智能电网中电力设备及其技术发展分析

以分布式发电系统为例，如图1所示，发电部分、功率调节部分有多个逆变器，其中功率转换和控制装置又包含诸多核心设备，如各种大功率高性能变流器、大功率风力发电机的励磁与控制器、风力发电用永磁发电机变速调速装置、大功率并网逆变器、储能装置以及电网的连接设备，燃料电池、电能输出波形质量设备，电压跌落隔离和保护设备等。对于大功率燃料电池系统则涉及新的电路拓扑、智能集成功率变流器和智能系统级控制设备。

图1 分布式发电、储能及转化系统

输电方面

智能电网网架建设，既要发展大容量远距离低损耗输电技术，也要考虑大规模间歇式新能源接入对输电网的影响，主要集中于柔性交流输电及其相应柔性交流输电设备，高压、特高压直流输电以及高温超导技术等，前两项涉及大量的电力电子设备，最后一项同时涉及新材料和复合材料等关键技术和设备。

FACTS技术及设备

柔性交流输电技术是现代电力电子技术与电力系统相结合的产物，是智能电力设备在输电部分应用的体现。该技术采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数，如电压、相位差、电抗等，进行灵活快速的适时控制，以期实现输送功率合理分配，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统稳定和可靠性。目前已成功应用或正在开发研究的装置有十几种，如静止无功补偿器(SVC)、静止调相机(STATCOM)、静止快速励磁器(PSS)、串联补偿器(SSSC)、统一潮流控制器(UPFC)、晶闸管控制串联电容器(TCSC)、晶闸管控制申联电抗器(TCSR)和可转换静止补偿器(CSC)等。

近年来，该技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用。但FACTS技术的应用还局限于个别工程，如果大规模应用FACTS装置，还要解决一些全局性的技术问题，例如多个FACTS装置控制系统的协调配合问题，FACTS装置与已有的常规控制、继电保护的衔接问题等。随着智能电网的发展以及电力电子器件的性能提高和造价降低，FACTS装置和设备会在未来输电领域大规模应用。

HVDC技术及设备

高压直流输电是将发电厂发出的交流电通过换流阀变成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端再变成交流电注入受端交流电网。直流输电核心技术集中于换流站设备，换流站实现了直流输电工程中直流和交流相互能量转换除在交流场具有交流变电站相同设备外，还有以下特有设备，换流阀、控制保护系统、换流变压器、交流滤波器和无功补偿设备、直流滤波器、平波电抗器及直流场设备，而换流阀是换流站中的核心设备，其主要功能是交直流转换，从最初的汞弧阀发展到现在的电控和光控晶闸管阀，换流阀单位容量在不断增大。

HVDC中的轻型直流输电系统(LIGHTHVDC)技术目前备受关注，如海上风力发电用岸上轻型高压直流输电装置，采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，可以免除换相失败的风险，对受端系统的容量没有要求。未来可用于向孤立小系统，(如海上石油平台、海岛)供电，或在城市配电系统中用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源，是智能电网发展中的重要技术和设备。

超导技术及设备

智能电网的目标是降低网络损耗，美国智能电网规划的一个重要目标是实现以超导为主的骨干网，大幅降低网络损耗。超导电力技术是利用超导体的无阻高密度载流能力及超导体的超导态和正常态相变的物理特性发展起来的一门新的电力技术，它在实现电力装置的轻量化、小型化、低能耗和提高电力系统的安全性、稳定性和电力质量等方面具有重要的意义和广阔的应用前景。