先进电力电子技术在电力系统的应用前景.pdf

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1、1电能质量会议先进电力电子技术先进电力电子技术先进电力电子技术先进电力电子技术在电力系统的应用前景在电力系统的应用前景在电力系统的应用前景在电力系统的应用前景郑健超郑健超郑健超郑健超电能质量会议电气化电气化电气化电气化-二十世纪工程技术最伟大的成就二十世纪工程技术最伟大的成就二十世纪工程技术最伟大的成就二十世纪工程技术最伟大的成就?美国工程院（NAE）的排序：?1 电气化、2 汽车、3 飞机、4 水的供应和分配、5 电子学、6 无线电和电视、7 农业机械化、8 计算机、9 电话、10空调和冰箱、11 高速公路、12 航天、13 因特网、14 图象技术、15 家电、16医疗技术、17 石油和石化

2、技术、18 激光和光纤、19 核技术、20 高性能材料2电能质量会议电能质量会议电力系统的两种前途电力系统的两种前途电力系统的两种前途电力系统的两种前途支撑数字化社会的关键基础设施支撑数字化社会的关键基础设施Critical infrastructure或或20世纪的工业遗迹世纪的工业遗迹Historical relics3电能质量会议对未来对未来对未来对未来 电力系统的要求电力系统的要求电力系统的要求电力系统的要求?More reliable;?更加可靠更加可靠?More effective;?更加有效更加有效?More friendly to environment对环境更加友好；对环境更

3、加友好；?Higher quality and customized services优质和个性化服务优质和个性化服务;电能质量会议电力领域的技术创新电力领域的技术创新电力领域的技术创新电力领域的技术创新传统电力技术与高技术传统电力技术与高技术的融合的融合4电能质量会议硅片引起的第二次革命硅片引起的第二次革命电能质量会议6 6 kV,6 kA kV,6 kA GTOGTO5电能质量会议大功率大功率大功率大功率 IGBT IGBT 器件器件器件器件电能质量会议三相高压交流输电在可预见的未来仍三相高压交流输电在可预见的未来仍三相高压交流输电在可预见的未来仍三相高压交流输电在可预见的未来仍是输电和联

4、网的主要方式是输电和联网的主要方式是输电和联网的主要方式是输电和联网的主要方式6电能质量会议1000 1000 kV kV 输电输电输电输电线路线路线路线路电能质量会议1000 1000 kV kV 输电输电输电输电线路分裂导线线路分裂导线线路分裂导线线路分裂导线7电能质量会议研究研究研究研究FACTS FACTS FACTS FACTS 的背景的背景的背景的背景常规的电网的参数、电压、相位、系统潮流不能大幅度连续调节，因此是不灵活的，电网的利用率不高；电网在实行电力托送以后，输电线路的负载增加和随时变化，需要大幅调节线路输送能力、提高稳定性,使电网更加有效；常规的电网的参数、电压、相位、系统

5、潮流不能大幅度连续调节，因此是不灵活的，电网的利用率不高；电网在实行电力托送以后，输电线路的负载增加和随时变化，需要大幅调节线路输送能力、提高稳定性,使电网更加有效；电能质量会议电网的电网的“木桶效应木桶效应”020406080100120020406080100120线路1线路2线路3 线路4线路1线路2线路3 线路4额定额定实际实际8电能质量会议灵活灵活 的交流输电的交流输电 FACTSFACTS?利用电力电子和现代控制技术对电力系统的参数、潮流、电压、相位进行灵活调节控制的输电技术?FACTS 设备主要有：可控串联补偿TCSC静止同步补偿器 STATCOM统一潮流控制器 UPFC电能质量

6、会议可控串联补偿装置9电能质量会议我国自主研制的我国自主研制的220kV可控串补可控串补电能质量会议大容量大容量大容量大容量 SVCSVC10电能质量会议高压直流输电重要的输电和联网方式高压直流输电重要的输电和联网方式电能质量会议高压直流输电优点高压直流输电优点高压直流输电优点高压直流输电优点?可以实现异步联网；?在输电临界距离以上比交流输电更经济；?用相同的线路走廊可比交流输送更多的电力；?适合于用电缆跨海送电；11电能质量会议端对端直流输电技术的局限性端对端直流输电技术的局限性端对端直流输电技术的局限性端对端直流输电技术的局限性?线路不能中途落点；?对受端电网的容量有严格的要求；?落点在同

7、一负荷区的多条直流输电线路之间相互作用可能导致故障连锁反应；因此，现在的直流输电技术的应用范围受到一定的限制。电能质量会议落点在同一负荷区落点在同一负荷区落点在同一负荷区落点在同一负荷区HVDCHVDCHVDCHVDC的相互作用的相互作用的相互作用的相互作用12电能质量会议多端直流输电多端直流输电多端直流输电多端直流输电?多端直流输电(Multi-terminal HVDC)?已投运的多端直流输电工程是加拿大美国的五端直流输电工程;?由于控制器协调困难等原因，目前实际上只有三端接入运行;电能质量会议强迫换相;无换相失败之虞;对受端系统的容量无严格要求;落点在同一负荷区的多条直流输电线路之间相互

8、作用较弱;可用于HVDC 配电;可关断器件构成的直流输电系统可关断器件构成的直流输电系统可关断器件构成的直流输电系统可关断器件构成的直流输电系统13电能质量会议HVDC DistributionHVDC Distribution?电缆费用大大节省；?配电线路可以全部地下；?额定电流、故障电流水平降低；?多样化的电能供应；?与分布式电源连接；?便于故障隔离；电能质量会议定相位开断技术定相位开断技术?用高电压大功率电力电子开关，取代常规的机械开关，可以实现定相位开断，理论上可以实现不产生操作过电压、过电流；?配电系统的固态开关已经开发出来；?碳化硅为基片的可关断器件，为制造高压固态开关创造了条件；

9、14电能质量会议故障电流限制器故障电流限制器电能质量会议TPSCTPSCSCCL优点：串补技术与限流电抗技术的结合在工程上有较高的可靠性15电能质量会议故障电流限制器示意图故障电流限制器示意图故障电流限制器示意图故障电流限制器示意图信号检测电路CR驱动信号旁路开关PB1隔离开关DS1旁路开关PB2旁路开关PB1隔离开关DS1旁路开关PB2隔离开关DS2谐振电容C限流电抗器LMOV限压器隔离开关DS2谐振电容C限流电抗器LMOV限压器保护阀Vp保护阀Vp接地开关ES1接地开关ES2接地开关ES1接地开关ES2平台平台CT1CT2CT3CT4CT5CT1CT2CT3CT4CT5阻尼电路阻尼电路阻尼

10、电路阻尼电路电能质量会议EPRI EPRI 战略研究计划战略研究计划Consortium for Electric Infrastructure toSupport Digital Society(CEIDS)支持数字社会的电力基础设施支持数字社会的电力基础设施-能源与通信的集成网络能源与通信的集成网络-16电能质量会议Energy merged with Energy merged with CommunicationCommunication电能质量会议能源与通信的集成网络能源与通信的集成网络能源与通信的集成网络能源与通信的集成网络?能源、通信、交通、因特网、电子商务的融合;?电力依靠通信

11、网发挥最重要基础设施的作用；其他的基础设施又依靠不间断的电力供应才能发挥作用；17电能质量会议集成网的各种表述集成网的各种表述?Distributed Computing Infrastructure?Data network combined with intelligent equipment;?Flexible Reliable Intelligent Electric Energy Delivery System（FRIENDS）;?Micro-grid concept;电能质量会议研究自康复网的需求研究自康复网的需求研究自康复网的需求研究自康复网的需求?美国对未来 20-30 年对电

12、网可靠性的预测?可靠性比例?Reliability of 9 nine 0.6%增加到10%;?Reliability of 6 nine 8-10%增加到60%;18电能质量会议停电和电能质量波动的损失停电和电能质量波动的损失电能质量会议自康复的网络的主要目标和特征自康复的网络的主要目标和特征?动态优化系统的性能和鲁棒性；?对扰动的快速反应以减少冲击；?在扰动后有效地恢复到稳定运行状态；?前瞻性模拟仿真；?实时监测与控制；?快速故障隔离与分割；19电能质量会议灵活、可靠、智能配电系统灵活、可靠、智能配电系统灵活、可靠、智能配电系统灵活、可靠、智能配电系统（FRIENDSFRIENDSFRIE

13、NDSFRIENDS）1 灵活应付平常、事故和停电等各种情况；2 利用分布式电源和贮能存设备，实现高可靠性供电；3 用户可自由选择电力品质、种类和供电者；4 改善信息服务和用户服务5 完善的用户侧管理（DSM）灵活应付平常、事故和停电等各种情况；2 利用分布式电源和贮能存设备，实现高可靠性供电；3 用户可自由选择电力品质、种类和供电者；4 改善信息服务和用户服务5 完善的用户侧管理（DSM）电能质量会议MicroMicro-gridgrid20电能质量会议FRIENDS 示意图示意图电能质量会议集成网的技术基础集成网的技术基础?分布式电源；?先进的电力电子技术?超实时仿真；?智能传感器；?实时

14、数据处理技术；?高速安全的通信；21电能质量会议Advanced Power ElectronicsAdvanced Power Electronics?开断容量更大的高性能器件开断容量更大的高性能器件,（SiC）为基片）为基片,耐压和热容量可大幅度提高，损耗却大大降低耐压和热容量可大幅度提高，损耗却大大降低;?用固态断路器取代传统机械的高压断路器，可以实现用固态断路器取代传统机械的高压断路器，可以实现:?Self-healing power system;?Synchronized Switching;?Digitized Power System;电能质量会议HVDC Light HVDC

15、 Light 用于中小容量输电用于中小容量输电用于中小容量输电用于中小容量输电22电能质量会议智能高压开关智能高压开关智能高压开关智能高压开关电能质量会议智能化电表智能化电表 Advanced MeteringAdvanced Metering?先进仪表(Advanced metering)是未来配电的重要组成部分。现代电能表计系统除电能计量的功能外，还具有负荷调查（实现所谓的“不打扰“的调查）、实时电价、电价区间指示、电能质量监控的功能，此外还具有双向通信、用户访问、自诊断及警报、误差软件补偿功等重要的功能。23电能质量会议智能表计智能表计电能质量会议Non Non-intrusive Lo

16、ad Monitorintrusive Load Monitor24电能质量会议Distributed Generation;Distributed Generation;Distributed Energy Resources;Distributed Energy Resources;Dispersed power source:Dispersed power source:MicroMicro-grid concept;grid concept;分布式电源分布式电源电能质量会议“分布式电源分布式电源分布式电源分布式电源”的定义的定义的定义的定义分布式电源（Distributed Power

17、 Sources)是指：电业部门、用户或第三方使用的，直接安装在用户负荷附近的高效、洁净的中、小型电源如燃料电池、微型燃气轮机等。分布式电源（Distributed Power Sources)是指：电业部门、用户或第三方使用的，直接安装在用户负荷附近的高效、洁净的中、小型电源如燃料电池、微型燃气轮机等。25电能质量会议电能质量会议?提高供电可靠性的需要;提高供电可靠性的需要;?环保的要求小型高效绿色源,环保的要求小型高效绿色源,?有利于降低输配电建设费用；有利于降低输配电建设费用；?有利于调峰和无功优化；有利于调峰和无功优化；?便于组成热、电、冷联供系统；便于组成热、电、冷联供系统；分布式电

18、源兴起的背景分布式电源兴起的背景分布式电源兴起的背景分布式电源兴起的背景26电能质量会议提高供电可靠性的重要措施提高供电可靠性的重要措施提高供电可靠性的重要措施提高供电可靠性的重要措施?分布式的电源可大大地提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害（例如地震、台风、暴风雪、恐怖分子袭击、战争）情况下维持重要用户的供电。?确保一些重要的集会和庆典供电安全常是困扰我国供电部门的一个重要问题，分布式电源可能是经济合理的解决方案。电能质量会议燃料电池燃料电池燃料电池燃料电池(fuel cell)fuel cell)的原理的原理的原理的原理电解水的逆过程，不经过燃烧直接将燃料的化学能转换为氢能电解水的逆过程

19、，不经过燃烧直接将燃料的化学能转换为氢能27电能质量会议燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类燃料电池的种类低温 燃料电池低温 燃料电池?磷酸燃料电池（PAFC）；磷酸燃料电池（PAFC）；?质子交换膜燃料电池（PEMFC）；质子交换膜燃料电池（PEMFC）；高温燃料电池高温燃料电池?熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）；?固体氧化物燃料电池（固体氧化物燃料电池（SOFC）；）；电能质量会议28电能质量会议PAFCPAFC电能质量会议住宅用燃料电池图住宅用燃料电池图住宅用燃料电池图住宅用燃料电池图29电能质量会议燃料电池规模发电尚需时日燃料电池规模发电尚需时日电能

20、质量会议微型燃气轮机微型燃气轮机微型燃气轮机微型燃气轮机(Micro turbine)Micro turbine)1 功率范围：kW -10 1 功率范围：kW -10 2 2 kW;2 转速：10000 rpm 左右;3 发电效率：25%-30%，可望达到 40%；4 连续运行6000 小时无需检修；5 全数字控制，可自动并网或离网运行6 燃料多样化的适应性；kW;2 转速：10000 rpm 左右;3 发电效率：25%-30%，可望达到 40%；4 连续运行6000 小时无需检修；5 全数字控制，可自动并网或离网运行6 燃料多样化的适应性；30电能质量会议Honeywell Honeywell MicroturbineMicroturbine电能质量会议微型燃气轮机微型燃气轮机微型燃气轮机微型燃气轮机31电能质量会议Capstone Capstone 微型燃气轮机图微型燃气轮机图微型燃气轮机图微型燃气轮机图电能质量会议电力电子标准化重要性电力电子标准化重要性?器件标准化；?组件标准化；?装置标准化；?试验方法标准化；32电能质量会议谢谢谢谢谢谢谢谢DRE