構建以新能源為主體的新型電力系統，是實(shí)現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(guān)于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見(jiàn)》提出，加強新型電力系統頂層設計，鼓勵各類(lèi)企業(yè)等主體積極參與新型電力系統建設，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(lǐng)域研發(fā)創(chuàng )新平臺。在落實(shí)“雙碳”目標、積極參與新型電力系統建設、加快推進(jìn)能源轉型的背景下，廣西電網(wǎng)新能源裝機快速增長(cháng)，可調節資源存量不斷下降，電網(wǎng)電壓控制難度不斷增加。與此同時(shí)，“十四五”期間廣西電力供應最大缺口530萬(wàn)千瓦，省內新能源裝機規模仍將保持快速增長(cháng)趨勢，電網(wǎng)電壓控制問(wèn)題必將更加突出。
為什么電網(wǎng)電壓控制問(wèn)題會(huì )更加突出？隨著(zhù)新型電力系統發(fā)展，新型電力系統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(dòng)，將導致電網(wǎng)有功無(wú)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(huì )影響電能質(zhì)量。穩態(tài)電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡水平，若在電力系統中難以保持無(wú)功平衡，將會(huì )使電力系統電壓下降，進(jìn)而造成設備損壞，而功率因數一旦出現下降，嚴重時(shí)電力系統中的整個(gè)電壓會(huì )崩潰解裂，將進(jìn)一步導致大面積停電。因此，若電網(wǎng)或電氣設備無(wú)功容量明顯缺乏，則應增加無(wú)功補償設備，以提升設備功率因數，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(wú)功調控中存在一些問(wèn)題，地區電網(wǎng)主要由無(wú)功補償設備和有載調壓變壓器控制無(wú)功電壓，而這些離散調壓設備難以頻繁調節動(dòng)態(tài)跟蹤隨機變化的電網(wǎng)潮流，會(huì )導致電網(wǎng)無(wú)功分布不均衡、高/低電壓?jiǎn)?wèn)題嚴重。同時(shí)，現有的地區電網(wǎng)新能源電站、匯集站無(wú)功電壓管理措施不足，甚至常發(fā)生輕載時(shí)新能源電站大量輸出無(wú)功、重載時(shí)無(wú)功輸出明顯不足的嚴重問(wèn)題，進(jìn)一步惡化了地區電網(wǎng)的電壓無(wú)功調控問(wèn)題。
針對目前電壓無(wú)功調控存在的問(wèn)題，在高比例新能源、高比例電力電子設備“雙高”的新型電力系統下，研發(fā)高性能電力電子器件的新型無(wú)功補償技術(shù)十分重要。相較于傳統無(wú)功補償硅器件，碳化硅器件由于材料屬性在電壓等級、開(kāi)關(guān)度等方面都有很大優(yōu)勢，將其應用于無(wú)功補償設備可以簡(jiǎn)化拓撲、增加控制帶寬、提升無(wú)功電壓控制能力。但由于碳化硅器件開(kāi)關(guān)速度更快，會(huì )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(wèn)題。同時(shí)，電力系統具強耦合的特點(diǎn)，新能源電站和新型負荷的大規模并網(wǎng)使電力系統面臨寬頻動(dòng)態(tài)、低慣性、弱抗擾性、低過(guò)載能力等問(wèn)題，進(jìn)一步增加了基于碳化硅器件的新型無(wú)功補償技術(shù)的應用難度。
面臨新型電力系統穩壓控制中的困難和挑戰，結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(wú)功補償系統對新型電力系統進(jìn)行穩壓控制，提高電能質(zhì)量是重要趨勢。在電力系統中合理應用電力電子技術(shù)不僅是未來(lái)電力系統發(fā)展的重要趨勢，也是促進(jìn)電力電子技術(shù)發(fā)展需要研究的重要問(wèn)題。通過(guò)對電力電子技術(shù)及其特點(diǎn)進(jìn)行分析，在此基礎上探討研究電力系統中對電力電子技術(shù)的應用有重要意義。
無(wú)功功率補償技術(shù)和電力電子技術(shù)之間的發(fā)展與進(jìn)步是相輔相成、相互促進(jìn)、相互協(xié)調的。電力電子技術(shù)與無(wú)功功率補償技術(shù)的結合不僅是保證電力系統能夠穩定、持續運行的基礎，而且是有效提升電能質(zhì)量的重要基礎。無(wú)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(guò)來(lái)推動(dòng)無(wú)功功率補償技術(shù)的運用。兩種技術(shù)之間存在著(zhù)優(yōu)勢互補，針對無(wú)功補償系統來(lái)說(shuō)，高性能電力電子技術(shù)能夠保證無(wú)功補償水平實(shí)現有效提升，促使新型電力系統穩壓控制能夠實(shí)現更好的發(fā)展。同時(shí)，應用電力電子技術(shù)可以保證更加快速、精確地實(shí)現電力系統無(wú)功補償，促使控制系統朝著(zhù)自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而提升無(wú)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中，應用高性能電力電子無(wú)功補償系統對新型電力系統進(jìn)行穩壓控制是大勢所趨。
當前，廣西電網(wǎng)公司相關(guān)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)在電力系統中的應用，從而助力實(shí)現“雙碳”目標，助推新型電力系統可持續發(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特征，從新型源荷高比例接入的電力系統無(wú)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(wú)功補償裝置，研究高性能電力電子無(wú)功補償系統在新型電力系統穩壓控制中的應用并作出展望，研究新型無(wú)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(wú)功補償裝置共設置了4個(gè)課題。課題一主要面對新型源荷高比例接入的無(wú)功補償需求進(jìn)行分析，課題二對基于SiC器件的新型無(wú)功補償裝置架構及模型進(jìn)行研究，課題三對新型無(wú)功補償裝置自適應優(yōu)化控制和管理方法進(jìn)行研究，課題四對新型無(wú)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無(wú)功電壓機理，并確定無(wú)功補償需求，通過(guò)分析無(wú)功補償需求，建立基于SiC器件的新型無(wú)功補償裝置仿真模型，模型建立完成后，設計新型無(wú)功補償裝置自適應優(yōu)化控制策略和管理方法，最后進(jìn)行新型無(wú)功補償裝置樣機方案設計、集成、測試。在此過(guò)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(zhuān)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具有強不確定性、低慣性、弱抗擾性、強非線(xiàn)性，其快速動(dòng)態(tài)響應的特性及系統規模龐大的特征給電網(wǎng)電壓穩定又提出了新的挑戰和迫切的改進(jìn)需求。加之整個(gè)社會(huì )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(shí)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(huì )經(jīng)濟相匹配，所以整個(gè)電力系統的建設規模也在不斷擴大。然而，在增加發(fā)電量的同時(shí)，也需要減少電能在運輸時(shí)的消耗，降低電力部門(mén)的運營(yíng)成本，所以構建功能更加強大、運行更加靈活、更加具有韌性的高性能電力電子無(wú)功補償系統成為迫切需要。
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化應用，切實(shí)解決新型電力系統實(shí)際問(wèn)題，保障新型電力系統安全穩定運行。通過(guò)高性能電力電子無(wú)功補償系統，為新型電力系統穩壓控制出力，減少在運輸過(guò)程中大量被損耗的電能，強化整個(gè)電網(wǎng)的運行速度，提升電網(wǎng)系統的整體運營(yíng)安全和穩定性。
實(shí)現“雙碳”目標是一個(gè)系統工程，關(guān)鍵路徑是能源結構調整與節能降耗，能源是主戰場(chǎng)，電力系統革新是核心，構建新型電力系統責無(wú)旁貸。由于新型電力系統所呈現的“雙高”特性，且基于新能源發(fā)電具有隨機性、波動(dòng)性、分散性等特點(diǎn)，電源側出力波動(dòng)加大，負荷側不確定性增加，電力系統功率平衡壓力增加，電網(wǎng)電壓控制問(wèn)題更加突出，研究高性能電力電子無(wú)功補償系統在新型電力系統穩壓控制中的應用與展望十分重要。因此，推動(dòng)相關(guān)成果應用于廣西電網(wǎng)無(wú)功電壓控制，將有利于促進(jìn)廣西新能源并網(wǎng)、提升供電水平，助力新型電力系統建設，助力實(shí)現“雙碳”目標。
來(lái)源：中國能源網(wǎng)
