电力电子的未来应用 电力电子技术的主要应用领域

电力电子技术的主要应用领域

电力电子技术的主要应用领域

电源设计中的电力电子技术

现代计算机和通信等都依赖于开关模式变换器的直流电源，这些电源装置可以是笔记本电脑的电池管理变换器，也可以是服务器簇的冗余供电的多变换器电源，或是程控交换机的电源。它们具有多路独立输出、多电压等级的特点，以供给计算机及其外设和显示屏之需。这种小功率电源系统的设计也处处渗透着电力电子技术的最新成就。

分布式供电技术。给计算机系统供电的分布式结构电源.包括个离线式有源功率因数校正（PFC）电路和后级的不同负载点的多个DC/DC.变换器。这种结构因使用中间电压级来进行功率分N而不同干传统的隆压功率变换结构。近期会采用12V的电压总线或 48V 的电压总线，通过各 DC/DC. 变换器把能量传递到各独立的功能板或子系统中。

高动态响应、低电压（2 V以下，甚至1V以下）输出的高性能计算机电源系统正在开发之中。这就需要高功率密度、低功耗、高效率的性能指标，以及同步整流、多相多重、板上功率变换以及板级互联等新技术。到 2004年初，国外实验室已开发出70 A/1.2V、效率87%的局性能电源。在不久的将来，一种更先进的芯片级的互联技术和功率变换技术将会出现在世人面前。

通信工业是供电电源和电池的最大用户之一，使用范围从无绳电话的小电源到超高可靠性的后备电源系统。例如，维持中央办公区电话网络通信的典型电源系统是一个5kW的功率变换器，它由一个前端离线功率因数矫正（PFC）升压变换器和两个2.5kW 的前向变换器组成。前端离线 PFC升压变换器确保电源系统的可靠供电.后端的前向变换器给电话系统直流48V的配电总线提供大电流输出。该领域甚至有其自己主要的年会——国际通信能源会议（INternational TELecommunication Energy Conference，INTELEC）。

太空中电能的产生和储存都很困难，电源在设计上的限制，诸如重量、效率和可靠性等的严格要求，可以说把对电力电子技术研究的努力推向了极致。

太阳能申池、料申池、执申核能，申池组和飞轮，是卫屋和太空探测器的主要电源和储能装置。在绝大多数情况下，因这些电源功率小日电特性不稳定，因此必须应用电力电子技术把这些能源转换成可用的形式，才能满足使用的要求。

现代太空电源系统非常庞大。例如，一个典型的通信卫星就装备有数百个独立直流电源，为每个网络节点提供最可靠的电能;国际太空站上，用以维持科学探索任务和生命支持系统的冗余电源和馈电设备异常复杂。在太空上。因为所有电能损耗的热量都通过辐射冷却的形式散发到太空中，这些电源系统在高温差和强辐射的环境下要确保其可靠性，其挑战性是巨大的.所以电源系统的热管理尤其重要。当今许多基本的由力由子变换由路 最初都是为太空系统设计的，如早期的DC/DC变换器和燃料电池，就是为20 世纪 60年代的太空计划而开发的.其中包括阿波罗登月计划。当今.美国航空航天局.欧洲的大空署，以及它们的主要技术供货商，都是先进电力电子技术的国际巨头。

电机传动中的电力电子技术

在 20世纪 90年代中期以前，大多数调速系统都由采用晶闸管和双向晶闸管器件的变换器供电，最典型的是晶闸管-直流电机调速系统。20世纪 70年代功率晶体管问世后，在功率等级较低的电机中逐步采用了功率晶体管变换器.以获得较好的申电机调速性能。20世纪 90年代中期以来，大功率IGBT的应用，以及 IGBT逆变技术的成熟和发展，迅速在相关功率等级的应用领域取代了晶闸管和双向晶闸管。早期的逆变器，主要用于步进电机.打印机，机器人以及磁盘驱动器等小功率应用中。在大中功率段常用的交一直一交逆亦器有两类。

IGRT变频器和GTO变额器。这些逆变器开始主要用于20~100kW等级的由机传动系统中。如电动汽车电机传动系统、电力机车的辅助传动系统。随着器件容量和装置功率的增加，逐步应用于容量为300~1 000 kW 及其以上的电机传动中，如地铁列车和高速电动车组的牵引传动系统中。由于装置功率大，低压时电流很大不经济，所以一般用中压（1~10kV）。这两种器件各有优缺山.IGBT开关频率高.但导通压隆和损耗大;GTO电压高，电流大，导通压降小.但开关损耗大、开关频率低。

但考虑到驱动等因素，总体上IGBT要受欢迎得多。针对IGBT和 GTO的优缺点，取长补短，开发出了IGCT（集成门极换向晶闸管），它的电压、电流、导通压降和 GTO相近，门极电压驱动，开关快、频率高，像IGBT。目前，商品化的IGBT逆变器已经做到1 000 kW以上，而像舰船潜艇一类的数千千瓦等更高容量的电机传动系统逆变器仍然须采用GTO 或 IGCT。IGCT逆变器在俄国和韩国已有应用，我国也已试验成功。三相逆变器在大功率电机中的真正实用化，极大地推动了交流电机调速的发展。

电力系统中的电力电子技术

电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。近年来电力电子器件和计算机技术的快速发展，使已有的研究成果和技术不断得到改善。最早成功应用于电力系统的大功率电力电子技术是高压自流输电（HVDC））。

1986年美国电力科学研穿院提出了灵活交流输由（FACTS）概念，相继出现了统一潮流控制器等多种设备。

1988年提出了定制电力（Customer Power）的概念。电力电子技术在电力系统中的应用，如在发电环节中的应用，包括大型发电机的静止励磁控制，水力、风力发申机的变速恒频励磁等。在输电环节中高压直流输电（HVDC）和轻型高压直流输电（HVDC Light）技术。近年来，轻型直流输电采用IGBT组成换流器应用在脉宽调制技术进行无源逆变;灵活交流输电（FACTS）技术是"一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活、快速调节的输电技术"。

在配电系统中的应用，如动态无功发生器、电力有源滤波器等，以加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压形率，谐波和不对称度的要求。又要抑制各种瞬态的波动和十扰。电力电子技术和现代控制技术在配申系统中的应用.是在FACT各项成敦技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。

汽车工业中的电力电子技术

汽车工业领域已成为电力电子技术的主要增长占之—。现在人们习惯上说的治车由子实际上就是汽车工业中的电力电子技术。电力电子在新一代汽车上主要应用于以下方面;用电力电子开关器件替代传统的机械开关和继电器;用电力电子控制系统对车上负载进行精密控制∶利用电力电子技术改造原有的12V电源系统，使之成为多电压系统;使用适合电力申千控制的、更先进的驱动申动机。预计在不久的将来.从小功率的车窗 座椅控制。到大功率电传动系统，都蕴涵着电力电子技术的最新成就。

电子点火器，电压调节器，电动机驱动控制和音响系统是当前电力电子技术在汽车工业中最普遍的应用。现代汽车采用电子点火系统，要点燃气缸里的混合气体需要几千伏的电压，应用升压变换器和耦合变压器正在取代传统的火花塞。全电子控制的电助力驾驶系统正在某些车型上采用、这种系统应用电力电子技术控制电机，协助转动驾驶杆，改进了驾驶响应速度，降低了能耗，并消除了皮带传动的噪声，正在取代传统的皮带传动的液压泵。

电制冷空调系统也开始在汽车上装备。汽车头灯的强光灯和尾灯的高亮度LED灯也需要电力电子技术以有效的形式传递电能。一个重大的技术进步是要提高汽车电控系统的电压等级，近期将采用40-50 V等级取代目前的 10~15V等级。比如，汽车音响系统立体声功率放大器通常能传递 40W甚至更大的功率，但12V的供电电源在8 Q的扬声器上最大只能产生18 W的输出，采用电力电子升压变换器可给功率放大器电路提供更高的电压，使之达到家用音响的效果。

在电动汽车和混合动力汽车的主电气系统中.电力申子都起着决定件的作用。纯电动汽车具有高性能、零排放，低成本的优点.但目前仍受电池的阳限制。混合动力汽车采用各种各样的设计方案，把发动机和电驱动系统结合在一起，充分发挥各自的优点。两种汽车的能量控制单元都是逆变器和 DC/DC. 变换器，其容量在千瓦级以上。

采用更高电压、传递更大电流的新型充电器已经诞生。比如一种称为 Hughes 的感应充电器就很有新意。它使用一种类似乒乓球拍的不导电磁性拍板进行感应充电。该磁性拍板相当于变压器的一次侧，它把工频电压转变为80 kHz 的交流电。电动汽车中的充电埠相当于变压器的二次侧，它把高频交流电进行整流和调节.然后对汽车里的电池组进行充电电力电子技术更是电动汽车的核心技术之一，最为主要的是驱动电动机的电传动系统。汽车电传动系统通常由电力电子变换器、电池和控制系统构成。目前新型的电动汽车采用感应电动机，无刷永磁电动机开关磁阳电动机等多种形式.容量从几十到几百干瓦不等，正在逐步取代传统的直流电动机驱动。电力电子变换技术的发展为汽车的新型传动方式提供了坚实的技术保障。

绿色照明中的电力电子技术

照明是人类文明的永恒需求。电光源在 100多年里经历了"白炽灯一直管荧光灯—高压放电灯—节能荧光灯—无灯丝灯"等几代产品。

20世纪 80年代，随着电力电子变频技术的发展成熟，高频应用又促成某些更新一代电光源的诞生，从此，电力电子在绿色照明中开始占有重要的一席之地。可以说，照明技术的迅速变革，是电力电子技术在其中起了主要作用。

一个典型的例子是，紧凑型节能灯和电子镇流器的问世，吹响了以照明节能为核心的绿色照明的前奏曲。采用不同成分的稀土荧光粉可制成各种色温的气体放电节能灯，发光率比常规荧光灯提高一一倍，可以做成各种形状便干紧率安装，替代白炽灯T。可节电75%~80%采用电力电子技术做成的电子镇流器实际上是一个电子变频器（从50 Hz变换到30 kHz以上）加一个高频电感镇流器。

由于频率提高，di/dt 高，不再需要配置起辉器，在供电电压降低或环境温度较低的场合也能使灯管正常工作，此外，在几十千赫频率下消除了气体放电灯的烁和音颗噪声。 采用申子镇流器后，高频电感比工频电感重量减轻几十倍，节省材料 80%左右，灯管的实际工作寿命延长3~5倍.同时能提供更好的可靠性、更低的损耗、更高的亮度。由于电子镇流器体积小、反应快，它可以在照相机闪光灯和汽车灯等应用领域中使用。应该说，电子镇流器是电力电子高频化应用中的一个典型产品，许多的电力电子新技术——功率因数校正、谐波抑制、零电压开关、多种保护等都可以在高性能电子镇流器中得到应用而提高其可靠性和改善运行参数。

新能源开发中的电力电子技术

在全球气候变化和世界石油、煤炭等化石能源日益紧缺的今天，低耗高效和寻找开发新能源是根本出路，因而，可再生能源以及燃料电池受到世界各国的高度重视。再生能源是指可自行再生的能源，如日光能、风能、潮汐能、地热能以及生物废料能等。从燃料电池、微燃气轮机.风能，太阳能和潮汐能等新能源中得到的一次电能，难以直接被标准的电气负载使用.所以.将其高数而经济地转换为民生用电 。已成为先进科技国家兼环保和发电的重要产业政策。电力电子是解决能源问题的关键技术，它对新能源的开发、转换、输送、储存和利用等各方面发挥着重要作用。

太阳能发电站一般有两种方式。一种方式是把太阳能转换为热液体后再发电，如太阳能热电厂。由液体加热系统产生蒸汽以推动涡轮或发电机热厂中的热能位储存装置可保证连续发电;另一种方法是直接把太阳能转换为电能，太阳能光伏变频器把太阳能电池板获得的原始低电压直流电变换为所需要的交流电，或直接供负载使用，或将电能馈入市电。光伏发电有广大的市场发展潜力，先进国家不仅政策性地发展太阳能技术，而且立法制定法规来规范产业安全标准。太阳能电池板获得的电压大小和功率与许多因素有关，如太阳照射角度、云层遮挡水平、季节气候变化等，所以要对光伏发电的中间直流电压进行可调的升压变换处理。

随着再生能源技术的发展，"分布式发电系统"将得到事大的发展空间。所谓分布式发电系统是指∶借由诸如风力发电、太阳能发电.天然气发电等区域性发电系统连接而成的公共发电系统。微电子技术、电力电子技术应用于电力网络与输配电系统，形成一个智能型分布式再生能源网络。讲一步的发展是再生能源网络与信息网络结合形成个整合信自和电力网络的未来生活环境，实现电能的网络化。

电力新技术和发展趋势

电力新技术和发展趋势

我国"十二五"期间发展电力工业的基本方针是;以转变电力发展方式为主线，以深化改革和科技创新为动力，坚持节约优先，优先开发水电，优化发展煤电，安全高效发展核电，积极推进新能源发电，适度发展天然气集中发电，因地制宜发展分布式发电，加快推进坚强智能电网建设，带动电力装备产业升级，促进绿色和谐发展。

从我国电力生产的现状和发展可以看出，我国的电网发展已进入超高压、远距离、大容量、自动化、现代化的新阶段，电能需求的增长 隆损 节能以及防止环境污染等方面的要求更高、更严格。因此，既有远大的前景，也面临四方面的严峻挑战，即环境保护的严重制约、电力市场化体制改革的影响、大容量远距离输电技术的要求、现代化城市和企业对优质电能的需求。

全球和地区经济一体化步伐的加快，加上能源分布和经济发展的不均衡，使得大电网的互联，甚至跨国联网得到了很大的发展。例如，欧洲发输电联盟（UCPTE）成立于1951年，1963年实现西欧各成员国交流 400 kV联网，然后通过直流输电与英国、瑞典实现非同期联网，现在正进行该电网与原东欧国家电网联网，其中于1995年9月实现与原东德联网，1995 年 10月实现与波兰、捷克、匈牙利三国电网同期互联。

又如东南亚国家之间，建设中的巴坤（Bakum）水电站以及跨海 500 kV直流输电工程将实现马来西亚国内东、西部之间的联网，下一步将建设秦国—马来西亚输电线路，形成泰国经马来西亚至菲律宾的交、直流混合跨国电网。我国与周边国家的联网也正在规划之中。例如，澜沧江上的景洪电站开发向泰国输电，俄罗斯西伯利亚向我国华北地区送电等。

大电网互联以及跨国联网在运行中出现了一系列诸如低阻尼甚至欠阻尼的频率和功率振荡，发生连锁式的稳定破坏，造成大面积停电事故等现象，有待于认真地进行研究.采取措施解决。

在以上这些综合因素的推动下，对电网的规划、运行、控制、分析计算方面都提出了愈来愈高的要求。

电力发展与环境保护

我国在能源方面的现状是人口众多.人均资源极其有限，环境问题突出.能源效率低。而且联合国发表的一份报告中指出，现行的能源生产、分配、使用方式是不可持续的。为了实现可持续发展，就必须依靠技术进步，提高能源效率，强化可再生能源利用，发展洁净煤技术作为战略重点。

人均指标通常作为衡量现代化的粗略判据.据统计，1993年以后.西方发达国家以及俄罗斯的人均装机容量均已超过1 kW，而北欧一些国家是它的好几倍，我国台湾的人均装机容量已超过1kW，但电力供应仍十分紧缺，这说明对于一个中等发达的国家或地区要求达到或接近人均装机容量1kW确有一定道理。

因此，按照"三步走"发展战略目标，要求到21 世纪中叶我国发电装机容量应达到15亿千瓦，此时人口控制在15亿，才能达到人均装机容量1kW。按照可持续发展要求，首先应开发没有污染的水电资源。我国的水电理论蕴藏量为6.76亿千瓦，但是其中可供技术开发的水电资源为5亿千瓦左右，相应发电量3.24亿千瓦时，居世界第一位。

以发电量计，我国可开发的水资源占世界总量的15%，但人口占世界的21%，因此人均资源量并不富裕，只有世界平均值的70%。即使我国水电资源全部开发，如果核电和其他替代能源还不能占有显著比例的话.则煤电仍可能要占65%~70%（10亿千瓦左右）.如果发电效率没有明显提高，那么到 2050年时将出现全国全年产煤量都不够供应发电用途的局面。因此.必须大幅度提高发电效率和要求1他能源的H例有较大的增加

另外.燃煤产生的环境污染.特别是大量分散燃煤产生的环境污染治理.是个严重的问题。最为迫切的是控制二氧化硫（SO，）的排放.许多城市的酸雨已成为人们关注的焦点。我国大气中SO.的平均浓度为0.03 ppm（个别地区达15 ppm）.H日本高3倍酸雨将引I起森林和农作物破坏、水变质、十壤退化对电力系统将加速全属部分的临创 甚至造成细终子闪络事故。形成酸雨的根源中2/3是由于大量分散燃煤造成的。而1/是候煤发由过程中产生的。因此，发展洁净煤技术已被列为新世纪电力科技发展战略的重要目标之一。

洁净煤技术旨在最大限度地发挥煤作为能源的潜能作用，同时又实现最少的污染物释放，达到煤的高效、清洁利用的目的。洁净煤技术是一项庞大复杂的系统工程，包含从煤炭开发到利用的所有技术领域，主要研究开发项目包括煤炭的加工、转化，燃烧和污染控制等。目前的发展领域包括高效、低污染地开发和利用煤炭的全过程，主要可分为煤炭利用前净化技术、煤炭燃烧中的净化技术、烟气净化技术和煤炭转化技术。

煤炭利用前净化技术包括选煤，型煤、洁净优化动力配煤、水煤浆。选煤是剔除杂质，进行煤品分类。是合理利用煤炭资源、保护环境的经济而有效的技术。型煤是制成具有一定强度和形状的煤制品，在成型时加入适量的固硫剂，可大大减少 SO，排放。洁净优化动力配煤是将不同品质的煤经筛选、破碎、按比例配合等过程，并辅以一定的添加剂，以改变动力煤的化学组成。减少燃煤排放。水煤浆是一种以煤代油的新型燃料，灰分小于10%，超细（250~300 gm）.配以分散剂，稳定剂，成为液体燃料。

煤炭燃烧中的净化技术包括煤粉低污染燃烧技术和先进的燃烧器、流化床燃烧技术、煤综合利用新技术、煤气-蒸汽联合循环发电技术。

烟气净化技术包括烟气除尘和脱硫、脱氮.其中重点为烟气脱硫脱氮。烟气脱硫分湿式和干式方法，及新近研究开发的半湿法。

煤炭转化技术主要内容为煤炭气化和煤炭液化。

楼料电池技术是反应物燃烧与空气中的氧发生电化学反应而获得电能和热能的装置。以煤作为燃料源的燃料电池发电技术尚处于小规模试验研究阶段，其节能（高效）和环保性能很好。

太阳能、风能、地热、潮汐能、垃圾发电、污泥发电等许多新能源发电技术都有较好的环保效果。

新能源发电技术

除了前面已介绍的太阳能、风能、地热、潮汐发电新技术外，其他新能源发电技术有;高炉顶压发电、垃圾发电、污泥发电、高温岩体发电、磁流体发电、波浪发电，海洋温差发电、生物质能发电和燃料电池等。

（1）高炉顶压发电 其技术原理是高炉炼铁产生大量带有一定压力的煤气，这些煤气在输送给用户之前，都得预先经过降温减压，可以利用煤气层在减压前后的压力差进行发电，在炼铁高炉装上高炉顶压发电装置。

（2）垃圾发电 首先将垃圾中的有机物与金属、玻璃、塑料等分离开，然后将有机物送入密封锅炉焚烧，产生的蒸汽用来发电。

（3）污泥发电 利用城市地下水道的污泥中的有机物作为能源，用来发电。日本东京大学发明了一种使污泥很快固化的方法，测定每公斤固化污泥有4 000 kcal（大卡）（1 kcal=4.1855kJ）热量，相当于低质煤的发热量，用来发电既节省能源，又保护环境卫生。

（4）高温岩体发电在高温岩体上打深度达几百米至上干米的井.一直通到高温岩体层，然后从地面注入高压水，利用喷出的高温蒸汽进行发电。

（5）核聚变发电（Fusion Energy） 聚变能是两个轻原子核聚变成一个较重的核时释放的能量。太阳能主要是氢核即质子聚变释放的。聚恋维持包括太阳在内的星球燃烧了亿万年. 聚变能也是所有化石燃料以及大多数可再生能量的来源。第二次世界大战后，实现了由裂变爆炸引发的大规模轻核聚变反应，这就是氢弹——不受控的聚变能量释放装置。20世纪 50 年代初以来人们致力于受控核聚变的研究，受控核聚变将通过运行聚变反应堆来实现。利用聚变能来生产电能是美好的希望，目前尚有许多问题需要解决。

（6）生物质能资源（Biomass Energ Resource）发电生物质能资源是指可用于转化为能源的有机质资源。主要的生物质能资源包括∶薪柴、农作物秸秆、人畜粪便、酿酒废醪、糖蜜废水、屠宰废水、豆制品废水等工业有机废水、有机垃圾等。沼气发电就是一种生物质能资源发电。

电能储存技术

电能储存技术，又称蓄能技术，是一种实现高效利用电能的重要途径。

蓄能技术一般要求有∶储能密度大、变换损耗小、运行费用低、维护较容易、不污染环境。电能的储存技术大致可分三类∶

（1）直接储存电磁能，如超导线圈蓄能系统、超级电容器。

（2）把电能转化为化学能储存，如新型的电池。

（3）把电能转化为机械能储存，如压缩空气、高速飞轮、抽水蓄能。

抽水蓄能是一种实用的储能量相对较大的蓄能技术。此外，最实用的是电池蓄能，它既可作旋转备用，也可作调峰或调频电源，或直接用作大用户的不停电电源UPS （Uninterruptible Power Supply）。目前最大投运系统是20 MW，寿命达8~10年.造价1 000美元/kW。超导线圈蓄能和高速飞轮将在第六章做较详细的介绍。

灵活交流输电技术与用户电力

灵活（柔性）交流输电系统 FACTS（Flexible AC. Transmission System），其核心环节就是采用大功率电子器件作为大功率高压开关，与其他电力设备组成FACTS，以实现更灵活的调控，从而大幅度提高输电线路传输能力，提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。

目前已研制成的设备主要有;可控串联补偿器 TCSC（Thyristor Controlled Series Capacitor），静止无功补偿器 SVC（Static VAR Compensator），静止调相机 STATCON（Static Condenser），制动电阻 TCBR（Thyristor Controlled Braking Resistor），统一潮流控制器 UPFC（Unified Power Flow Controller）等。图3-28所示是国外的TCSC装置。

用户电力（Customer Power）技术，又称定制电力，和FACTS一样都是以电力电子技术、微处理机技术、控制技术等高新技术为基础，都是用来提高电力系统运行的可壹性 可控性运行性能和电量质量，以获得大量节电效应的新型综合技术。

FACTS侧重应用于高压输电系统，用户电力技术侧重应用于低中压配电系统，有不同的使用目的和经济评价标准，但在使电网高度灵活化的效果上是一致的，甚至有些装置既可用于输电网又可用于配电网，如 ASVC。国内有的学者认为可将FACTS分为三类∶直接作用于输电的，安装于发电厂而作用于输电的和安装干配电网而作用于输电的。这样用户电力技术可以理解为安装于配电网的一种FACTS。

用户电力技术包括有功无功控制、电压控制、高次谐波的消除、蓄能等方面，已开发的装置有静止无功补偿器（SVC）、配电静止补偿器（D-STATCOM）、电池蓄能站（BESS）、超导储能（SMES）、有源电力滤波器（APF）、动态过电压限制器（DVL）、固态断路器（SSCB）等。许多装置都是一机多功能的，又可以配合运用。

用户电力技术的重要任务是改善供电质量。电力系统供电质量问题可分为电压质量和电流质量两个方面。电压质量问题指会影响用户设备正常运行不理想的系统电压，包括电压的下垂或抬高（Sag or Swell）、谐波畸变（Harmonic Pre-distortion）、各相电压不平衡等情况;电流质量问题指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流、基波无功、平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。针对这些问题，可用串联或并联于系统负荷侧的功率调节器来改善供电质量的方法，串联改善电压质量，并联改善电流质量。

大电网互联

为满足大规模电力输送和高效配置的基本要求，需要建设安全可靠、经济高效的强大电网。从我国电网的总体发展趋势看，未来将形成由四大同步电网（华北、华东和华中区域电网联结起来的特高压电网、东北电网、西北电网和南方电网）异步连接构成的全国互联电网，为能源电力资源在全国范围内优化配置奠定坚实的物质基础。以特高压交直流为主体连接山西、鄂尔多斯盆地、蒙东、西南、新疆五大国家综合能源基地和主要负荷中心，同时，分布式能源系统及微电网在配电网领域也得到较快发展，电网智能化水平将得到持续提升。

目前，特高压交直流输电技术已经成熟。不久的将来，我国电网的跨区输电规模和输电距离要明显超过国际上其他大电网，采用特高压交直流等先进输电技术是适合国情的战略性选择。

特高压交直流各自具有不同的功能定位，需要统筹兼顾，协调发展，共同满足大电网安全、经济运行的需要。交流具有网络功能，可以灵活地汇集、输送和分配电力，直流主要是输电功能，在大容量、超远距离输电方面一般具有经济优势。

"十一五"期间.我国四大同步申电网之间将实现直流互联，为更大程度、更广范围发挥市场在能源资源配置中的基础性作用、最终形成全国电力市场平台打下坚实的物质基础。加快构筑全国竞争性电力市场，将会充分发挥大电网联网效益，显著提升全国能源电力资源配置效率。有力推动电力工业的安全、经济、清洁、低碳发展。

现代能量管理系统

电力系统调度自动化应用计算机的开始阶段是数据采集与监控系统 SCADA，主要用于状态监视（信息收集、处理、显示）、远方开关操作、制表、记录和统计等。20世纪 80年代发展了能量管理系统 EMS（Energy Management System），包括了SCADA，并增加了自动发电控制经济运行、安全控制等功能，以及其他调度管理和计划功能。现正引入人工智能新技术，实现综合动态控制等。3.6.7 分布式发电系统

集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式，正在为全世界 90%以上的电力负荷供电。但这种方式也存在一些弊端，主要有∶不能灵活跟踪负荷的变化;局部事故极易扩散和导致大面积的停电;输电线路产生的电磁影响使开辟新的线路走廊越来越困难。

分布式发电（Distributed Generation）系统是指功率为数千瓦至 50 MW的小型、模块式、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第三方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求，如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。随着电力体制改革的发展，分布式发电也可为一些用户提供一种自主的选择，使其更能适应电力市场。

通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点∶

（1）分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高。

（2）分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电.成为集中供电方式不可缺少的重要补充。

（3）可对区域电力的质量和性能进行实时监控，适合向农村、牧区、山区、发展中的中小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力。

（4）分布式发电的输街申损耗可以忽略，无需建配电站。可隆低或避你随加的输西由成本，同时土建和安装成本低。

（5）可以满足特殊场合的需求，如移动分散式发电车。

（6）调峰性能好，操作简单.由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。

（1）基于化石能源的分布式发电技术 ：

①往复式发动机技术∶以汽油或柴油为燃料驱动内燃机的发电机组发电，是目前应用最广的分布式发电方式;

②微型燃气轮机技术;微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷，汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，但是微型燃气轮机目前发电效率较低，所以多采用家庭热电联供的办法利用设备废弃的热能，提高其效率;

③燃料电池技术;燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置，燃料电池不污染环境，是一种很有发展前途的清净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。

（2）基于可再生能源的分布式发电技术 ：

①太阳能光伏发电技术;太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能，光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠 、维护简单等优点，但是这种分布发电技术的成本很高，所以现阶段还需要降低成本而适合于广泛应用;

②风力发电技术∶可分为独立与并网运行两类，前者为微型或小型风力发电机组，容量为100W~10kW，后者的容量通常超过150kW。

（3）混合分布式发电技术 指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来，形成复合式发电系统。目前已有多种形式的复合式发电系统被提出，其中一个重要的方向是热、电、冷三联产的多目标分布式供能系统，通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。与简单的供电系统相比，分布式供能系统可以大幅度提高能源利用率，降低环境污染，改善系统的热经济性。图3-29 所示为某微型燃气轮机热电联供设备。

3.6.8 微电网

分布式发电不改变原来配电网结构，延缓了输、配电网升级换代所需要的巨额投资，同时可以有效地提高大电网的供电可靠性和供电质量。但是，分布式发电也存在不足∶由于分布式电源多数依靠新能源及可再生能源发电，例如光伏发电、风力发电等，因此面临着分布式电源单机接入成本高，分布式电源的功率输出具有随机性和波动性等问题。

为了降低分布式发电带来的不利影响，同时发挥其积极的辅助作用，一个较好的解决方法就是把分布式电源和负荷一起作为配电子系统，这种系统称为微电网（Microgrid）.有时简称微网。作为一种新技术，微电网的定义还不统一，其中一个最简单的定义是∶一组连接到大电网的受控能源（含电源）与受能装置，但可以独立地运行。

所以.微电网技术是新型电力电子技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的综合，其主要优点是∶

（1）提供了一个有效集成应用分布式发电的方式，继承拥有了所有单独分布式电源所具有的优点。

（2）作为一个独立的整体模块，不会对大电网产生不利影响，不需要对大电网的运行策略进行修改。

（3）可以以灵活的方式将分布式电源接入或断开，即分布式发电具.有"即插即用"（Plug-and-Play）的能力。

（4）使得多个分布式电源互联，增加了系统容量，并有相应的储能系统，克服了分布式电源响应速度慢、惯性小的缺点，减弱了电压波动和电压闪变现象，可有效改善电能质量。

（5）在上一级网络发生故障时，微电网可以孤立运行继续保障供电，以提高供电的可靠性。

2000年，欧盟提出了微网工程，系统研究和证明微网的运行、控制、保护和安全性，确定和量化微网经济方面的优势。美国能源部也已经提出了一个以微网的形式安放和利用 DG;的阶段性计划。我国的微网研究也已经成为电力系统研究的热点。

智能电网

智能电网（Smart Power Grids），就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足 21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在∶

（1）具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。

（2）信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。

（3）柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。

（4）通信、信息和现代管理技术的综合运用.将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。

（5）实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。

（6）建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用;电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。

由于智能电网具有上述先进性和优势，已经成为世界电网发展的基本方向，也是我国"十二五"及以后电网建设的重点。

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