電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子 器件(如晶閘管，GTO，IGBT 等)對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù) 所變換的“電力”功率可大到數(shù)百 MW 甚至 GW，也可以小到數(shù) W 甚至 1W 以下， 和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。。目前 電力電子技術(shù)的應(yīng)用已涉及電力系統(tǒng)的各個(gè)方面，包括發(fā)電環(huán)節(jié)、輸配電系統(tǒng)、 儲能系統(tǒng)等等。
一、發(fā)電環(huán)節(jié)
電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)涉及發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備，電力電子技術(shù)的應(yīng)用以改善 這些設(shè)備的運(yùn)行特性為主要目的。
(一)大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制。靜止勵(lì)磁采用晶閘管整流自并勵(lì)方式， 具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被世界各大電力系統(tǒng)廣泛采用。由于 省去了勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，因而具有其特有的快速性調(diào)節(jié)，給先進(jìn)的控制 規(guī)律提供了充分發(fā)揮作用并產(chǎn)生良好控制效果的有利條件。
(二)水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁。水力發(fā)電的有效功率取決于水頭 壓力和流量，當(dāng)水頭的變化幅度較大時(shí)(尤其是抽水蓄能機(jī)組)，機(jī)組的最佳轉(zhuǎn) 速亦隨之發(fā)生變化。 風(fēng)力發(fā)電的有效功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)車捕捉最大 風(fēng)能的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機(jī)組變速運(yùn)行，通過調(diào) 整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。 此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心是變頻電源。
(三)發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速。發(fā)電廠的廠用電率平均為 8%，風(fēng)機(jī)水泵 耗電量約占火電設(shè)備總耗電量的 65%，且運(yùn)行效率低。使用低壓或高壓變頻器， 實(shí)施風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能的目的。低壓變頻器技術(shù)已非常成熟， 國內(nèi)外有眾多的生產(chǎn)廠家，并有完整的系列產(chǎn)品。
(四)太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)。開發(fā)利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能， 是調(diào)整未來能源結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。大功率太陽能發(fā)電，無論是獨(dú)立系統(tǒng) 還是并網(wǎng)系統(tǒng)， 通常需要將太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，所以具 有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統(tǒng)的核心。日本實(shí)施的陽光計(jì)劃以 3～4kW 的戶用并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為主，我國實(shí)施的送電到鄉(xiāng)工程則以 10～15kW 的獨(dú)立系統(tǒng) 居多，而大型系統(tǒng)有在美國加州的西門子太陽能發(fā)電廠(7.2MW)等。
二、輸電環(huán)節(jié)
(一)柔性交流輸電技術(shù)(FACTS) 交流輸電或電網(wǎng)的運(yùn)行性能。已應(yīng)用的 FACTS 控制器有靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、靜止調(diào)相機(jī)(STATCON)、靜止快速勵(lì)磁器 (PSS)、串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)等。近年來，柔性交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、 瑞典、 巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。國內(nèi)也對 FACTS 進(jìn)行了深入 的研究和開發(fā)。
(二) 高壓直流輸電技術(shù)(HVDC) 流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工 程在較短的輸送距離也具有競爭力。此外，可關(guān)斷器件組成的換流器，由于采用 了可關(guān)斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可 用于向孤立小系統(tǒng)(海上石油平臺、海島) 供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)， 并用于接入。
近年來， 直流輸電技術(shù)又有新的發(fā)展，輕型直流輸電采用 IGBT 等可關(guān)斷電力 電子器件組成換流器， 應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)進(jìn)行無源逆變，解決了用直流輸電向無 交流電源的負(fù)荷點(diǎn)送電的問題。同時(shí)大幅度簡化設(shè)備，降低造價(jià)。
(三)靜止無功補(bǔ)償器(SVC) SVC 是用以晶閘管為基本元件的固態(tài)開關(guān)替 代了電氣開關(guān)， 實(shí)現(xiàn)快速、 頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統(tǒng)的 導(dǎo)納。SVC 可以有不同的回路結(jié)構(gòu)，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為 晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。
三、配電環(huán)節(jié)
配電系統(tǒng)迫切需要解決的問題是如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量。電能 質(zhì)量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態(tài)的 波動和干擾。電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，即用戶電力 (CustomPower)技術(shù)。用戶電力技術(shù)(CP)技術(shù)和 FACTS 技術(shù)是快速發(fā)展的姊妹型 新式電力電子技術(shù)。 采用 FACTS 的核心是加強(qiáng)交流輸電系統(tǒng)的可控性和增大其電 力傳輸能力;發(fā)展 CP 的目的是在配電系統(tǒng)中加強(qiáng)供電的可靠性和提高供電質(zhì)量。 CP 和 FACTS 的共同基礎(chǔ)技術(shù)是電力電子技術(shù)，各自的控制器在結(jié)構(gòu)和功能上也 相同，其差別僅是額定電氣值不同，目前二者已逐漸融合于一體，即所謂的 DFACTS 技術(shù)。具有代表性的用戶電力技術(shù)產(chǎn)品有:動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)，固態(tài) 斷路器(SSCB)，故障電流限制器(FCL)，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(PQC)等。
下面主要涉及我國配電自動化的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
1. 配電自動化前景
配電網(wǎng)自動化智能電網(wǎng)投資重中之重： 配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán) 節(jié)， 其實(shí)現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。配電自動化是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。從投資構(gòu)成上我們預(yù)計(jì)，智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上，配網(wǎng)自 動化將占 40%左右，是智能電網(wǎng)投資的重中之重。 我國配網(wǎng)自動化處于初級階 段：配網(wǎng)自動化在我國處在起步階段，國內(nèi)城市配網(wǎng)饋線自動化率不足 10%，目 前國外配網(wǎng)自動化的比例達(dá)到 60%-70%，國內(nèi)仍剛剛開始試點(diǎn)，未來市場空間廣 闊。
2. 配電自動化簡介
配電自動化指：利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè) 備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門 的工作管理有機(jī)地融合在一起， 改進(jìn)供電質(zhì)量， 與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系， 以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性， 力求供電經(jīng)濟(jì)性最好， 企業(yè)管理更為有效。 配電自動化是一個(gè)龐大復(fù)雜的、 綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配 電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。 從保證對用戶的供電質(zhì)量， 提高服務(wù)水平， 減少運(yùn)行費(fèi)用的觀點(diǎn)來看，配電自動化是一個(gè)統(tǒng)一的整體。
配自動化包含以下配電自動化包含以下 4 個(gè)方面：①饋線自動化。饋線自動 化完成饋電線路的監(jiān)測、 控制、 故障診斷、 故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。 其主要功能有： 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、遠(yuǎn)方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、 無功補(bǔ)償和調(diào)壓等。②變電站自動化。變電站自動化指應(yīng)用自動控制技術(shù)和信息 處理與傳輸技術(shù)， 通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工對變電站進(jìn)行監(jiān)控、 測量和運(yùn)行操作的一種自動化系統(tǒng)。 變電站自動化以信號數(shù)字化和計(jì)算機(jī)通信技 術(shù)為標(biāo)志， 進(jìn)入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域，使變電站運(yùn)行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的 變化，取得顯著的效益。變電站自動化的基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算和處 理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護(hù)交換信息、自動控制的 協(xié)調(diào)和配合、 與變電站其他自動化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通 信等項(xiàng)功能。變電站自動化技術(shù)是配電自動化的重點(diǎn)之一。③配電管理系統(tǒng)。配 電管理系統(tǒng)(DMS)是指用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對配電 網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)配電自 動化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)、配 電網(wǎng)運(yùn)行管理、 用戶管理和控制、 自動繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS) 等。④需求側(cè)管理。通過一系列經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)措施，由供需雙方共同參與的供 用電管理。包含負(fù)荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個(gè)內(nèi)容 涉及電力供需雙方， 甚至與電力管理體制有關(guān)， 必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī)則， 并最終由電力市場來調(diào)節(jié)。 可以看到，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關(guān) 系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系，在電力市場環(huán)境下，需求側(cè)管理必 將被重視。
3.配電自動化發(fā)展趨勢
根據(jù)對國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)的研究，配電自動化技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：
1) 多樣化 盡管配電自動化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，但是從日本等國家 的應(yīng)用情況看，各個(gè)階段的技術(shù)都在使用，并且各有其適應(yīng)范圍：基于自動化開 關(guān)設(shè)備相互配合的饋線自動化系統(tǒng)適合于農(nóng)網(wǎng)等負(fù)荷密度 低、供電半徑長、故 障較多而供電可靠性較差的區(qū)域;第二階段的配電自 動化系統(tǒng) (DAS)適合于 中小城市和縣城;基于人工智能具有豐富高級應(yīng) 用的第三階段配電自動化系統(tǒng) 適合于大城市和重要園區(qū); 甚至僅僅具有遙信和遙測功能而不具備遙控功能的配 電網(wǎng)信息系統(tǒng)也有其應(yīng)用前景，主要因?yàn)樗梢灾苯硬捎霉猛ㄐ刨Y源 (如 GPRS 等)，而不需要建設(shè)專用通信網(wǎng)。
2)集成化 配電自動化涉及面很廣，它不但有自己實(shí)時(shí)信息采集的部分， 還有相當(dāng)多的實(shí)時(shí)、 非實(shí)時(shí)和準(zhǔn)時(shí)實(shí)時(shí)信息需要從其它應(yīng)用系統(tǒng)中去獲取。 比如， 從地調(diào)自動化系統(tǒng)中獲取主供電網(wǎng)和變電站信息; GIS 系統(tǒng)中獲取配電線路拓 從 撲模型和相關(guān)圖形;從 PMS 系統(tǒng)中獲取配電設(shè)備參數(shù);從用電營銷系統(tǒng)/負(fù)荷控 制系統(tǒng)中獲取用戶信息等。 因此， 配電自動化的主站不再是單一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)， 而是將多個(gè)與配電有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)集成起來形成綜合應(yīng)用的系統(tǒng)。 為了規(guī)范應(yīng)用 系統(tǒng)間集成和接口，國際電工委員會制訂了 IEC 61968 系列標(biāo)準(zhǔn)，提出運(yùn)用信 息交換總線 (即企業(yè)集成總線)，可將若干個(gè)相對獨(dú)立的、相互平行的應(yīng)用系 統(tǒng)整合起來，在實(shí)現(xiàn)信息交換的同時(shí)，使每個(gè)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮自己的特色，形成一 個(gè)有效的應(yīng)用整體。
3) 智能化 配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，配電系統(tǒng)智能化則是配電自動 化的發(fā)展方向。因此，配電自動化與實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在： 自 愈配電技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中饋線自動化的故障診斷、定位、隔離以及 恢復(fù)供電的基本功能， 在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級為適應(yīng)分布式發(fā)電的 雙向能量流下的饋線自動化功能。 高效運(yùn)行技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中高 級應(yīng)用軟件功能。 在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級為考慮設(shè)備全生命周期的 資產(chǎn)優(yōu)化與智能調(diào)度業(yè)務(wù)功能。 分布式電源和儲能系統(tǒng)的接入技術(shù)。這是配電 自動化系統(tǒng)面臨的新要求， 尤其是涉及到配網(wǎng)潮流計(jì)算和分析以及分布式電源對 電網(wǎng)的影響。 定制電力技術(shù)。根據(jù)電能質(zhì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以不同的技術(shù)和價(jià)格 提供不同等級的電能質(zhì)量， 以滿足不同用戶對電能質(zhì)量水平的需求。配電自動化 系統(tǒng)是其技術(shù)支撐手段之一。 用戶互動技術(shù)。這就是配電自動化系統(tǒng)中停電管 理功能，在智能電網(wǎng)的背景下需要進(jìn)一步升級為適應(yīng)用戶雙向互動的業(yè)務(wù)功能。
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