子技術(shù)與無功功率補(bǔ)償技術(shù)的結(jié)合不僅是保證電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)，而且是有效提升電能質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。無功功率補(bǔ)償技術(shù)可以彌補(bǔ)電力電子技術(shù)的不足，電力電子技術(shù)又可以反過來推動(dòng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用。兩種技術(shù)之間存在著優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，針對(duì)無功補(bǔ)償系統(tǒng)來說，高性能電力電子技術(shù)能夠保證無功補(bǔ)償水平實(shí)現(xiàn)有效提升，促使新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制能夠?qū)崿F(xiàn)更好的發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)用電力電子技術(shù)可以保證更加快速、精確地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償，促使控制系統(tǒng)朝著自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而提升無功補(bǔ)償工作的效率。在我國(guó)電力技術(shù)快速發(fā)展的今天，電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)新型電力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)壓控制是大勢(shì)所趨。
當(dāng)前，廣西電網(wǎng)公司相關(guān)研究人員立足于電力電子技術(shù)的發(fā)展，從多角度研究電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，助推新型電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，致力打造具有廣西特色的原創(chuàng)技術(shù)。針對(duì)新能源高比例接入和高度電力電子化的新型電力系統(tǒng)特征，從新型源荷高比例接入的電力系統(tǒng)無功電壓特性出發(fā)，研發(fā)基于SiC（碳化硅）電力電子器件的無功補(bǔ)償裝置，研究高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的應(yīng)用并作出展望，研究新型無功補(bǔ)償裝置自適應(yīng)優(yōu)化控制和管理方法，支撐新型源荷廣泛接入。
廣西電網(wǎng)公司研發(fā)基于SiC電力電子器件的無功補(bǔ)償裝置共設(shè)置了4個(gè)課題。課題一主要面對(duì)新型源荷高比例接入的無功補(bǔ)償需求進(jìn)行分析，課題二對(duì)基于SiC器件的新型無功補(bǔ)償裝置架構(gòu)及模型進(jìn)行研究，課題三對(duì)新型無功補(bǔ)償裝置自適應(yīng)優(yōu)化控制和管理方法進(jìn)行研究，課題四對(duì)新型無功補(bǔ)償裝置樣機(jī)方案設(shè)計(jì)、集成、測(cè)試。課題旨在揭示面向新型源荷高比例接入的電力系統(tǒng)無功電壓機(jī)理，并確定無功補(bǔ)償需求，通過分析無功補(bǔ)償需求，建立基于SiC器件的新型無功補(bǔ)償裝置仿真模型，模型建立完成后，設(shè)計(jì)新型無功補(bǔ)償裝置自適應(yīng)優(yōu)化控制策略和管理方法，最后進(jìn)行新型無功補(bǔ)償裝置樣機(jī)方案設(shè)計(jì)、集成、測(cè)試。在此過程中，該公司爭(zhēng)取發(fā)表或錄用三大檢索或核心期刊論文多篇，申請(qǐng)發(fā)明專利多項(xiàng)。
預(yù)計(jì)到2050年，我國(guó)將形成以可再生能源為主的能源體系，可再生能源在能源消費(fèi)中的比例將達(dá)到60%以上，占總發(fā)電量的85%以上。但以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)具有強(qiáng)不確定性、低慣性、弱抗擾性、強(qiáng)非線性，其快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性及系統(tǒng)規(guī)模龐大的特征給電網(wǎng)電壓穩(wěn)定又提出了新的挑戰(zhàn)和迫切的改進(jìn)需求。加之整個(gè)社會(huì)的發(fā)展速度由于能源的供應(yīng)速度而不斷提升，這些年的實(shí)際情況也反映了我國(guó)對(duì)于電能的需求量在不斷提升，電力輸送行業(yè)必須與不斷發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)相匹配，所以整個(gè)電力系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。然而，在增加發(fā)電量的同時(shí)，也需要減少電能在運(yùn)輸時(shí)的消耗，降低電力部門的運(yùn)營(yíng)成本，所以構(gòu)建功能更加強(qiáng)大、運(yùn)行更加靈活、更加具有韌性的高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)成為迫切需要。
在此背景下，廣西電網(wǎng)公司加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，適應(yīng)新能源快速發(fā)展，不斷提升對(duì)新型電力系統(tǒng)的特性認(rèn)知能力、運(yùn)行控制能力與故障防御能力。不斷研發(fā)新技術(shù)、加強(qiáng)新設(shè)備等科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，切實(shí)解決新型電力系統(tǒng)實(shí)際問題，保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制出力，減少在運(yùn)輸過程中大量被損耗的電能，強(qiáng)化整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行速度，提升電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)安全和穩(wěn)定性。
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一個(gè)系統(tǒng)工程，關(guān)鍵路徑是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)能降耗，能源是主戰(zhàn)場(chǎng)，電力系統(tǒng)革新是核心，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)責(zé)無旁貸。由于新型電力系統(tǒng)所呈現(xiàn)的“雙高”特性，且基于新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、分散性等特點(diǎn)，電源側(cè)出力波動(dòng)加大，負(fù)荷側(cè)不確定性增加，電力系統(tǒng)功率平衡壓力增加，電網(wǎng)電壓控制問題更加突出，研究高性能電力電子無功補(bǔ)償系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的應(yīng)用與展望十分重要。因此，推動(dòng)相關(guān)成果應(yīng)用于廣西電網(wǎng)無功電壓控制，將有利于促進(jìn)廣西新能源并網(wǎng)、提升供電水平，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
來源：中國(guó)能源網(wǎng)
