电力电子技术在电力系统中的应用―柔性电力技术

电力电子技术在电力系统中的应用—柔性电力技术FlexibleElectricTechnologies韩民晓华北电力大学2006.4.19传统电力系统—构成L1L2L3L4L5220KV500KV220KV110KV110KV10KV10KV380V6KV传统的电力系统—特点发、供、用必需同时完成各机组必需严格同步潮流只能由系统阻抗决定供电模式单一电能质量只能实现静态调节负载电力调节特性差负载电能利用效率低现代社会对电力需求的新特点控制灵活、形式多样的发电系统：出力动态调节的需求分布式发电技术的发展潮流可控、安全稳定的输电系统:电力市场发展的需求远距离、大功率、高电压电能传输的需求模式多样、质量可控的配电系统：分布电源技术发展与应用的需求动态电能质量控制的需求可控性好、高效节能的用电系统：用电设备控制特性的需求节能与环保的需求传统电力技术应用的应用及其局限传统电力技术的应用：新建电力传送线路；负荷中心建立电厂；局限：电力市场使投资风险增加；环境资源对新建线路与电厂的限制；无法应对非线性负荷的快速增长；无法应对分布电源的作用；无法满足高电能质量的要求；解决之道!柔性电力技术—可对电能进行变换与调节的技术FACTSCUSTOMPOWER柔性电力技术概念图L1L3L4L5220KV220KV110KV110KV10KV380V6KVSVGSMESSVCD.G.A.F.D-SVGD-SVCVFDUPSF.C.TCSCUPFCHVDCASPSSCBSCBDVRTCTCHVDCLightL1UPQRASPS－AdjustableSpeedPumpStorage,可变速抽水蓄能VFD－VariableFrequencyDrive,变频调速技术在火电厂中的应用风力发电的功率调控太阳能发电功率变换燃料电池应用中的功率变换发电系统的柔性化技术输电系统的柔性化技术•HVDC—HighVoltageDCtransmission,高压直流输电•UPFC—UniformPowerFlowController,统一潮流控制器•TCSC—ThyristorControlledSeriesCompensator,晶闸管控制串联补偿•SVC—StaticVarCompensator,静止无功补偿器•SVG—StaticVarGenerator(STATCOM),静止无功发生器•SMES—Super-conductingMagneticEnergyStorage，超导储能配电系统的柔性化技术•A.F.—ActiveFilter,有源电力滤波器•DVR—DynamicVoltageRegulator,动态电压调节器•SCB—Solid-stateCircuitBreaker,固态断路器•D-SVC—DistributionVarCompensator配网静止无功补偿器•D-SVG—DistributionVarGenerator(STATCOM)配网静止无功发生器•HVDClight—轻型直流输电•DSMES—DistributionSMES，配电系统用超导储能用电设备的柔性化技术•PQR—PowerQualityRegulator,电能质量调节器•UPS—UninterruptablePowerSupply,交流不间断电源•F.C.—FrequencyConverter,频率变换器•VFD—VariableFrequencyDrive,电机变频调速技术•EB—ElectronicBallast,照明电力电子电源•IH－InductionHeating,感应加热观看短片！FACTS&CustomPowerFEED依赖的技术之一电力电子技术对电能进行变化与控制的基本手段电力电子技术的应用领域电力电子器件技术的应用变送领域产业、交通领域GTOIGBTMOSFET晶闸管100M10M1M100k10k1k100101001k10k100k1M控制容量（VA）工作频率（Hz）信息处理领域Si材料电力电子器件的发展状况光触发晶闸管LTT•新型光敏区•新型门－射极结构•优化质子辐射技术•8kV/3.6kALTT:_导通压降：2.7V_触发功率：8mW_dv/dt:3000V/s_di/dt:300A/s集成门极换相晶闸管IGCT晶体管的关断特性与晶闸管的导通特性完美结合门极低电感设计、关断发生在变成晶体管之后无需吸收电路Si---SiCSi材料的物性极限SiC结晶体构造多样4H-SiC(4层6方体结构）能量禁制带幅高，特别适于电力控制Si，SiC特性对照•SiC材料的耐压水平比Si材料可提高10倍；•SiC耐温水平提高2～3倍，这表明Si器件的通过电流的能力提高2～３倍；•SiC材料器件散热设计简单，从而SiC材料器件的综合功率处理能力比Si材料器件可提高一个数量级；•速度的提高及热传导性能的改善，工作频率可以提高6～10倍。器件体积与损耗SiSiC1/5-1/10FEED依赖的技术之二能量存储技术•能量缓冲•能量平衡•能量后备蓄能技术及其发展蓄能设备理论能量密度(Wh/kg)目前能量密度(Wh/kg)效率（%)目前寿命（充放电回数）铅酸电池16735801500NaS电池780100872250飞轮储能5-101.880105超级电容10385-98105超导储能30020090107可变速抽水蓄能技术可变速抽水蓄能技术—概要—特点—新进展电池与飞轮储能超导储能(SMES)及其应用超级电容技术－电气双层电容蓄能铅酸铅池超铅铅容铅解铅容铅容量(F)10F以上0.01-10000F0.1以下充铅铅铅1-10h0.1-10m1ms以下放铅铅铅0.3-3h0.1-10m1ms以下能量密度(wh/kg)10-400.2-100.1以下功率密度(W/kg)50-130100-2000100000以下效率(%)70-8585-9895以上铅命(回)200-1000100000以上100000以上FEED依赖的技术之三信息处理技术•监测•控制•数据传输与分享微控制器技术的发展•处理能力的增强：1000MIPS•资源的扩充：PWM•嵌入式操作系统：RTOS•硬件与软件的通融：CPLD实时操作系统内核---RTOS闲置就绪运行中断服务等待片上系统—SOPC软件硬件化：高可靠性并行处理：实现高速度现场可编程：高度灵活性•CPLD•FPGA网络技术的发展单片机网络技术：LONWORKS局域网络技术：LANWORKS广域网络技术：INTERNET•媒介多样化•协议规范化智慧与力量的结合