专题7电力新技术(1).ppt

电力新技术和发展趋势,宁波大学 信息科学与工程学院,电力系统概论,2,内容,电力新技术 1 高压交流输电技术 2 高压直流输电技术 3 新型输电线路 4 洁净煤发电技术 5 分布式发电技术 6 定质电力技术 建设中的智能电网,电力系统概论,3,第七章 电力新技术和发展趋势,我国发展能源的指导方针是：大力（优先）发展水电，继续发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电，同步发展电网，促进全国联网。 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。,电力系统概论,4,交流输电和直流输电,交流电的优点：主要表现在发电和配电方面。 利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以很经济方便地把机械能（水流能、风能）、化学能（石油、天然气）等其他形式的能转化为电能；交流电源和交流变电站与同功率的直流电源和直流换流站相比，造价大为低廉；交流电可以方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便这是交流电与直流电相比所具有的独特优势。历史上仅仅由于技术的原因，才使得交流输电代替了直流输电。,交流输电特点,交流输电的缺点：交流输电线路中,除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗。为了解决交流输电电阻的损耗,采用高压和超/特高压输电来减小电流来减小损耗。但是交流电感损耗不能减小。因此交流输电不能做太远距离输电。如果线路过长输送的电能就会全部消耗在输电线路上。交流输电并网还要考虑相位的一致。如果相位不一致两组发电机并网会互相抵消。,电力系统概论,5,七、电力新技术和发展趋势,1 高压交流输电技术 三相高压交流输电技术 常规的三相交流输电在远距离输电工程中占主导地位，在未来相当长的时间内仍然是输电和联网的主要方式； 特高压交流输电，是指1000kV及以上电压等级的交流输电工程及相关技术。特高压输电技术具有远距离、大容量、低损耗和经济性等特点。同超高压输电相比，特高压输电方式的输电成本、运行可靠性、功率损耗以及线路走廊宽度方面均优于超高压输电方式。前苏联建成了900km的1150kV特高压输电线路并经过了试运行，后因无电可送等原因而降压为500kV运行； 未来交流输电发展的重点将是采用新技术充分利用线路走廊输送更多的电力。,电力系统概论,6,七、电力新技术和发展趋势,多相交流输电 多相交流输电以多相（相数大于3）交流电形式实现电能输送，如6相、12相等 ； 特点：在线路输送同样的功率下可节省线路走廊和占地面积，使输电线路更加紧凑；而相同的线路走廊和占地面积，多相输电可提高由线路发热条件决定的负荷容量，可设计得更“紧凑”适合线路路径受限制的地区；可以接入三相交流输电系统，不需经过多相交流变电所； 多相交流输电已经入工业性试验和试运行阶段。 虽然这种输电方式在技术上是可行的，经济上也是有效的。不过，这项技术的应用范围仍然是相当有限的，也难以广泛替代目前应用的三相交流输电系统。,电力系统概论,7,七、电力新技术和发展趋势,灵活交流输电 灵活交流输电（FACTS）是基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实施灵活快速调节的输电技术； 出现背景： 发展互联电网的需要； 发展电力市场的需要； 电力电子器件的快速发展使灵活交流输电的设想成为现实。 灵活交流输电技术的核心就是利用电力电子器件可以按照控制系统的要求，应用现代换流技术和控制技术，实现电压、阻抗或相位大幅度灵活控制。,电力系统概论,8,直流输电特点,输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3l/2。 直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，输送相同电功率的条件下，输电线和绝缘材料可节约1/3。同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少 在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。 直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行 直流输电发生故障的损失比交流输电小。在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电。 直流输电线路多为长距离，超高压线路，数量较少。,电力系统概论,9,七、电力新技术和发展趋势,2 高压直流输电技术 端对端直流输电 目前世界上已运行的直流系统大多数为两端系统，只有意大利撒丁岛和魁北克新英格兰(加拿大美国)为多端系统。两端直流输电系统只有一个整流站(送端)和一个逆变站(受端) 。它可分为单极系统、双极系统和背靠背直流系统三种类型。,电力系统概论,10,七、电力新技术和发展趋势,多端直流输电技术 是与交流系统有三个或三个以上连接端口的直流输电系统。利用多端直流系统可以多电源供电或多落点受电，还可联系多个交流电网，也可将交流电网分成多个独立运行的孤立电网。 多端直流系统中，每个换流站的交流侧分别与各自的交流电网相连，直流侧通过直流线路相互连接，形成直流网络。 多端直流系统直流侧的接线方式有换流站并联和串联方式以及输电线路分支形和闭环形等方式。,电力系统概论,11,七、电力新技术和发展趋势,新一代直流输电技术 未来直流输电技术的发展趋势是在应用可关断器件组成的换流器进一步改善输电性能的同时，大幅度简化设备，减少换流站的占地，降低造价，以便在技术经济上比其它输电方式更具竞争力； 典型例子是： 轻型直流输电（HVDC Light），它采用IGBT等可关断的器件组成换流器； 使用户外换流阀以节省阀厅的建设费用； 应用连续调节交流滤波器、有源滤波器等技术大幅度减少户外场的占地。,电力系统概论,12,七、电力新技术和发展趋势,3 新型输电线路 紧凑型线路 紧凑型线路是指增加分裂导线数、缩短相间距离、合理排列相导线等措施以降低线路波阻抗，从而提高线路输送能力的输电线路。研究的主要目的是提高线路的输送能力，节省线路走廊； 从20世纪60年代起，美国、前苏联、法国、巴西等国建成了各种电压等级的紧凑型线路，我国也建成了一条500kV的紧凑型线路，正在试运行中。,电力系统概论,13,七、电力新技术和发展趋势,气体绝缘线路 气体绝缘输电线路（GIL）是以六氟化硫气体绝缘的、带有与导体同轴的接地金属外壳的输电线路，与电缆相比，其优点是绝缘击穿后可恢复、承载电流大； 气体绝缘输电线路已在美国、德国的水力发电厂的出线等场合得到了应用。 未来由于输电线路走廊的获得越来越困难，气体绝缘输电线路的研究和开发受到重视。,电力系统概论,14,七、电力新技术和发展趋势,超导输电线路 超导输电线路是一种低损耗的输电方式； 日本正在开发6kV、1000MVA的超导电缆； 美国也制造出12.4kV、1250A的三相超导电缆系统； 我国也有超导输电线路在南方电网试运行； 超导电缆的价格很高，冷冻系统的可靠性有待检验，用于长距离输电工程的前景还不明朗。,电力系统概论,15,七、电力新技术和发展趋势,4 洁净煤发电技术 当今我国的火力发电机组效率低，污染物排放量大，与先进国家相比有较大差距，所以要大力推广洁净煤发电技术。洁净煤发电技术是指“洁净煤技术”中与发电相关的技术项目。它的重点是为了提高发电机组的效率和控制因燃煤而引起的污染物的排放。洁净煤发电技术包括建设大型循环流化床锅炉及使用循环流化床燃烧技术（CFBC），增压硫化燃气-蒸汽联合循环（PFBC-CC）和整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC）示范工程，采用高效脱硫脱硝装置（PC FGD De-Nox），以使之达到世界先进水平。,电力系统概论,16,七、电力新技术和发展趋势,5 分布式发电技术(DG) 分布式发电指的是较靠近负载端且发电容量较小的小型发电设备所组成的系统，主要包含下列几种: 柴油引擎、汽油引擎 汽电共生 燃料电池 太阳能发电 风力发电 分布式发电的好处 减少输电损失：由于分布式发电大多较靠近供电区，故可避免因长程电力传输所造成的损失 增加发电容量 提高供电品质与稳定度 建置成本较集中式发电低廉 ,电力系统概论,17,七、电力新技术和发展趋势,应用背景 输电线路建设费用增加。由于公众对输电线路可能产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。例如，北美和西欧许多国家已决定一般不再兴建新的输电线路。于是，直接安置在用户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。 与大电网配合提高供电可靠性。分布式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、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，维持重要用户的供电。加拿大魁北克省1997年冰雪灾造成输配电线路灾难性破坏，引起大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电。,电力系统概论,18,七、电力新技术和发展趋势,微型燃气轮机 微型燃气轮机（Micro Turbine）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96 000 r/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。,电力系统概论,19,七、电力新技术和发展趋势,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。 燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极(电源的负极)转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。,电力系统概论,20,七、电力新技术和发展趋势,分散的电能储存技术 由于分布式的电源的应用及提高电网可靠性和调峰的需要，分散的储能系统的重要性日益增加。 如：电池储能系统、超导储能系统、飞轮储能系统、燃料电池储能系统等。,电力系统概论,21,七、电力新技术和发展趋势,6 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。 在现代企业中，由于变频调速驱动器、机器人、自动生产线、精密的加工工具、可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用，对电能质量的控制提出了日益严格的要求。这些设备对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下降，产生重大损失。 重要用户为保证优质的不间断供电，往往自己采取措施，如安装不间断电源(UPS)，但是这并不是经济合理的解决办法。根本的出路在于供电部门能根据用户的需要，提供可靠和优质的电能供应。,电力系统概论,22,七、电力新技术和发展趋势,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。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。这是“定质电力”的关键设备之一。 此外，静止无功发生器和固态开关配合，可在电网发生故障的暂态过程中保持电压恒定。 另一关键设备是动态电压恢复器（DVR），它由直流储能电路、变换器和级次串联在供电线路中的变压器构成。变换器根据检测到的线路电压波形情况，产生补偿电压，使合成的电压动态保持恒定。无论是短时的电压低落或过电压，通过DVR均可以使负载上的电压保持动态恒定。,电力系统概论,23,智能电网的特征：,智能电网的概念：,电力系统概论,24,采用先进的传感量测技术，实现对电网的准确感知。,可对观测对象进行有效 控制。,实现从数据、信息到智能化决策的提升。,实现自动优化调整和故障自我恢复。,智,能,电,网,的,化,主,要,体,现,在,能,智,电力系统概论,25,高级量测体系 用电信息采集 智能家居与智能楼宇/小区 电动汽车充放电技术 需求响应 双向互动服务门户,高级配电运行自动化 高级配电管理自动化 高级配电自动化支撑技术 配电网定制