構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實現(xiàn)碳達峰碳中和最主要的舉措之一。今年2月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》提出，加強新型電力系統(tǒng)頂層設計，鼓勵各類企業(yè)等主體積極參與新型電力系統(tǒng)建設，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)共建國家能源領域研發(fā)創(chuàng)新平臺。在落實“雙碳”目標、積極參與新型電力系統(tǒng)建設、加快推進能源轉(zhuǎn)型的背景下，廣西電網(wǎng)新能源裝機快速增長，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，“十四五”期間廣西電力供應最大缺口530萬千瓦，省內(nèi)新能源裝機規(guī)模仍將保持快速增長趨勢，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和電量主體，但新能源有功出力頻繁波動，將導致電網(wǎng)有功無功潮流分布大幅度隨機變化。電網(wǎng)潮流的多變與隨機性增大了電網(wǎng)電壓控制難度，會影響電能質(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，將會使電力系統(tǒng)電壓下降，進而造成設備損壞，而功率因數(shù)一旦出現(xiàn)下降，嚴重時電力系統(tǒng)中的整個電壓會崩潰解裂，將進一步導致大面積停電。因此，若電網(wǎng)或電氣設備無功容量明顯缺乏，則應增加無功補償設備，以提升設備功率因數(shù)，減少不良電力事故發(fā)生，避免對電能造成較大浪費。
目前，電壓無功調(diào)控中存在一些問題，地區(qū)電網(wǎng)主要由無功補償設備和有載調(diào)壓變壓器控制無功電壓，而這些離散調(diào)壓設備難以頻繁調(diào)節(jié)動態(tài)跟蹤隨機變化的電網(wǎng)潮流，會導致電網(wǎng)無功分布不均衡、高/低電壓問題嚴重。同時，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)生輕載時新能源電站大量輸出無功、重載時無功輸出明顯不足的嚴重問題，進一步惡化了地區(qū)電網(wǎng)的電壓無功調(diào)控問題。
針對目前電壓無功調(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償技術(shù)十分重要。相較于傳統(tǒng)無功補償硅器件，碳化硅器件由于材料屬性在電壓等級、開關度等方面都有很大優(yōu)勢，將其應用于無功補償設備可以簡化拓撲、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速度更快，會造成碳化硅器件的工程應用存在電應力高、電磁干擾強等問題。同時，電力系統(tǒng)具強耦合的特點，新能源電站和新型負荷的大規(guī)模并網(wǎng)使電力系統(tǒng)面臨寬頻動態(tài)、低慣性、弱抗擾性、低過載能力等問題，進一步增加了基于碳化硅器件的新型無功補償技術(shù)的應用難度。
面臨新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的困難和挑戰(zhàn)，結(jié)合我國電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，應用高性能電力電子無功補償系統(tǒng)對新型電力系統(tǒng)進行穩(wěn)壓控制，提高電能質(zhì)量是重要趨勢。在電力系統(tǒng)中合理應用電力電子技術(shù)不僅是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢，也是促進電力電子技術(shù)發(fā)展需要研究的重要問題。通過對電力電子技術(shù)及其特點進行分析，在此基礎上探討研究電力系統(tǒng)中對電力電子技術(shù)的應用有重要意義。
無功功率補償技術(shù)和電力電子技術(shù)之間的發(fā)展與進步是相輔相成、相互促進、相互協(xié)調(diào)的。電力電子技術(shù)與無功功率補償技術(shù)的結(jié)合不僅是保證電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、持續(xù)運行的基礎，而且是有效提升電能質(zhì)量的重要基礎。無功功率補償技術(shù)可以彌補電力電子技術(shù)的不足，電力電子技術(shù)又可以反過來推動無功功率補償技術(shù)的運用。兩種技術(shù)之間存在著優(yōu)勢互補，針對無功補償系統(tǒng)來說，高性能電力電子技術(shù)能夠保證無功補償水平實現(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，應用電力電子技術(shù)可以保證更加快速、精確地實現(xiàn)電力系統(tǒng)無功補償，促使控制系統(tǒng)朝著自動化、智能化的方向進一步發(fā)展，進而提升無功補償工作的效率。在我國電力技術(shù)快速發(fā)展的今天，電力電子技術(shù)被廣泛應用在電力系統(tǒng)中，應用高性能電力電子無功補償系統(tǒng)對新型電力系統(tǒng)進行穩(wěn)壓控制是大勢所趨。
當前，廣西電網(wǎng)公司相關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)中的應用，從而助力實現(xiàn)“雙碳”目標，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償裝置，研究高性能電力電子無功補償系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的應用并作出展望，研究新型無功補償裝置自適應優(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償裝置共設置了4個課題。課題一主要面對新型源荷高比例接入的無功補償需求進行分析，課題二對基于SiC器件的新型無功補償裝置架構(gòu)及模型進行研究，課題三對新型無功補償裝置自適應優(yōu)化控制和管理方法進行研究，課題四對新型無功補償裝置樣機方案設計、集成、測試。課題旨在揭示面向新型源荷高比例接入的電力系統(tǒng)無功電壓機理，并確定無功補償需求，通過分析無功補償需求，建立基于SiC器件的新型無功補償裝置仿真模型，模型建立完成后，設計新型無功補償裝置自適應優(yōu)化控制策略和管理方法，最后進行新型無功補償裝置樣機方案設計、集成、測試。在此過程中，該公司爭取發(fā)表或錄用三大檢索或核心期刊論文多篇，申請發(fā)明專利多項。
預計到2050年，我國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中的比例將達到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)具有強不確定性、低慣性、弱抗擾性、強非線性，其快速動態(tài)響應的特性及系統(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)和迫切的改進需求。加之整個社會的發(fā)展速度由于能源的供應速度而不斷提升，這些年的實際情況也反映了我國對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)展的社會經(jīng)濟相匹配，所以整個電力系統(tǒng)的建設規(guī)模也在不斷擴大。然而，在增加發(fā)電量的同時，也需要減少電能在運輸時的消耗，降低電力部門的運營成本，所以構(gòu)建功能更加強大、運行更加靈活、更加具有韌性的高性能電力電子無功補償系統(tǒng)成為迫切需要。
在此背景下，廣西電網(wǎng)公司加強頂層設計，適應新能源快速發(fā)展，不斷提升對新型電力系統(tǒng)的特性認知能力、運行控制能力與故障防御能力。不斷研發(fā)新技術(shù)、加強新設備等科研成果轉(zhuǎn)化應用，切實解決新型電力系統(tǒng)實際問題，保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。通過高性能電力電子無功補償系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制出力，減少在運輸過程中大量被損耗的電能，強化整個電網(wǎng)的運行速度，提升電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運營安全和穩(wěn)定性。
實現(xiàn)“雙碳”目標是一個系統(tǒng)工程，關鍵路徑是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)能降耗，能源是主戰(zhàn)場，電力系統(tǒng)革新是核心，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)責無旁貸。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)電具有隨機性、波動性、分散性等特點，電源側(cè)出力波動加大，負荷側(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償系統(tǒng)在新型電力系統(tǒng)穩(wěn)壓控制中的應用與展望十分重要。因此，推動相關成果應用于廣西電網(wǎng)無功電壓控制，將有利于促進廣西新能源并網(wǎng)、提升供電水平，助力新型電力系統(tǒng)建設，助力實現(xiàn)“雙碳”目標。
來源：中國能源網(wǎng)
