电力电子

实现碳达峰、碳中和，能源是主战场，电力是主力军，作为“龙头带动作用”的央企--南方电网率先发布了《南方电网公司建设新型电力系统行动方案（2021-2030年）白皮书》（以下简称白皮书），白皮书提出了八大重点举措推动公司建设新型电力系统工作落实落地，支撑南方五省区及港澳地区碳达峰、碳中和目标实现。

分布式发电、储能及电动汽车等电力电子装置大规模并入配电网，削弱了系统的惯性和阻尼，对电网安全、可靠运行造成较大影响。虚拟同步机技术是实现电力电子装置柔性、灵活并网的先进控制技术，可以使电力电子设备模拟同步电机的外特性，实现分布式电源、储能、电动汽车等装备的即插即用、灵活并网，最终形成配电侧源、网、荷、储的分布式、自适应协同运行机制。

介绍了变电站操作、保护和监测用直流电源系统是电网安全的关键设备，基于电力电子技术的并联智能型变电站直流电源系统，具有电池利用率高、自动在线核容、便于运维检修和供电可靠性优等特点，近年来随其技术的完善和技术标准的建立已在不同类型变电站得到成功应用。

目前，国家电网公司高度重视配电网发展，每年投入大量资金用于配电网建设改造。然而，对于配电网网架薄弱的偏远地区、育网海岛地区以及新能源密集地区，配电网建设改造费用高昂，电能质量间题也较为突出。对于“高海边无”地区，电能质量问题更是非常突出，对居民的生存生活造成巨大影响。 基于大数据云平台的综合功率治理装置的研制，采用大数据云平台和先进电力电子技术，有效解决了电压、谐波、无功、三相不平衡等问题，为配电网提供高品质电能。 随着风电、光伏、储能以及大量非线性负荷的广泛接入，该设备的应用将更为广泛。项目成果已在连云港地区得到推广应用，获得较高评价。2018年公司将继续加大宣传推广力度，实现更加的经济和社会效益。 项目成果适宜在电力行业全面推广应用。

对配网直流开关现状和发展趋势进行了探讨。以珠海唐家湾直流配电系统示范工程、苏州中低压直流配用电工程、张北小二台柔性变电站（电力电子变压器）示范工程、苏州同里新能源小镇交直流混合微网工程、浙江杭州大江东柔性直流风光储示范工程为例，介绍了这些工程中直流配电开关技术现状以及未来的发展趋势。

分布式终端接入数量的增加、电力电子设备的广泛应用会给终端通信网带来较大冲击。文章首先分析了终端通信网现状和电能质量感知问题,然后针对性地提出终端通信网络架构,并介绍其具备的功能;在此基础上提出终端通信网智能感知关键技术,主要有大规模终端高效接入技术、终端通信深度覆盖技术以及终端雾状通信技术等;其次,研发智能采集终端,搭建配电网电能质量监测平台,对配电网电能质量进行在线监测;最后,对5G通信技术在电能质量中应用进行了展望和探讨。文章终端通信网架构及智能感知关键技术,可以有效地提升配电网电能质量感知能力,满足终端业务发展需求,具有一定工程应用价值。

柔性低频交流输电技术是采用可关断电力电子器件和模块化多电平拓扑的新型输电技术。因兼具工频交流输电和柔性直流输电的优点,该技术在远距离输电、海上风电送出及城市电网相关领域得到了广泛关注。在详细介绍柔性低频交流输电的基本工作原理和系统结构的基础上,对其技术特点及相关领域的应用研究现状进行了梳理总结。最后,就柔性低频交流输电需重点研究的系统接入技术、变频器主电路拓扑、控制与保护系统、谐波与电能质量分析、主设备低频适应性等关键技术进行了展望。

配电网直流化是未来发展的重要趋势。城市配电网电缆化率的快速提升、分布式电源直流接入的迫切需求以及数据中心等新兴直流负荷的快速发展，给配网直流化发展提供了强劲动力。发展新一代变电站技术，支撑交直流混合配网构建，已成为配电技术领域的研究热点和竞争制高点，列入国家和公司“十三五”科技规划。 面对新一代变电站发展需求，项目团队在国际上率先提出“柔性变电站”概念，以电力电子技术为核心，具有交直流多端口，端口参数独立调节，功率灵活调配，故障和电能质量扰动相互隔离，集成度高、运行灵活、兼容性好。以其为枢纽站构建交直流混合配电网，可满足用户和电源的定制化需求，助力电网企业服务能力和服务价值提升。 依托公司重点科技项目和2017年“十大重点科技创新工程”，产学研用联合攻关，历时6年，攻克了交直流多端口复合换流、直流短路快速阻断、大容量全固态高频变压器研制、故障穿越等难题，实现了柔性变电站技术从理念到实践的全面突破。

电力电子设备渗透率的不断提高使得电力系统转动惯量和阻尼水平下降，对新型电力系统安全稳定运行带来不可忽略的影响。目前并网变换器系统判稳方法常采用奈奎斯特判据和广义奈奎斯特判据，但这两种判据均适用于阻抗比中不含右半平面(right half plane, RHP)极点的场景。针对上述问题，基于考虑正负序耦合和源荷之间耦合的等效单输入单输出(single-input single-output, SISO)系统阻抗模型，提出了考虑RHP极点的三相变换器并网系统判稳方法。首先，对研究系统的RHP极点个数及奈奎斯特曲线包围点(−1, j0)的次数进行估算。然后，在奈奎斯特判据的基础上，利用SISO系统阻抗伯德图进行分析，在系统存在RHP极点的情况下对系统的稳定性进行判断。最后，基于Matlab/Simulink中搭建电磁暂态仿真模型，验证了在有无RHP极点的不同场景下，所提判稳方法均能对三相变换器并网系统的小干扰稳定性进行有效分析。

柔性直流电网故障电流上升速度快与电力电子器件过流能力弱形成突出矛盾，线路保护需要在数毫秒级完成故障判别，输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。然而直流系统中缺乏稳定基频，导致输电线路相关参数难以获取、保护实现较为困难。针对柔性直流线路频变参数难以获取的问题，提出基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter, HB-MMC)特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。首先通过换流器控制在线路中注入特定频率信号，然后利用快速傅里叶分解提取不同频率的信号并计算指定频率下的线路参数，最后依据不同线路参数的频变特性拟合出对应的幅频特性曲线。仿真表明，所提参数辨识方法可以准确拟合保护所需直流线路频变参数，参数辨识频段内相对误差小于1.5%。