[发明专利]电能变换设备与智能配电网友好交互的技术体系

说明书

本发明公开了一种电能变换设备与智能配电网友好交互的技术体系，涉及电力的发电、输电、变电、配电和用电领域，统筹“安全、优质、智能”的目标，从电源侧、电网侧和负荷侧三个层面，分别归纳与所述三个目标相对应的具体技术，综合形成灵活互动的新能源友好接入、配电网高可靠供电的友好支撑、面向高电能质量的友好用电三个关键技术子体系，能够突破电能变换设备与智能配电网友好交互关键技术研究和核心装备研制的核心问题，对推动智能配电网的技术进步具有十分重要的意义。解决了新能源接入时灵活互动性较低、配电网供电可靠性不足、用户电能质量较差等系列问题，由此指导并研制具备友好交互能力的多种电能变换设备，推动智能配电网的发展。

技术领域

本发明涉及电力的发电、输电、变电、配电和用电领域，尤其涉及一种电能变换设备与智能配电网友好交互的技术体系。

背景技术

在智能配电网中，为了更灵活地利用电能，电源、电网和用户均按照需要不断对电能进行各种变换，据统计，世界上超过70%的电能是经过变换后才使用的。因此，在智能配电网的“源-网-荷”各层级中存在大量的电能变换设备，如新能源发电设备、储能设备、变压器、整流设备、逆变设备、电动汽车充电桩等。通过对电压/电流的幅值/频率/相位进行各种变换，电能变换设备与智能配电网发生密切的交互作用，在提升了智能配电网可操控性和智能化水平的同时，也给智能配电网的安全可靠与优质运行带来了新的挑战。与此同时，电能变换设备作为电能生产、传输、使用等环节的重要载体，与智能配电网的交互是否友好对供电可靠率、电压合格率等智能配电网核心指标的水平影响重大，甚至威胁用户及电网安全。随着智能配电网建设的不断发展，无论是推动能源结构转型，还是支撑中国制造升级，或是满足人民对美好生活的向往，对电能进行灵活变换的需求将日益增长，电能变换设备在智能配电网中的数量和比例将不断提升，两者之间的交互程度愈发密切，交互过程愈发复杂，交互影响也愈发深入。因此，研究电能变换设备与智能配电网如何更好地开展友好交互，现实意义与发展意义均十分重大。

现阶段，电能变换设备与智能配电网在“源-网-荷”三个层级交互不够友好的现象依然普遍存在，主要体现如下：

（1）在分布式电源接入方面，新能源发电、储能等设备与配电网的联系和互动还不够紧密；众多分布式电源通过逆变器并联接入配电网容易引发环流和耦合谐振现象；逆变器过流能力弱使得新能源发电系统较难实现电网扰动下的安全稳定运行。

（2）在配电网运行方面，传统电力变压器已无法满足用户对电能定制和不同形态电能互联互通的需求；部分电能变换设备还存在功能单一、利用率低下从而导致运行经济性差的问题；还需要更多的新技术和新装备来不断提升配电网的柔性运行能力与供电可靠性。

（3）在负荷侧用电方面，电能变换设备与配电网难以进行高效互动；部分电能变换设备接入导致配电网电能质量劣化；工矿企业中电能变换设备抵御配电网扰动的能力有待进一步提升。

分析发现，影响电能变换设备与智能配电网友好交互的原因主要聚集在双方交互过程中“设备的安全性、指标的优质性、交互的智能化”等三个方面。而目前国内外在对两者之间交互问题的研究上主要包括：基于具体电能变换设备与配电网的交互机理研究、对具体的电能变换设备进行功能强化与性能提升研究、基于供电可靠性提升的配电网运行策略和支撑设备研究、基于配电网电能质量提升的技术与装备研究等。而以上研究工作均未全面地从电能变换设备与智能配电网友好交互的角度出发，也未统筹考虑交互过程中的“安全、优质、智能”等目标，更未开展“源-网-荷”三个层级下友好交互技术与装备的体系化研究工作。

因此，以电能变换设备与智能配电网之间实现友好交互亟待解决的重大关键技术问题作为切入点，统筹“安全、优质、智能”的目标，提出双方在“源-网-荷”三个层级进行友好交互的技术体系，突破电能变换设备与智能配电网友好交互关键技术研究和核心装备研制的核心问题，对推动智能配电网的技术进步具有十分重要的意义。

发明内容