电力系统前沿技术课件

电力系统前沿技术电力系统前沿技术1 “电力技术是通向可持续发展的桥梁”，这个论断已经逐渐成为人们的共识。研究表明，为了实现可持续发展，应尽可能把一次能源转换为电能使用，提高电力在终端能源中的比例。“电力技术是通向可持续发展的桥梁”，这个论断已经逐渐成2 电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机会要比信息科学、生命科学、材料科学等新兴学科少得多。但是，应该看到，电力技术与其他学科的相互交叉和渗透的趋势越来越明显。电力研究的一些前沿课题反映了这种趋势。以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展前景进行评述。电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机3一、分布式电源分布式发电装置（DistributedGeneration）是指功率为数千瓦至50MW小型模块式的、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3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。一、分布式电源分布式发电装置（DistributedGene41.1微型燃气轮机 微型燃气轮机（MicroTurbine）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96000r/min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500，其发电效率可达30。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。1.1微型燃气轮机 微型燃气轮机（MicroTurb51.2燃料电池 燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。1.2燃料电池 燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置6二、大功率电力电子技术的应用 电力电子学器件用于电力拖动、变频调速、大功率换流已经是比较成熟的技术。大功率电子器件（HighPowerElectronics）的快速发展也引起了电力系统的重大变革，通常称为硅片引起的第二次革命。二、大功率电力电子技术的应用 电力电子学器件用于电力拖动7 近年来，大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。可控硅（晶闸管）用于高压直流输电已经有很长的历史。大功率电子器件应用于灵活的交流输电（FACTS）、定质电力技术（CustomPower）以及新一代直流输电技术则是近10年的事。新的大功率电力电子器件的研究开发和应用，将成为下世纪的电力研究前沿。近年来，大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。可82.1灵活交流输电技术(FACTS)灵活的交流输电系统(FACTS)是80年代后期出现的新技术，近年来在世界上发展迅速。专家们预计在未来这项技术将在电力输送和分配方面将引起重大变革，对于充分利用现有电网资源和实现电能的高效利用，将会发挥重要作用。2.1灵活交流输电技术(FACTS)灵活的交流输电系9 灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制，从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。10 FACTS技术也在不断改进，一些新的FACTS装置被开发出来，例如可转换静止补偿器（Convertible Static Compensator），它由多个同步电压源逆变器构成，可以同时控制2条以上线路潮流（有功、无功）、电压、阻抗和相角，并能实现线路之间功率转换 FACTS技术也在不断改进，一些新的FACTS装置被开112.2定质电力技术 定质电力（Custom Power）技术是应用现代电力电子技术和控制技术为实现电能质量控制，为用户提供用户特定要求的电力供应的技术。2.2定质电力技术 定质电力（Custom Power12 为提高配电网无功调节的质量，已开发出用于配电网的静止无功发生器(DSTATCOM)。它由储能电路、GTO或IGBT变换电路和变压器组成。它的功能是快速调节电压，发生和吸收电网的无功功率，同时可以抑制电压闪变。为提高配电网无功调节的质量，已开发出用于配电网的静止无132.3新型直流输电技术 直流输电已是成熟技术。造价较高是其与交流送电竞争的不利因素。新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术。2.3新型直流输电技术 直流输电已是成熟技术。造价较高14 直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统（Light HVDC），它采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力，从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统（Ligh152.4 同步开断技术 同步开断(Synchronized Switching)是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压。这样，由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低，由于操作引起设备（包括断路器本身）的损坏也可大大减少。2.4 同步开断技术 同步开断(Synchronize16 实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。美国西屋公司已制造出13 kV、600A、由GTO元件组成的固态开关，安装在新泽西州的变电站中使用。GTO开断时间可缩短到1/3 ms，这是一般机械开关无法比拟的。现在，由固态开关构成的电容器组的配电系统“软开关”已问世。实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。美国172.5 未来全可控的电力系统 现在的电力系统由于还依赖高压机械开关（油断路器、六氟化硫断路器、真空开关等）实现线路、设备、负荷的投切，尚不能做到完全可控。这是因为机械的慢过程不可能控制电的快过程。如果电力系统的高压机械开关一旦被大功率的电子开关取代，则电力系统真正的灵活调节控制便将成为现实。2.5 未来全可控的电力系统 现在的电力系统由于还依赖18三、状态维修技术 状态维修技术（Condition Based Maintenance）可以包涵可靠性为中心的维修技术（RCM）和预测维修技术（PDM）。三、状态维修技术 193.1应用背景 这2项技术最初是应用于航空航天系统，后来移植应用于核电站的维修，近年已成功地用于发电厂设备的维修，并正在用于输变电设备的检修。3.1应用背景 这2项技术最初是应用于航空航天系统，后203.2 主要技术内容 以可靠性为中心的维修（RCM）和预测性维修是互相紧密联系而又不同的2个技术领域。以可靠性为中心的维修（Reliabilitycentered Maintenance）是在对元件的可能故障对整个系统可靠性影响评估的基础上决定维修计划的一种维修策略。3.2 主要技术内容 以可靠性为中心的维修（RCM）和21 80年代美国EPRI将RCM引入核电站的维修，后来又应用于火电厂，取得了提高可靠性和降低维修费用的目的。现在正在研究变电站设备的RCM技术。80年代美国EPRI将RCM引入核电站的维修，后来又应用于22预测性维修（Predictive Maintenance）是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排维修的技术。其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析（Criticality Analysis）,以决定设备（部件）是否需要立即退出运行和应及时采取的措施。预测性维修（Predictive Maintenance）是233.3 先进传感器 先进的传感器(Advanced Sensor)是实现预测性维修的重要手段,是一个长盛不衰的研究热点。这是因为,故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽可能多的有用信息，这是数据处理和诊断决策的基础。3.3 先进传感器 先进的传感器(Advanced S24 对紫外光下发萤光的一些传感器，可能会用于测量发电厂中的高温和应变。研究人员还在研究利用偏振光遥测电场和磁场的技术，研究用压电材料的薄膜来测量腐蚀和积尘，传感器测得数据的无线传输也是需要解决的一个重要问题。对紫外光下发萤光的一些传感器，可能会用于测量发电厂中的253.4 故障诊断的信息处理技术 为抑制现场测量中不可避免的干扰，除了应用硬件滤波器和数字滤波技术以外，近年的研究发现小波变换技术可有效地滤除稳态信号（如现场测试中经常遇到的载波信号干扰和噪杂声干扰)，可以把有用信号从比信号强几个数量级的干扰中提取出来。3.4 故障诊断的信息处理技术 为抑制现场测量中不可避免26故障信号的分类则是更为困难的研究课题。过去用频谱来区分故障类型的方法有很大的局限性。因为许多不同类型的故障信号频谱往往有一部分甚至大部分是重叠的，在频域内很难加以区分。研究故障的“指纹特征”以及提取和识别指纹特征的方法便成为故障诊断研究的一个重要的分支。在研究的故障分类方法有：神经网络、专家系统、小波分析、分形维分析等。故障信号的分类则是更为困难的研究课题。过去用频谱来区分故障类27四、电磁兼容技术 电磁兼容（EMC）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电力系统中，在电网容量增大、输电电压增高的同时，以计算机和微处理器为基础的继电保护、电网控制、通信设备得到广泛采用。因此，电力系统电磁兼容问题也变得十分突出。四、电磁兼容技术 电磁兼容（EMC）是指设备或系统在284.1 电磁兼容技术的主要内容 1）电磁环境评价 通过实测或数字仿真等手段，对设备在运行时可能受到的电磁干扰水平（幅值、频率、波形等）进行估计。例如，利用可移动的电磁兼容测试车对高压输电线路或变电站产生的各种干扰进行实测，或通过电磁暂态计算程序对可能产生的瞬变电磁场进行数字仿真。4.1 电磁兼容技术的主要内容 1）电磁环境评价 292）电磁干扰耦合路径 弄清干扰源产生的电磁搔扰通过何种路径到达被干扰的对象。一般来说，干扰可分为传导型干扰和辐射型干扰2大类。传导干扰是指电磁搔扰通过电源线路，接地线和信号线传播到达对象所造成的干扰。辐射干扰是指通过电磁源空间传播到达敏感设备的干扰。研究干扰的耦合途径，对制定抗干扰的措施，消除或抑制干扰有重要的意义。2）电磁干扰耦合路径 弄清干扰源产生的电磁搔扰通过何种303）电磁抗扰性评价 随着电力系统中各种自动化系统和通信系统的广泛采用，随着强电设备与强电设备集成为一体的趋向，如何评价这些设备耐受干扰的能力、研究实用和有效的试验方法，制定评价标准将成为电力系统电磁兼容技术的重要课题。3）电磁抗扰性评价 随着电力系统中各种自动化系统和通信314）抗干扰措施 敏感设备是不可能完全避免电磁搔扰的。因此，往往比较经济合理的解决办法是在敏感设备上应用抗干扰措施。例如，电力调度大楼遭受雷击是不可避免的，但通往系统和调度自动化系统的安全运行可通过正确的接地、屏蔽、隔离措施加以保证。研究有效经济和适用的抗干扰措施也是未来电磁兼容领域的重要任务。4）抗干扰措施 敏感设备是不可能完全避免电磁搔扰的。因325）电能质量 国际大电网会议36学术委员会（电力系统电磁兼容）把电能质量控制也列入电磁兼容的范畴，研究频率变化、谐波、电压闪变、电压骤降等对用户设备性能的影响 5）电能质量 国际大电网会议36学术委员会（电力系统电磁兼容334.2 电磁场生态影响 公众对工频电磁场对人体健康可能产生有害影响的疑虑，已成为一些国家高压输电发展的重要制约因素。致游离辐射，如X射线、伽马射线对人体健康产生有害的影响已经为人所熟悉。非致游离辐射（Nonionizing Radiation）,包括低频电磁场是否对生物系统，特别是对人类的健康产生有害影响，始终是一个悬而未决的问题。4.2 电磁场生态影响 公众对工频电磁场对人体健康可能34 随着科技的发展，电力技术与各学科之间的交叉渗透更加的深入，电力系统将会涌现出更多的新型技术。随着科技的发展，电力技术与各学科之间的交叉渗透更加的深35谢谢！电力系统前沿技术课件36