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赵争鸣:现代电网中电力电子装置与系统

2015-08-14 00:07
小伊琳
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  功率半导体化的电力系统是现代电网的支撑技术之一。目前,能源互联网研究热潮正在中国兴起。

  一、能源互联网中的电力电子——能量路由器

  能量路由器共性特征:能够为分布式可再生能源发电和储能提供即插即用的交/直流接口;能够实现电压变换、电压隔离、提升电能质量、能量双向流动的综合调节能力;能够根据故障情况或系统需要,自主地与主网分离,提高电网的自愈性;能够调节网内的馈线潮流,实现功率的快速调节能力。

  能量路由器的电气结构发展:高变比、多端口、模块化、强解耦。

  电力变压器在现代电力系统中扮演着非常关键的角色,能够实现电压等级变换、电气隔离和能量传递,被广泛用于输电系统和配电系统中,是电力系统中应用数量最多的输变电设备之一。

  传统电力变压器的缺点:体积大,重量重,耗费的铜材和铁材多;绝缘油会对环境造成污染,不易维护;铁心磁饱和会造成电压电流畸变;不能隔离故障,需要配套设备进行保护;空载损耗高,不能保持副边电压恒定;任何一侧的不平衡或者畸变都会耦合到另一侧;输入输出不可控。

  固态变压器是能量路由器的核心部件,是基于电力电子变换器的新型电力变压器。其特点是:重量轻,体积小,无污染;可以调节电压、电流、频率和相位等;可以具有直流接口;输入输出耦合性不强;含有智能控制单元。

  固态变压器的应用:ABB公司在2011年制作了一台用于机车牵引的1.2MVA的固态变压器样机,其输入为15kV,16.7Hz的铁路电网,输出为1.5kV。实验表明效率可以达到96%以上,安装在瑞士联邦铁路的机车上,通过了电气认证和验收测试。

  美国于2010年由美国能源部和国家自然科学基金会资助$6000万(2014年再追加$1.4亿)建立了“未来可再生电能传输和管理系统中心”(FREEDM)(由5个大学、5个研究院、12个著名企业组成)。

  100kW/6kV的能量路由器采用级联多电平的串入并出、隔离的三级主电路结构

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