SMM11月22日讯：在SMM举办的2022年第二届中国国际电气产业链峰会上，西安西电电力电子有限公司副总经理白世军就电力电子交流器在新型电力系统中的应用进行了分享，他主要围绕双碳背景下能源结构转型、电力电子变流器的应用场景两部分展开。
双碳背景下能源结构转型分析
我国要在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和，相比于发达国家50至70年的过渡期，只有不到30年的时间，意味着我国碳减排时间更加紧迫。中国实现“双碳”目标，任重而道远。
而放眼全球，各个国家纷纷提出了自己的碳达峰、碳中和目标。双碳目标已成为全球化共识。
根据数据显示，温室气体排放中，CO2 占比约80%；CO2 排放中，接近90%来自于能源活动；对于能源相关CO2 排放，从消费侧来看，主要来自于电力、工业、建筑、交通四部分，电力部门占比最高，超过40%。我国电力行业碳排放随着双碳目标的推进，将成逐年下降的趋势。
在新型电力系统下，我国的电力发展路径主要集中在光伏、海上风电、陆上风电以及新能储能等方面。新型电力系统有“两化”与“双高”，两化指的是“电源清洁化和终端电气化”，而双高则指的是高比例可再生能源接入和高比例电力电子设备。
传统电力系统电源的主体是同步发电机，同步发电机基于电磁感应原理，建立稳定的电压源；不同的发电机之间通过电功率与功角的比例关系、电功率与机械功率在转子上的平衡作用等基本机制保持同步运行。
以新能源为主体的新型电力系统，例如风光，他们与同步发电机有本质的区别，是非同步电源，有大量的电力电子设备，系统的稳定性已经无法依靠惯量平衡作为基础，需要电力电子技术和数字化、信息化、智能化相融合，系统的安全稳定依靠功率的动态平衡、能量的动态平衡。同时因缺少惯量支撑，存在抵御风险能力下降的问题。
因此，为满足“双高”新型电力系统安全、稳定运行要求，新能源应满足电网电压支撑、电网惯量支撑、故障穿越能力以及阻尼可控能力等条件。
构网型电力电子变流器是指通过控制使变流器对外表现为受控电压源特性，能够类似“同步机”给系统提供惯量支撑，提高系统强度。
电力电子变流器的应用场景
电力电子变流器的应用分为电源侧和用户侧。电源侧主要是指通过先进的并网技术在光伏、风电及储能等方面，实现能源清洁化，并在输配电过程中实现大容量无功补偿。通过数据中心直流电源实现源网荷储一体化。而在用户侧，则是通过多端口能量路由器，实现电气化。
直挂升压变的先进光伏并网技术，区别于常规光伏并网方案，是通过构网型变流器，电压支撑和主动惯量支持，实现两级功率变换，结构简单，相内功率匹配。具有集成度高、功率密度高、容量大、空载损耗小等特点，并在经济性分析方面约为传统方案一倍。
储能具有灵活快速调节特性，是提升大规模新能源消纳和解决主动支撑能力不足的重要技术手段。高压直挂的先进储能并网技术是目前主要的技术之一，其具有减少投资、降低损耗，模拟发电机组四象限运行，同时提供有功支撑和无功调节，替代“储能+调相机”方案，以及可进行电网宽频震荡抑制、电能质量治理等优点。
当前，数据中心中压直流电源，通过把八大枢纽节点数据中心的业务规划没实现东数西算。数据中心的可持续运营正受到市场的广泛关注，其中的重大关切是能源的利用效率以及可再生能源的使用。风光储+电力电子变压器是建设绿色低碳数据中心先进供配电关键技术创新方向。
多端口能量路由器将在未来在电能转化以及应用方面发挥巨大的作用。终端电能消费大幅度提升，到2060年，达到70%左右。而除了电能作为直接能源外，目前尚未使用电能的工业等领域将广泛使用电能，实现电能多元化转化，诸如电解水制氢，氢用于交通、工业的能源等；电动汽车普及，电炉炼钢等。此外，电能除了直接使用，还间接制造能源，成为泛电气化，并且泛电气化背景下电能将在能源中占90%作用。
柔性直流配电技术将成为新能源为主体的新型电力系统中能源高效利用的技术基石。听过电源、配电网架、负荷实现源随荷动、荷随源动。
综上所述，“双碳”目标下，储能技术对新能源大规模普及的价值充分体现并成共识，“风光水火储一体化”、“源网荷储一体化”推动储能市场 与“风光”发电新能源市场繁荣共进。相比低压并联并网技术，高压直挂电力电子变流器构架简单、控制一致性高，对电网支撑能力强，构网控制实现难度更低。而效率高，无工频升压变压器损耗，整套系统比低压并网系统效率提高0.5～1%以上。因此，电力电子变流器更契合新型电力系统对大功率、大容量、高电能转换效率 、高控制性能并网技术发展要求，具有明显的优势。
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