柔性电力技术电力系统的柔性化技术

1、会计学1柔性电力技术电力系统的柔性化技术柔性电力技术电力系统的柔性化技术单机无穷大系统,以空载电动势和同步电抗表示的功角关系: 变压器的有载调压开关可具有调节高压线路无功潮流的作用。线路的功率传输特性（只考虑在功率传输分析中起主导作用的电感参数） 缺点：改变潮流的局限性 1) LTT 不需要高电位逻辑电路和BOD 保护触发电路, 因此采用 LTT 的SVC 阀塔的元器件数量将减少近7 000 个, 故障率将下降, 可靠性将提高。2) LTT 无须辅助电源以给与晶闸管等电位的触发回路提供电源, 所以交流系统电压降和外部故障( 如直流陷落) 对LTT 的影响很小。3) 与晶闸管等电位的门极驱动单元

2、取消后,模块接线被简化, 局部放电和电磁干扰的可能性大为降低, 设备投运后维护工作发生意外故障的可能性大为降低, LTT 晶闸管阀塔可获得更高的可靠性。4) 将过电压保护功能集成到LTT 的晶闸管硅片之中, 减少了对匹配特性的要求, 使得保护具备对外界影响固有的安全特性。5) 阀塔无须预充电即可启动。缺点：LTT需很高的光灵敏度，以适应远距离控制和长寿命发光管的实际要求。TC 3300 型IGBT变流器 变送领域 产业、交通领域 GTO IGBT MOSFET 晶闸管 100M 10M 1M 100k 10k 1k 100 10 100 1k 10k 100 k 1M 控制容量（VA） 工作频

3、率（Hz ） 信息处理领域 010203040功率容量MVA1990198019702000年（）晶片直径（英寸）晶闸管2.5KV1KA(2)4KV1.5KA(3.5)12KV1KA(4)8KV4KA(6)GTO4.5KV2KA(2.5)4.5KV3KA(3)4.5KV4KA(3.5)6KV6KA(6)GCT4.5KV3KA(3.5)4.5KV4KA(4)6KV4KA(4)HVIGBT4.5KV0.9KA晶闸管双向晶闸管MOSFETGCTGTOIGBT(Discrete)IGBT MolduleIPM器件额定容量10k100M10M1M1k100k1001010工作频率(HZ)1M10k100

4、k1k100电力电子器件正朝着容量越来越大、频率越来越高的方向发展。1河床式电站(power station in river channel)一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。适用水头：大中型：25米以下，小型：810米以下。2坝后式水电站(power staion at damtoe)当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。坝后式水电站一般修建在河流的中上游。库容较大，调节性能好。如为土坝，可修建河岸式电站。二、引水式水电站二、引水式水电站(diversion type power station)(diversion typ

5、e power station) 在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电 特点：特点：(1)(1) 水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。(2) 引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。(3) 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。类型：类型：(1) 无压引水式(free flow)：引水道是无压的(如明渠)(2) 有压引水式(pressure flow)：引水道是有压的(压力隧洞)三、混合式水电站三、混合式水电站(mixed powe

6、r plant)(mixed power plant) 在一个河段上，同时采用高坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。这种开发方式的水电站称为混合式水电站。 适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。 同时兼有坝式和引水式水电站的优点。 在工程时间中多称为引水式，很少用混合式水电站这个名称。14名游客被困永定河 门头沟消防3小时生死大营救 四、抽水蓄能电站 (pumped storage power station)抽水蓄能电站结构示意图(a)纵断面图 (b)平

7、面图 电站安装常规水电机组1150MW，抽水蓄能机组390MW，下池闸小电站安装25MW水电机组。常规机组于1981年并网发电，首台蓄能机组于1991年7月投入试运行，1992年12月全部机组投入运行。我国第一座大型混合式抽水蓄能电站。电动发电机采用可变极（42极、48极）双速电机，在泵工况低水头（小于45m）运用时由60MW变频器驱动实现无极变频变速运行，是当时国内最大的静止变频器。 潘家口抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站上水库的资料照片1994年3月12日，中国建设的第一座大型抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站一期工程完工，四台机组全部投产。它也是当时世界规模最大的抽水蓄能电站。电站总装机容量240

8、万千瓦，装备8台30万千瓦具有水泵和发电双向调节能力的机组。二期工程2000年全部投产。电站以500 kV出线接入广东电网，一期出线两回，二期出线三回，其中一回作两期联络，对外共三回出线纳入电网，负责广东、香港两地电网的填谷、凋峰、调频、调相、事故备用以及配合大亚湾核电站和将要投产的岭澳核电站的安全、经济运行。泰安抽水蓄能电站，位于山东省泰安市西郊，大河水库北边的山上。工程建设4250兆瓦可逆式发电机组，计划2006年12月30日竣工。机组投产后，对促进泰安地方经济发展，改善山东电网布局，提高电网运行水平都有重要意义。 五、五、 潮汐电站潮汐电站( tidal energy power sta

9、tion)潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。运动，即海水的潮涨潮落。世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿kW，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万kW.h。潮汐发电与原理：利用潮汐发电与原理：利用潮水涨、落产生的水位潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能再把机械能转变为电能（发电）的过程（发电）的过程。2009年1月7日拍摄的温岭江厦潮汐试验电站发电机房 全国大中型水电站分布图全国大中

10、型水电站分布图长江流域大中型水电站分布图长江流域大中型水电站分布图飞轮电池比能呈可达150Whkg，比功率达5000-10000Wkg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里 150WH飞轮电池的照片1994年，美国阿贡（ANL）国家实验室用碳纤维试制一个储能飞轮：直径38厘米，质量为11千克，采用超导磁悬浮，飞轮线速度达1000米秒。它储的能量可将10个100瓦灯泡点燃25小时。目前正在开发储能达5000千瓦小时的储能飞轮。一个发电功率为100万千瓦的电厂，约需这样的储能轮200个。日本曾利用飞轮“比功率”高的特性设计了一个引发可控热核聚变的装置。该装置的飞轮直径达6.45米，高1

11、米，重255吨。它所储存的能量与挂有150个车厢的列车以100千米小时的速度行驶时所具有的能量相当。故将这些能量在极短时间释放出来足以引发核聚变。1992年美国飞轮系统公司（AFS）开发了汽车用机-电电池（EMB），每个质量为23千克。电池的核心是一个以20万转分旋转的碳纤飞轮，每个电池储能为1 1千瓦时千瓦时，它们将12个“电池”放在IMPACT轿车上，能使该车以以100千米小时的速度行驶千米小时的速度行驶480千米。千米。机-电电池共重273千克，若采用铅酸电池，则共重396千克。机-电电池所储的能量为铅酸电池的2.5倍，使用寿命是铅酸电池的8倍，且它的“比功率”（即爆发力）极高，是铅酸电

12、池的25倍，是汽油发动机的10倍，它可将该车在8秒钟内由静止加速至100千米小时。轨道交通储能：轨道交通储能：应用在伦敦、纽约地铁的磁悬浮飞轮储能系统作为蓄能系统飞轮储能系统在风力发电系统的应用 核聚变试验装置电源用飞轮储能系统 飞轮储能系统在小型太阳能发电系统中的应用 超导线圈储能(SMES)的原理 1908年，荷兰物理学家昂纳斯首次成功地把称为“永久气体”的氦液化，因而获得4.2K 的低温源，为超导发现准备了条件。三年后即1911年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，昂纳斯又发现，汞的直流电阻在4.2K时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物

13、态，并称为“超导态”。昂纳斯在1911年12月28日宣布了这一发现。但此时他还没有看出这一现象的普遍意义，仅仅当成是有关水银的特殊现象。(a) TTc在超导环上加磁场 (b) TTc圆环转变为超导态 (c) 突然撤去外电场，超导环中产生持续电流 (2) 迈斯纳效应又叫完迈斯纳效应又叫完全抗磁性，全抗磁性，1933年迈斯年迈斯纳发现，超导体一旦进纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导后降温，只

14、要进入超导状态，超导体就把全部状态，超导体就把全部磁通量排出体外。磁通量排出体外。NNS降温降温加场加场S注：注：S表示超导态表示超导态N表示正常态表示正常态三、超导体的物理特性三、超导体的物理特性 在锡盘上放一条永久磁铁，在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了，这一定距离后，便悬空不动了，这是由于磁铁的磁力线不能穿过超是由于磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡

15、盘，斥力越小，当磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。时，就悬浮不动了。这种情况就象是在超导盘下方，有一块相同的镜象磁铁存在一样。根据这种原理，可以利用超导体做成无摩擦轴承、高精度的导航用超导陀螺仪以及磁悬浮列车等。 1986年4月，乔治柏诺兹 ( J. Georg Bednorz ，1950 ，瑞士 ) 和 卡尔缪勒 ( Karl A. Muller ，1927 ，德国 ) 向德国物理杂志提交了题为“ BaLaCuO 系统中可能的高 Tc 超导电性 ” 的论文。后来，日本东京大学的几位学者根据他们的配方复制了类似的样品，证实钡镧

16、铜氧化物具有完全抗磁性。Tc 提高到了 33K 。 柏诺兹和缪勒的发现使人类从基本探索和认识超导电性跨越到超导技术开发时代。 柏诺兹和缪勒因发现钡镧铜氧系统中的高 Tc 超导电性，共同分享了1987年度诺贝尔物理学奖。 高温超导 把1986年4月以后发现的较高温度下的超导体称为 高温超导 。高温超导材料都是陶瓷一类氧化物 ，其超导机理与低温下的金属或合金超导有 很大不同 。 1987年2月24日中国科学院宣布，赵忠贤领导的科研组已将钇钡铜氧 ( YBaCuO ) 材料的 Tc提高到了 92.8 K以上 ，从而实现了转变温度在液氮温区的突破。液氮的沸点为 77.3 K ，价格比液氦便宜 100

17、倍，冷却效率高 63 倍，且氮又是十分安全的气体，故大大扩展了超导的应用前景。图1 超导导线(含2120根微米直径之铌钛合金纤维) 超导输电超导输电在原则上可以做到没有焦耳热的损耗，因而可节省大量能源；用超导线圈储存能量在军事上有重大应用，超导线圈用于发电机和电动机可以大大提高工作效率、降低损耗，从而导致电工领域的重大变革.热绝缘超导电缆的基本结构，从内到外依次为：管状支撑物（一般为波纹管，内通液氮）；超导导体层（超导带材分层绕制）；热绝缘层（真空隔热套件）；常规电气绝缘层（工作在常温下）；电缆屏蔽层和护层（与常规电力电缆类似）。 超导储能装置是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁

18、能返回电网或其它负载的一种电力设施。一般由超导线圈、低温容器、制冷装置、变流装置和测控系统几个部件组成。其中超导线圈是超导储能装置的核心部件，它可以是一个螺旋管线圈或是环形线圈 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万6 万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高510倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50 高温超导飞轮储能器高温超导飞轮储能器 25kJ超导储能用磁体 日本超导磁悬浮列车MAGLEV 高温超导磁悬浮实验车“世纪号” 用超导技术制成各种仪器，具有灵敏度高、噪声低、反应快、损耗小等特点，如用超导量子干涉仪可确定地热、石油、各种矿藏的位置和储量，并可用于地震预报 超导量子干涉仪 超级电容的机构及等值电路 超级电容器的静电容量取决于单个分极的容量及分极的总面积。为增大总面积，通常用粉末状活性炭制成分极。 双电层电容原理图 超级电容器具有广泛的用途。它与蓄电池组成的混合动力系统可用来满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率要求，以保护蓄电池系统，并且在汽车紧急刹车是可以瞬间回收能量，从而减少能源浪费，节省能源。超级电容器也用于其它系统中，如用作燃料电池的启动动力、作移动通讯和计算机的备用电源等。电容