柔性电力技术ppt课件
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柔性电力技术
—智能电网环境下的电力电子技术应用
韩民晓 华北电力大学 柔性电力技术研究所 2011.3.22
1
一百年来人类技术领域 最杰出的成就？
电能利用在人类能量利用 中的比例？
电能的利用形态？
电力工程 30％－40％
发电－输电－配电－用电
2
当今世界所 面临的主要问题？
能源与环境问题！
电能高效、高稳定性、 高品质的
达不到，罚款高达$10-55/MWh)
欧洲:发展智能电网也有其独特的发 展背景，欧洲智能电网的兴起主要 是大力开发可再生能源、清洁能源， 以及电力需求趋于饱和后提高供电
可靠性和电能质量等需求所决定的。
13
AM中R国的智效能电益网的定义
总体发展目标：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，利用先进的通信、信息和控制技术，构建 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
控制灵活、形式多样的发电系统：
出力动态调节的需求 规模化可在生能源发电技术的发展
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
…………
6kV LN
SVC SMEC D G
APF
ASPS
17
发电系统的柔性化技术
ASPS－Adjustable Speed Pump Storage,可变速抽
水蓄能
VFD－Variable Frequency Drive,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 微型燃气轮机发电中的功率变换
电力电子技术是 实现智能电网控制功能
的执行单元
15
智力技术概念图
TCSC 220kV
HVDC
DVR
110kV
10kV
SVG SCB
D-SVC
D-SVG
UPFC SCB HVDC Light
110kV
VFC L1 380V
VPQR L2
VPC L3
E B L4
SMPS L5
10KV
220KV
500KV
110KV
10KV
380V
L1 L2 L3 L4
6KV
L5
8
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
9
现代社会对电力需求的新特点
主要特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管 理上实现集团化、集约化、精益化、标准化
基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好 互动
基本构架：电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范 应用环节: 发电、线路、变电、配电、用户、调度
2020/4/16
14 14
柔性电力技术 —可对电能进行变换与调节的技术
18
输电系统的柔性化技术
•HVDC—High Voltage DC transmission, 高压直流输电 •UPFC—Uniform Power Flow Controller,统一潮流控制器 •TCSC —Thyristor Controlled Series Compensator,晶闸管控制串联补偿 •SVC — Static Var Compensator , 静止无功补偿器 •SVG— Static Var Generator (STATCOM), 静止无功发生器 •SMES —Super-conducting Magnetic Energy Storage，超导储能
2000：50％ 2010：75％ 800GW×50％
功率范围：mW－MW 应用领域：
5
电力电子技术的应用领域
100M 10M
晶闸管
电力系统 GTO
产业、交通领域
控制容量（VA）
1M 100k 10k
IGBT 信息处理领域 MOSFET
1k
100
10
100
1k
10k
100 k
1M
工作频率（ Hz ）
电力电子器件技术的应用 6
Scope and Applications
电力系统：电能的产生、传输 交通运输：电力机车、电动汽车 航空航天：电源与动力系统 节能与环保：照明、电机驱动 工业自动化系统：电源与控制 加工企业：电焊、电解、电镀、电加热
7
传统电能的产生输配及应用
220KV
110KV
产生、传输与利用
重要解决方案： 电力电子技术！
3
电力电子技术（Power Electronics)
基于功率器件构成的 电路与系统
能够对电能进行变换与控制的技术
4
身边的电力电子技术？
电能一次经过电力电子 设备的比例？
电力电子技术应用的 功率范围和领域？
计算机、TV、调光灯 变频空调、冰箱 高压直流输电、电气化铁道
19
配电系统的柔性化技术
•A.F.—Active Filter,有源电力滤波器 •DVR—Dynamic Voltage Regulator, 动态电压调节器 •SCB —Solid-state Circuit Breaker, 固态断路器 •D-SVC— Distribution Var Compensator 配网静止无功补偿器 •D-SVG — Distribution Var Generator (STATCOM)配网静止无功发生器 •HVDC light —轻型直流输电 •DSMES —Distribution SMES，配电系统用超导储能
20
10
传统电力技术应用及其局限
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；
11
12
国外智能电网研究概况
驱动因素
美国:２００３年美加大停电后， 美国电力行业决心利用信息技术 对陈旧老化的电力设施进行彻底 改造，开展智能电网研究，以期 建设满足智能控制、智能管理、 智能分析为特征的灵活应变的智 能电网.(加州：R E-2010:20%,2020:33%,如
—智能电网环境下的电力电子技术应用
韩民晓 华北电力大学 柔性电力技术研究所 2011.3.22
1
一百年来人类技术领域 最杰出的成就？
电能利用在人类能量利用 中的比例？
电能的利用形态？
电力工程 30％－40％
发电－输电－配电－用电
2
当今世界所 面临的主要问题？
能源与环境问题！
电能高效、高稳定性、 高品质的
达不到，罚款高达$10-55/MWh)
欧洲:发展智能电网也有其独特的发 展背景，欧洲智能电网的兴起主要 是大力开发可再生能源、清洁能源， 以及电力需求趋于饱和后提高供电
可靠性和电能质量等需求所决定的。
13
AM中R国的智效能电益网的定义
总体发展目标：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，利用先进的通信、信息和控制技术，构建 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
控制灵活、形式多样的发电系统：
出力动态调节的需求 规模化可在生能源发电技术的发展
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
…………
6kV LN
SVC SMEC D G
APF
ASPS
17
发电系统的柔性化技术
ASPS－Adjustable Speed Pump Storage,可变速抽
水蓄能
VFD－Variable Frequency Drive,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 微型燃气轮机发电中的功率变换
电力电子技术是 实现智能电网控制功能
的执行单元
15
智力技术概念图
TCSC 220kV
HVDC
DVR
110kV
10kV
SVG SCB
D-SVC
D-SVG
UPFC SCB HVDC Light
110kV
VFC L1 380V
VPQR L2
VPC L3
E B L4
SMPS L5
10KV
220KV
500KV
110KV
10KV
380V
L1 L2 L3 L4
6KV
L5
8
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
9
现代社会对电力需求的新特点
主要特征：技术上实现信息化、数字化、自动化、互动化；管 理上实现集团化、集约化、精益化、标准化
基本内涵：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好 互动
基本构架：电网基础、技术支撑、智能应用、标准规范 应用环节: 发电、线路、变电、配电、用户、调度
2020/4/16
14 14
柔性电力技术 —可对电能进行变换与调节的技术
18
输电系统的柔性化技术
•HVDC—High Voltage DC transmission, 高压直流输电 •UPFC—Uniform Power Flow Controller,统一潮流控制器 •TCSC —Thyristor Controlled Series Compensator,晶闸管控制串联补偿 •SVC — Static Var Compensator , 静止无功补偿器 •SVG— Static Var Generator (STATCOM), 静止无功发生器 •SMES —Super-conducting Magnetic Energy Storage，超导储能
2000：50％ 2010：75％ 800GW×50％
功率范围：mW－MW 应用领域：
5
电力电子技术的应用领域
100M 10M
晶闸管
电力系统 GTO
产业、交通领域
控制容量（VA）
1M 100k 10k
IGBT 信息处理领域 MOSFET
1k
100
10
100
1k
10k
100 k
1M
工作频率（ Hz ）
电力电子器件技术的应用 6
Scope and Applications
电力系统：电能的产生、传输 交通运输：电力机车、电动汽车 航空航天：电源与动力系统 节能与环保：照明、电机驱动 工业自动化系统：电源与控制 加工企业：电焊、电解、电镀、电加热
7
传统电能的产生输配及应用
220KV
110KV
产生、传输与利用
重要解决方案： 电力电子技术！
3
电力电子技术（Power Electronics)
基于功率器件构成的 电路与系统
能够对电能进行变换与控制的技术
4
身边的电力电子技术？
电能一次经过电力电子 设备的比例？
电力电子技术应用的 功率范围和领域？
计算机、TV、调光灯 变频空调、冰箱 高压直流输电、电气化铁道
19
配电系统的柔性化技术
•A.F.—Active Filter,有源电力滤波器 •DVR—Dynamic Voltage Regulator, 动态电压调节器 •SCB —Solid-state Circuit Breaker, 固态断路器 •D-SVC— Distribution Var Compensator 配网静止无功补偿器 •D-SVG — Distribution Var Generator (STATCOM)配网静止无功发生器 •HVDC light —轻型直流输电 •DSMES —Distribution SMES，配电系统用超导储能
20
10
传统电力技术应用及其局限
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；
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12
国外智能电网研究概况
驱动因素
美国:２００３年美加大停电后， 美国电力行业决心利用信息技术 对陈旧老化的电力设施进行彻底 改造，开展智能电网研究，以期 建设满足智能控制、智能管理、 智能分析为特征的灵活应变的智 能电网.(加州：R E-2010:20%,2020:33%,如