電力電子技術在輸電系統(tǒng)中的應用

1、靈活交流輸電系統(tǒng),FACTS,技術,Flexible AC transmission System,輸電系統(tǒng),?,?,?,?,?,輸電是用變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能升壓后，再經(jīng)斷,路器等控制設備接入輸電線路來實現(xiàn)。,按結構形式，輸電線路分為架空輸電線路和電纜線路。,架空輸電線路由線路桿塔、導線、絕緣子、線路金具、,拉線、桿塔基礎、接地裝置等構成，架設在地面之上。,電纜線路主要是使用電纜，敷設在地下（或水域下）。,電纜線路造價高，發(fā)現(xiàn)故障及檢修維護等均不方便，,多用于架空線路架設困難的地區(qū)，如城市或特殊跨越,地段的輸電。,輸電系統(tǒng),?,?,?,?,?,利用輸電線路（包括配電網(wǎng)）可以將發(fā)電廠與用戶聯(lián)

2、通，,聯(lián)結成電力系統(tǒng)，輸送電能，解決用戶與動力資源,(,特,別是水力發(fā)電,),遠距離的矛盾，從而提高經(jīng)濟性和供電,的可靠性。,輸電線路在規(guī)定的工作條件下送端允許通過的有功容量,值,(MW),，稱為輸電能力或輸送能力。輸電能力是衡量,輸電系統(tǒng)性能的一個重要指標。,輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是衡量輸電系統(tǒng)性能的重要指標。,任何電力系統(tǒng)，其安全性都是第一位的。,輸電控制技術：穩(wěn)定控制、輸送能力,輸電系統(tǒng),?,?,?,?,輸電電壓等級大約以兩倍的關系增長。通常，輸送電能,容量越大，線路采用的電壓等級越高。,采用高壓輸電，可有效的減少線損，降低線路單位造價，,少占耕地，使線路走廊得到充分利用。,我國第一條世界上

3、海拔最高的“西北,750KV,輸變電示范,工程”,青海官亭至甘肅蘭州東,750KV,輸變電工程，,于,2005,年,9,月,26,日正式投入運行。,“,1000KV,交流特高壓試驗示范工程”,晉東南,南,陽,荊門,1000KV,輸電線路工程，于,2006,年,8,月,19,日開,工建設。該工程起自晉東南,1000KV,變電站，經(jīng)南陽,1000KV,開關站，止于荊門,1000KV,變電站，線路路徑,全長約,650.677Km,。,一、,FACTS,概述,80,年代末，由美國電力研究院（,EPRI,）,的,Narain G. Hingorani,先生提出,FACTS,的定義,?,采用大功率電力電子

4、裝置和其他靜止控,制器改善控制性能并提高輸送能力的交,流輸電系統(tǒng)。,?,FACTS,的核心內(nèi)容：采用電力電子設備,?,1.1,電力系統(tǒng)中的,FACTS,設備,?,?,?,1,、電力電子無功控制設備,2,、可控串補裝置,3,、統(tǒng)一潮流控制器等發(fā)電機電子勵磁設備,采用電力電子裝置和控制技術對電力系統(tǒng),的主要參數(shù)，如電壓、電流、相位差、功,率和阻抗等進行靈活控制，最大限度地提,高現(xiàn)有輸電線路的穩(wěn)定極限，增強系統(tǒng)的,穩(wěn)定性和安全性,FACTS,的核心思想：,?,1.2 FACTS,產(chǎn)生的基礎,?,?,1,、輸電網(wǎng)運行的需要,2,、直流輸電的競爭,?,?,3,、電力電子技術和元器件的發(fā)展,4,、計算機控

5、制技術的發(fā)展,?,5,、已有,FACTS,技術產(chǎn)品的研制和運行經(jīng),驗積累,1.2.1,輸電網(wǎng)運行的需要,1,、同發(fā)電、配用電相比，輸電可控性能很差，,功率分布中的自由潮流和負荷變化很大。,美國東、西兩個大互聯(lián)網(wǎng)中的環(huán)流高達幾十,萬千瓦，前蘇聯(lián)全國統(tǒng)一電力系統(tǒng)中不可控,的聯(lián)絡線功率振蕩高達,60,至,70,萬千瓦。,大電網(wǎng)運行中的這類問題長期困擾著運行調(diào)度,人員，并且在電網(wǎng)中造成大量電能損耗或被,迫降低輸送能力。,1.2.1,輸電網(wǎng)運行的需要,2,、由于輸電網(wǎng)缺少快速控制手段，在功率輸,送過程中常造成“功率繞送”（走遠道不,走近道）和“功率倒流”（在主輸送方向,中存在著逆向輸送）。,此外，還有大

6、量輸電受限制的“瓶頸”環(huán)節(jié)。,1.2.1,輸電網(wǎng)運行的需要,3,、交流輸電線路需要經(jīng)常投切，以改變電網(wǎng),結構或斷開故障，但目前只能依靠機械型,斷路器。而這種斷路器速度慢、維修量大，,是形成暫態(tài)穩(wěn)定問題嚴重的重要因素。,1.2.1,輸電網(wǎng)運行的需要,4,、由于負荷和電力市場的需求以及環(huán)境問題,的日益嚴峻，獲得能多送電力的新建輸電線,的走廊更加困難，使已有輸電線的負擔日益,加重，輸送能力不足的矛盾日益突出。,輸送能力主要受制于暫態(tài)穩(wěn)定或動態(tài)穩(wěn)定極限，,因此，對提高輸送能力的有關技術措施的需,求日益迫切。,1.2.3,電力電子技術和元器件的發(fā)展,?,器件的容量增大、體積減小、控制簡便、成,本降低、可

7、靠性高,1,、功率電子開關器件（容量、可控性）,2,、集成電路芯片（功能、可靠性）,3,、控制保護技術（全面、快速、安全）,4,、電路拓撲結構（功能）,5,、控制算法（快速、精確、安全）,1.2.4,計算機控制技術的發(fā)展,?,?,?,?,?,1,、速度更快,2,、功能更強,3,、體積更小,4,、成本更低,5,、可靠性更高,以往一些難以實現(xiàn)的，成為現(xiàn)實,1.2.5,已有,FACTS,技術產(chǎn)品的研制,和運行經(jīng)驗積累,?,?,?,70,年代，靜止無功補償器（,SVC,）、靜,止調(diào)相器（,STATCON,）,80,年代，次同步振蕩阻尼器（,NGH,）,90,年代，可控串聯(lián)補償（,TCSC,）,研究工作

8、在,FACTS,概念提出前開展，,91,年工業(yè)實,驗,FACTS,概念提出前的其他控制器：,超導儲能系,統(tǒng)（,SMES),、靜止同步補償器（,STATCOM,）等,?,二、,FACTS,對系統(tǒng)的主要作用,現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點：,?,?,?,?,?,?,多種一次能源發(fā)電,機組容量增大,高電壓、遠距離大規(guī)模,互聯(lián)網(wǎng),輸電,自動化、集成化水平大大提高,環(huán)境制約問題更為突出,大停電事故會帶來災難性后果,二、,FACTS,對系統(tǒng)的主要作用,FACTS,對系統(tǒng)的作用，按控制目的劃分：,安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性,具體到控制目標：,?,功率：有功、無功,有功：最大限度傳輸；最小限度損耗,無功：線路中流動的無功越少

9、越好,?,電壓：幅值、相位,對應于功率、穩(wěn)定,二、,FACTS,對系統(tǒng)的主要作用,FACTS,對系統(tǒng)的主要作用，可以概括為五個方,面：,?,?,?,?,?,1,、控制輸電聯(lián)絡線的潮流,2,、使輸電線路在接近其熱穩(wěn)定極限處運行,3,、減少控制區(qū)域內(nèi)的備用發(fā)電容量,4,、限制故障設備的影響，避免造成連鎖反應和事故,的擴大,5,、阻尼導致設備故障和影響輸電能力的功率振蕩,?,提高輸電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行性能,3.7 FACTS,的前景,FACTS,技術對提高高壓交流輸電性能意義,重大,?,1,、提供了“升流”的輸電途徑,?,2,、對輸電網(wǎng)和輸電線運行的良好作用,?,3,、對輸電網(wǎng)其他運行控制技術的促進,?,4,、改變交流輸電的傳統(tǒng)應用范圍,?,5,、促進了