电力电子技术在电力系统中的应用(共10页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上电力电子技术在电力系统中的应用XX大学电气工程学院电气工程及其自动化2012班 XXX(XX XX E-mail: ) 学号:摘要:电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科,是高新技术产业发展的主要基础技术之一,是传统产业改革的重要手段。电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。文中概括性地介绍电力电子技术在电力系统中的各类应用,包括在发电、输电、配电、能源转换、系统稳定安全运行等多个方面。较为全面的展示电力电子技术在我国电网智能化,信息化、数字化进程,特高压、直流电网、柔性电网建设中充当的重要角色。关键词:现代电力电子技
2、术;电力系统;应用;The Application of Advanced Power Electronics in Power SystemShao qing HuangElectrical Engineering College. Zhejiang University.Hangzhou, ChinaE-mail: Abstract: Power electronic technology is one of the relatively rapid development of a discipline, is one of the main basis for the developm
3、ent of high and new technology industry technology, is an important means of the traditional industry reform. Power electronic technology is one of the power semiconductor devices, circuit technology, computer technology, modern control technology to support the technology platform. This paper synop
4、tically introduced all kinds of application of power electronic technology in power system, including the power generation, transmission and distribution, energy conversion, the safe operation of the system is stable, and many other aspects. Comprehensive display intelligent power grid, power electr
5、onic technology in our country informatization, digitization process, ultra-high voltage, dc grid, flexible ACTS as an important role in the construction of power grid.Key words: power and electronic technology, application, power systems.1、 概述前言电力电子技术 ,就是一项专门应用在电力领域的一项电子技术,其是通过将电子、电力以及控制这三大不同领域融合的一
6、项学科,并在其中将电力的变换作为学科的核心研究内容,并且在其中对电能进行一定的控制以及变换,从而以这种形式来更为有效、更为方便的对电能进行一系列的应用。对于电力电子技术技术来说,其在我国的电力系统中具有很广的应用范围。对于其他国家也是一样,经过相关统计,在西方发达国家用户对于电能的使用中,有很大比重应用的电能都是经过一次以上的电力电子变流装置处理的。而如果在电力系统中没有应用电力电子技术,那么社会目前具有的电力系统现代化则是 根本不能想象的。其中,直流输电在大容量、长距离输电过程中都具有很好的优点,其所送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置。而柔性交流输电也是必须经过电力电子装置之
7、后才能够得到较好的实现。同时,对于电力系统而言,谐波控制以及无功补偿也具有非常重要的意义,晶闸管投切电容器以及晶闸管控制电抗器都是非常关键的无功补偿装置。而有源电力滤波器以及静止同步补偿器等较为先进的装置也具有着很好的谐波补偿以及无功补偿性能 李伟,电子电力关键技术在电力系统的应用分析, SILlC0N VALLEY,2013第22期总第142期。2、 电力电子技术在电力系统中的主要应用电力电子技术以实现功率变换为主,传递的是电能,微电子技术则以实现信号变换为主,传递的是信息。如果说微电子技术是弱电电子的话,电力电子技术则是强电电子,是现代工业电子。电力电子技术的应用贯穿在电能的获取、传输、变
8、换和利用的几乎每个环节,将在新世纪发挥越来越重要的作用。4概括地说,电力电子技术就是在采用电力半导体器件实现各种频率变换的基础上,完成运动控制(Motion Control)和功率变换(Power Conversion),提供各种变频器和功率控制电源。2.1发电领域中的电力电子技术(1)发电机的静止励磁系统(SES) 静止励磁采用晶闸管整流自并励方式,具有结构简单、可靠性高及造价低等优点,被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。 (2)可变速抽水蓄能技术(ASPS)可变速抽水蓄能机
9、组采用交-交变频器,将系统工频50Hz60Hz变为转子滑差对应的频率作用于转子绕组进行励磁,实现机组的非同步运行。这一技术也有用于火电机组的报导。对于电力系统的频率控制与稳定控制有积极的作用,体现了发电系统的柔性化思路。 (3)发电厂风机水泵的变频调速发电厂的厂用电率平均为8,风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65,且运行效率低。使用低压或高压变频器,实施风机水泵的变频调速,可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟,国内外有众多的生产厂家,并不完整的系列产品,但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多,国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。(4)太阳能发电中的功率调节技术(PC)太阳能
10、电池所产生的电能 随太阳光强、环境温度及负载情况会发生变化,太阳能发电系统中必须加入功率调节环节以实现控制、保护、降低损耗及尽可能地使系统工作在太阳能最大发电状态。功率调节通常包括阻断二极管、直流直流斩波器及直流交流逆变器。 (5)风力发电中的双馈感应发电技术(DFIG)基本原理与结构与可变速抽水蓄能相似 ,通常功率较小,滑差调节范围更大。为实现控制的灵活性,功率器件通常采用全控器件。(5)可再生能源发电中的电力电子技术 利用风能、太阳能、潮汐能、地热能等新能源发电,是克服能源危机(煤、石油、天然气等石化类能源日趋匮乏)的重要措施,它们是可再生的绿色能源,对环境和气候的影响也会得到缓解。但是这
11、些能源转换的电能,其电压、频率难免波动,无法并网应用。通过电力电子变换装置,使这些波动的电能以恒压恒额方式输出,实现这些新能源的实用化 朱晓东,电力电子技术在电力系统中的应用,科技论坛,2012。2.2储能领域中的电力电子技术 用电受昼夜影响而出现高峰和低谷,如果晚间能把发电机的多余电能储存起来,到白天再送到电网应用,相当于多盖了至少三分之一的发电厂,其经济价值是明显的。(1)抽水储能发电 白天,上游水库泄水发电;晚间,利用多余的电网电能并使发电机转变成电动机运行,驱动水泵把下游水库的水抽进上游水库,增加上游水库蓄水,使白天可以更多地发电。当然,这种电能变为机械能,再变成电能的能量变换过程,效
12、率是比较低的。(2)地下室内的蓄电池与电容器组储能把夜间电网提供的多余交流电整流成直流电,储存在建筑物地下室内的“蓄电池一电容器组”;白天,再把这些储存的电能逆变成交流电供给整个建筑物内的用电,已经成为某些地方的时尚。(3)超导线圈的磁场储能(SMES) 上述变换还是有相当能耗的。在超导体线圈中,数十万安培的直流电流在其中流动是不会损耗的,这种储能器体积大为缩小,转换效率很高。是储存电能的最佳选择之一。利用超导储能可以吸收或发出有功和无功功率,响应快,容量大,大大减少了电路的损耗。但是,如何实现常规交流电能同这种低电压超大电流的直流电能的互相转换,给电力电子技术提出了更新的课题 张超,浅谈电力
13、电子技术在风力发电中的应用,应用技术,2012。2.3输电领域中的电力电子技术 (1)高压直流输电(HVDCT)技术 图1 高压直流输电系统示意图 高压直流输电系统示意图如图1所示。它包括两个换流站和直流线路。换流站的直流侧分别接到直流线路的两端,交流侧分别接到交流系统I和。换流站中主要包括换流阀、换流变压器、交直流滤波器、平波电抗器等装置,它的作用是实现交流电和直流电之问的转换。 高压直流输电在我国西电东送和电网联网中起到重要的作用,南方电网目前已形成“八交五直”的交直流并联运行大电网。换流阀是高压直流输电工程的核心设备,是实现交直流电能转换的核心功能单元,南方电网高压直流输电换流阀通常采用
14、半控型电力电子器件直接光触发晶闸管(LTT)作为主要部件。由于LTT内部集成了光触发和具有正向过电压保护功能,使用此类晶闸管构成的换流阀阀塔的可靠性大大提高,操作维护工作更加简便。高压直流输电的电压等级高(如云广特高压直流工程电压为800 kV),可以有效地降低线路损耗,由于直流输电导线根数少,电阻发热损耗小,没有感抗和容抗的无功损耗,且传输功率 的增加使单位损耗降低,大大提高了电力传输 中的节能效果。此外,高压直流输 电只传送有功功率,具有大小和方向快速可控的优点,通过对直流功率的快速而准确的控制,可以有效地提高所连交流电网或与之并联的交流线路的稳定性。 饶宏,南方电网大功率电力电子技术的研
15、究和应用,南方电网技术,2013年第7卷第1期;(2)柔性直流输电(VSC-HVDC)柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应用领域的制高点,是基于可关断电力电子器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)组成的电压源换流器所构成的新一代直流输电术。柔性直流输电技术对于提高交流系统的动态稳定性、增加系统的动态无功储备、改善交流系统电能质量,解决非线性负荷、冲击性负荷所带来的问题,具有较强的技术优势,也是智能电网建设中解决大容量、间歇式新能源发电并网的重要技术手段。 崔巍,柔性直流输电技术及其发展分析,能源环境,2014;该技术可以在进行精确有功功率控制的同时对无功功率进行控制,可为交流系统提供电压支撑,控
16、制更加灵活。柔性直流换流站可工作在电源换流的方式下, 不需要外加的换相电压,可用十弱系统或无源系统供电。此外,柔性直流输电技术基本不需要滤波和无功补偿装置,其换流站占地面积较同等容量的常规直流换流站要小。柔性直流输电是以电压源换流器为核心的新一代直流输电技术,采用最先进的电压源型换流器和全控器件,是常规直流输电技术的换代升级。与传统的直流输电不同,是一种采用基于电压源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)的新一代直流输电技术。它可以瞬间实现有功和无功的独立解耦控制,能向无源网络供电,具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力,可以作为系统恢复电源。 在传输能量的同时, 还能灵活地调节与之相连
17、的交流系统电压。具有可控性较好、运行方式灵活、适用场合多等显著优点。从用途上看,它可以很好地适应于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电等领域。随着风电等间歇式可再生能源在电网中比重的加大,其随机性、间歇性和不可控性等特点对电网的安全可靠运行带来巨大挑战。柔性直流输电可以极大地提升风电场并网的安全性和可靠性,是国际上公认的最具有技术优势的风电场并网手段,特别是对于远距离的海上风电场来说,使用柔性直流输电并网是目前唯 一一可选的有效方案。另外,柔性直流输电技术在孤岛及海上平台供电、大型城市供电、多端直流组网、电力市场交易等领域也都有显著的技术优势。随着电网未来继续朝着智能化、节约
18、化、环保化发展,柔性直流输电技术必将成为未来电力领域的一个重要发展方向,具有极其广阔的市场应用前景。 图2双端柔性直流输电系统结构示意图(3)柔性交流输电(FACTS) FACTS技术是指以电力电子设备为基础 ,结合现代控制技术来实现对原有交流输电系统参数及网络结构的快速灵活控制,从而达到大幅提高线路的输送能力和增强系统稳定性、可靠性的目的。随着电力电子器件的发展,FACTS 技术已从原有的基于半控器件的静止无功补偿器(SVC)、可控串补(TCSC)技术发展到现在的基于可关断器件的静止同步补偿器(STATCOM)、统一潮流控制器(UPFC)等技术。我国能源的资源与需求呈逆向分布,客观上需要实现
19、能源的大范围转移,这就需要大幅提高线路的输送能力:同时需要解决由此而带来的潮流调控、系统振荡、电压不稳定等问题。而 FACTS技术以其快速的控制调节能力及其与现有系统良好的兼容能力,为其在我国的研究和应用提供了广阔的空间 韩民晓,电力系统的柔性化技术电力电子技术在电力系统中的应用,Technology技术,2009年;。2.4配电领域中的电力电子技术(1)定制电力(Custom Power)技术或电能质量控制技术上世纪90年代中期,为解决日益突出的电能质量问题,国外又提出了“定制电力(Custom Power)”技术,即把电力电子技术用于配电领域。Custom Power技术指将电力电子装置
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