电力系统新技术专题课程总结

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电力系统新技术专题课程总结.精品文档.电力系统新技术专题课程总结通过几节课的讲解，我了解了一些有关电力系统新技术的知识，大约包括光学互感器，特高压，以及抽水式蓄能电站。下面谈一下课后的感想和学到的知识。光学传感器及仪器是依据光学原理进行测量的，它有许多优点，如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等。主要包括一般光学计量仪器、激光干涉式、光栅、编码器以及光纤式等光学传感器及仪器。在设计上主要用来检测目标物是否出现，或者进行各种工业、汽车、电子产品和零售自动化的运动检测。光学传感器及仪器是依据光学原理进行测量的，它有许多优点，如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等，主要包括一般光学计量仪器、激光干涉式、光栅、编码器以及光纤式等光学传感器及仪器。光学传感器主要有：光学图像传感器、透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等。用 途: 光学传感器广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保等领域。互感器是电力系统必不可少的元器件，互感器的保护和控制作用均是基于准确测量的基础上的，因此，其核心作用是测量电流或电压值。随着电力系统电压等级的升高和传输容量的不断增大，传统的电流互感器暴露的缺点越来越突出。相比之下，新型光学电流互感器在这些问题上就具有绝对的优势。光学电流互感器是业界公认的最具发展前途的新型电流互感器，是电磁式电流互感器最终替代品。全光纤光学电流互感器与磁光玻璃光学电流互感器是不同材料的光学互感器，两种类型互感器各有优缺点，又都有各自手段加以改善。光学互感器主要应用在220kV 及以上的电压等级中；主要应用在智能变电站的存量替代和新增市场上。根据电气设计规程，变电站每回出线均应配置电流互感器；电压互感器配置台数根据变电站电气主接线确定。预计到2015 年，互感器中的传统的电磁式互感器会占总量的40%50%，电子式互感器会占到总量的50%60%。这个替代过程是逐渐的。同时，光学互感器作为电子式互感器中的一种，会以大约平均每年20%的速度递增，但前期不会太快，预计到2015 年，在电子式互感器中，光学互感器与非光学互感器的比例会达到6：4。互感器是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流，以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化；同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。互感器是电力系统必不可少的元器件，互感器的保护和控制作用均是基于准确测量的基础上的，因此，其核心作用是测量电流或电压值。随着电力系统电压等级的升高和传输容量的不断增大，传统的电流互感器暴露的缺点越来越突出：高压绝缘复杂、动态测量范围小、频带窄、易受电磁干扰、故障电流下铁心易磁饱和以及存在磁滞现象等等。相比之下，新型光学电流互感器在这些问题上就具有绝对的优势。光学电流互感器是业界公认的最具发展前途的新型电流互感器，是电磁式电流互感器最终替代品。一束偏振光在磁场的作用下，产生了法拉利偏振角，该偏振角的大小与磁场的大小（场强）成正比，而磁场是由电流产生的。因此，电流与法拉利偏振角为线性关系，通过法拉利偏振角可以测量电流值。磁光玻璃光学电流互感器的传感部分采用普通磁光玻璃，材料成熟，光学元件少，系统结构简单，无需进行温度控制。磁光玻璃光学电流互感器的难点之一是光学元件与磁光玻璃的封装，封装工艺决定了互感器长期运行可靠性；难点之二是光程短造成的传感灵敏度低，采取信号处理的方法加以改善。全光纤光学电流互感器的难点在于系统结构复杂，环节多，所用光学元件多，需要专门的温度控制等，多种光学元件的环境适应性是决定性因素。优点在于光纤元件间连接较为简单，容易实现。两种类型互感器各有优缺点，又都有各自手段加以改善。目前不能说哪一种是最终的选择，只能说两种技术路线将并行相当长的时间。互感器是智能变电站中一次设备的重要组成部分，因此，其技术的革新也成为未来智能变电站的发展方向之一。光学互感器作为业界公认的最具发展前途的新型互感器，具有巨大的市场空间。光学电流互感器成本随电压等级升高而呈倍数增长：传统的电流互感器成本随电压等级升高而呈指数增长。目前，光学电流互感器在110KV等级及以上的应用是有利润的；35KV尚无利润或利润很低。据了解，许继电气（北京光学）、南瑞航天（南瑞科技+航天科技）、西安同维，四方、南瑞继保都开展了此方面的研究，许继电气（北京光学）起步最早、客户接受程度较高、并且在35KV、110KV、220KV和500KV运行等级最全。不同的是，许继的光学电流互感器采用的材料结构是玻璃（晶体），技术问题不大；南瑞航天的光学电流互感器采用的材料结构是光纤线圈，光纤线圈需要进口的可能性较大。随着220kV及以上电压等级的智能变电站改造，光学互感器和其他电子式互感器会逐步替代电磁式互感器，但是光学互感器的具体替代速度，目前尚不能准确预测。新建的220kV及以上的智能变电站原则上会更多地使用光学互感器。互感器的数量主要取决于变电站主变压器的台数及变电站出线回路数，而变电站的出线回路数完全是根据电网结构及负荷分布情况确定的，因此无法准确推算出平均每个变电站的互感器的投资情况。此外，国网公司的智能变电站的标准尚未出台，各地对智能模块的配置理解不同，实际操作也是千差万别，各省很难做到统一模式，因此，对于在变电站中占比很小的互感器更是不好确定其投资金额。但可以肯定的是，光学互感器作为发展的方向，其市场具备想象的提升空间。抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。国外抽水蓄能电站的出现已有一百多年的历史，我国在上世纪60年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发，于1968年和1973年先后建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站，装机容量分别为11MW和22MW，与欧美、日本等发达国家和地区相比，我国抽水蓄能电站的建设起步较晚。上世纪80年代中后期，随着改革开放带来的社会经济快速发展，我国电网规模不断扩大，广东、华北和华东等以火电为主的电网，由于受地区水力资源的限制，可供开发的水电很少，电网缺少经济的调峰手段，电网调峰矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转变为调峰容量也缺乏，修建抽水蓄能电站以解决火电为主电网的调峰问题逐步形成共识。随着电网经济运行和电源结构调整的要求，一些以水电为主的电网也开始研究兴建一定规模的抽水蓄能电站。为此，国家有关部门组织开展了较大范围的抽水蓄能电站资源普查和规划选点，制定了抽水蓄能电站发展规划，抽水蓄能电站的建设步伐得以加快。1991年，装机容量270MW的潘家口混合式抽水蓄能电站首先投入运行，从而迎来了抽水蓄能电站建设的第一次高潮。上世纪90年代，随着改革开放的深入，国民经济快速发展，抽水蓄能电站建设也进入了快速发展期。先后兴建了广蓄一期、北京十三陵、浙江天荒坪等几座大型抽水蓄能电站。“十五”期间，又相继开工了张河湾、西龙池、白莲河等一批大型抽水蓄能电站。我国抽水蓄能电站建设虽然起步比较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。例如：广州一、二期抽水蓄能电站总装机容量2400MW，为世界上最大的抽水蓄能电站;天荒坪与广州抽水蓄能电站机组单机容量300MW，额定转速500r/min，额定水头分别为526m和500m，已达到单级可逆式水泵水轮机世界先进水平;西龙池抽水蓄能电站单级可逆式水泵水轮机组最大扬程704m，仅次于日本葛野川和神流川抽水蓄能电站机组。十三陵抽水蓄能电站上水库成功采用了全库钢筋混凝土防渗衬砌，渗漏量很小，也处于世界领先水平。天荒坪、张河湾和西龙池抽水蓄能电站采用现代沥青混凝土面板技术全库盆防渗，处于世界先进水平。随着我国新兴能源的大规模开发利用，抽水蓄能电站的配置由过去单一的侧重于用电负荷中心逐步向用电负荷中心、能源基地、送出端和落地端等多方面发展。新能源的迅速发展需要加速抽水蓄能电站建设风电作为清洁的可再生资源是国家鼓励发展的产业，核电是国家大力发展的新型能源，风电和核电的大力发展，对实现我国能源结构优化、可持续发展有着不可替代的作用。风能是一种随机性、间歇性的能源，风电场不能提供持续稳定的功率，发电稳定性和连续性较差，这就给风电并网后电力系统实时平衡、保持电网安全稳定运行带来巨大挑战，同时风电的运行方式必将受到电力系统负荷需求的诸多限制。抽水蓄能电站具有启动灵活、爬坡速度快等常规水电站所具有的优点和低谷储能的特点，可以很好地缓解风电给电力系统带来的不利影响。核电机组运行费用低，环境污染小，但核电机组所用燃料具有高危险性，一旦发生核燃料泄漏事故，将对周边地区造成严重的后果；同时，由于核电机组单机容量较大，一旦停机，将对其所在电网造成很大的冲击，严重时可能会造成整个电网的崩溃。在电网中必须要有强大调节能力的电源与之配合，因此建设一定规模的抽水蓄能电站配合核电机组运行，可辅助核电在核燃料使用期内尽可能的用尽燃料，多发电，不但有利于燃料的后期处理，降低了危险性，而且有效降低了核电发电成本。抽水蓄能电站是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置，是新能源发展的重要组成部分。通过配套建设抽水蓄能电站，可降低核电机组运行维护费用、延长机组寿命；有效减少风电场并网运行对电网的冲击，提高风电场和电网运行的协调性以及电网运行的安全稳定性。特高压、智能电网的发展需要加速抽水蓄能电站建设、国家电网公司正在推进“一特四大”的电网发展战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和800千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。同时，将以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，发展以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。特高压交流输电系统的无功平衡和电压控制问题比超高压交流输电系统更为突出。利用大型抽水蓄能电站的有功功率、无功功率双向、平稳、快捷的调节特性，承担特高压电力网的无功平衡和改善无功调节特性，对电力系统可起到非常重要的无功/电压动态支撑作用，是一项比较安全又经济的技术措施，建设一定规模的抽水蓄能电站，对电力系统特别是坚强智能电网的稳定安全运行具有重要意义。储能产业正处起步阶段抽水蓄能建设加速“储能肯定已到了呼之欲出的时候。保守估计，到2020年，国内整个储能产业的市场规模至少可以达到6000亿元，乐观的话甚至有可能到两万亿。预计未来国家对储能的支持力度会不断加大。”中科院工程热物理研究所所长助理、鄂尔多斯大规模储能技术研究所所长谭春青在上月召开的“储能国际峰会2012”上表示。这昭示着储能的巨大魅力与潜力。对新能源和可再生能源的研究和开发，寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。对中国这样一个能源生产和消费大国来说，既有节能减排的需求，也有能源增长以支撑经济发展的需要，这就需要大力发展储能产业。日益增长的能源消费，特别是煤炭、石油等化石燃料的大量使用对环境和全球气候所带来的影响使得人类可持续发展的目标面临严峻威胁。据预测，如按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算，煤、天然气和石油的可使用有效年限分别为100-120年、30-50年和18-30年。显然，21世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品，而是能源。我国电力系统建设正处于快速发展阶段，用电高峰时的供电紧张、有功无功储备不足、输配电容量利用率不高和输电效率低等问题都有不同程度的存在。同时，越来越多的大型工业企业和涉及信息、安全领域的用户对负荷侧电能质量问题提出更高的要求。这些特点为分散电力储能系统的发展提供了广泛的空间，而储能系统在电力系统中应用可以达到调峰、提高系统运行稳定性及提高电能质量等目的。抽水蓄能是电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的储能装置。为了保障电源端大型火电或核电机组能够长期稳定的在最优状态运行，需要配套建设抽水蓄能电站承担调峰调荷等任务。截至2008年，我国已建成抽水蓄能电站20座，在建的11座，装机容量达到1091万千瓦，占全国总装机容量的1.35%。而一般工业国家抽水蓄能装机占比约在5%-10%水平，其中日本2006年抽水蓄能装机占比即已经超过10%。我国抽水蓄能电站的占比明显偏低，随着国内核电及大型火电机组的投建，国内抽水蓄能电站建设明显加速。在建规模达到约1400万千瓦，拟建和可行性研究阶段的抽水蓄能电站规划规模分别达到1500万千瓦和2000万千瓦，如果以上项目顺利投产，2020年我国抽水蓄能电站总装机容量将达到约6000万千瓦。储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。中国没有达到类似美国、日本将储能当作一个独立产业加以看待并出台专门扶持政策的程度，尤其在缺乏为储能付费机制的前提下，储能产业的商业化模式尚未成形。“特高压电网”，指1000千伏的交流或800千伏的直流电网。输电电压一般分高压、超高压和特高压。国际上，高压(HV)通常指35220kV的电压；超高压(EHV)通常指330kV及以上、1000kV以下的电压；特高压(UHV)指1000kV及以上的电压。高压直流(HVDC)通常指的是600kV及以下的直流输电电压，800 kV以上的电压称为特高压直流输电(UHVDC)。我国目前绝大多数电网来说，高压电网指的是110kV和220kV电网；超高压电网指的是330kV，500kV和750kV电网。特高压输电指的是正在开发的1000 kV交流电压和800kV直流电压输电工程和技术。特高压电网指的是以1000kV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电高压直流输电和配电网构成的分层、分区、结构清晰的现代化大电网。特高压电网形成和发展的基本条件是用电负荷的持续增长，以及大容量、特大容量电厂的建设和发展，其突出特点是大容量、远距离输电。目前，中国的长距离输电和世界其他国家一样，主要用500千伏的交流电网，只在俄罗斯、日本、意大利有少量1000千伏交流线路，且都降压运行。国家电网公司在“十二五”规划中提出，今后我国将建设联接大型能源基地与主要负荷中心的“三纵三横”特高压骨干网架和13项直流输电工程（其中特高压直流10项），形成大规模“西电东送”、“北电南送”的能源配置格局。到2015年，基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网，形成“三华”（华北、华中、华东）、西北、东北三大同步电网，使国家电网的资源配置能力、经济运行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。最大特点就是可以长距离、大容量、低损耗输送电力。据测算，1000千伏交流特高压输电线路的输电能力超过500万千瓦，接近500千伏超高压交流输电线路的5倍。800千伏直流特高压的输电能力达到700万千瓦，是500千伏超高压直流线路输电能力的2.4倍。我国76%的煤炭资源分布在北部和西北部；80%的水能资源分布在西南部；绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部。同时，70%以上的能源需求却集中在东中部。能源基地与负荷中心的距离在1000到3000公里。在负荷中心区大规模展开电源建设显然会受到种种制约。比如煤炭运输问题、环境容量问题等等。而且，建设火电还可以靠煤炭运输，而水电、风电由于不可能把水和风像煤那样运输，因此就更是无法实现。一边是无法大规模建设电源点，一边又守着水能、风能等宝贵的清洁能源望洋兴叹，可见在负荷中心大规模开展电源建设这条思路是不可行的。首先从资源优化配置来看，随着我国能源战略西移，大型能源基地与能源消费中心的距离越来越远，能源输送的规模也将越来越大。在传统的铁路、公路、航运、管道等运输方式的基础上，提高电网运输能力，也是缓解运输压力的一种选择。以目前已经投运的1000千伏特高压示范工程为例，目前每天可以送电200万千瓦，改造后可以达到500万千瓦，这相当于每天从山西往湖北输送原煤2.5万吨6万吨。湖北媒体说，这相当于给湖北“送”来了一个葛洲坝电站。再看经济效益，目前西部、北部地区电煤价格为200元/吨标准煤。将煤炭从当地装车，经过公路、铁路运输到秦皇岛港，再通过海运、公路运输到华东地区，电煤价格则增至1000多元/吨标准煤。折算后每千瓦时电仅燃料成本就达到0.3元左右。而在煤炭产区建坑口电站，燃料成本仅0.09元/千瓦时。坑口电站的电力通过特高压输送到中东部负荷中心，除去输电环节的费用后，到网电价仍低于当地煤电平均上网电价0.060.13元/千瓦时。特高压更是清洁能源大发展的必要支撑。只有特高压才能够解决清洁能源发电大范围消纳的问题。前一段时间，内蒙古风电“晒太阳”送不出的问题广受关注。事实上，我国风电主要集中在“三北”地区，当地消纳空间非常有限。风电的进一步发展，客观上需要扩大风电消纳范围，大风电必须融入大电网，坚强的大电网能够显著提高风电消纳能力。特高压电网将构成我国大容量、远距离的能源输送通道。据测算，如果风电仅在省内消纳，2020年全国可开发的风电规模约5000万千瓦。而通过特高压跨区联网输送扩大清洁能源的消纳能力，全国风电开发规模则可达1亿千瓦以上。第一，带动科技创新发展特高压作为重大的科技创新工程，在提出构想、全面启动之初，该公司就投巨资建成了国际一流的特高压交流、直流、高海拔、工程力学四个试验基地和大电网仿真、直流成套设计两个研发中心，形成了功能齐全、综合指标居世界领先水平的大电网实验研究体系。几年间，国家电网公司围绕特高压项目，完成了310项重大关键技术研究，解决了过电压与绝缘配合、外绝缘设计、电磁环境控制、系统集成、大电网安全运行控制等多个世界难题，逐步掌握了特高压输电的关键核心技术，并在实验工程中得到了成功应用。第二，特高压建设对国内设备制造业的带动作用更是明显。国内三大特高压实验工程所用设备几乎全部由国内企业提供，工程国产化率达到约95%，设备国产化率达到约91%。通过实验工程，国内设备制造企业得到锻炼，科技研发实力大大提高。比如南通神马电力科技有限公司，成功攻克了特高压绝缘子的世界难题。公司董事长马斌说，我们投入近亿元研发的国际首创的特高压1000千伏空心复合绝缘子性能达到国际领先水平，而价格仅为国外产品的1/3。研究表明，1000千伏交流线路自然输送功率约为500千伏线路的5倍。同等条件下，1000千伏交流线路的电阻损耗仅为500千伏线路的1/4，单位输送容量走廊宽度仅为500千伏线路的1/3，单位输送容量综合造价不足500千伏输电方案的3/4。