柔性電力技術(shù)1課件

1、柔性電力技術(shù) 智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力電子技術(shù)應(yīng)用韓民曉華北電力大學(xué)柔性電力技術(shù)研究所2011.3.22電能利用在人類能量利用中的比例？電能的利用形態(tài)？電力工程3040一百年來人類技術(shù)領(lǐng)域最杰出的成就？Questions!發(fā)電輸電配電用電當(dāng)今世界所面臨的主要問題？Questions!能源與環(huán)境問題！電能高效、高穩(wěn)定性、高品質(zhì)的產(chǎn)生、傳輸與利用重要解決方案：電力電子技術(shù)！電力電子技術(shù)（Power Electronics)基于功率器件構(gòu)成的電路與系統(tǒng)能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行變換與控制的技術(shù)電能一次經(jīng)過電力電子設(shè)備的比例？電力電子技術(shù)應(yīng)用的功率范圍和領(lǐng)域？計(jì)算機(jī)、TV、調(diào)光燈變頻空調(diào)、冰箱高壓直流輸電、電氣化鐵道

2、2000：502010：75800GW50功率范圍：mWMW應(yīng)用領(lǐng)域：身邊的電力電子技術(shù)？Questions!Scope and Applications電力系統(tǒng)：電能的產(chǎn)生、傳輸 交通運(yùn)輸：電力機(jī)車、電動(dòng)汽車航空航天：電源與動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保：照明、電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)：電源與控制加工企業(yè)：電焊、電解、電鍍、電加熱傳統(tǒng)電能的產(chǎn)生輸配及應(yīng)用現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力需求的新特點(diǎn)控制靈活、形式多樣的發(fā)電系統(tǒng)：出力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的需求規(guī)?；稍谏茉窗l(fā)電技術(shù)的發(fā)展潮流可控、安全穩(wěn)定的輸電系統(tǒng):電力市場(chǎng)發(fā)展的需求遠(yuǎn)距離、大功率、高電壓電能傳輸?shù)男枨竽Ｊ蕉鄻?、質(zhì)量可控的配電系統(tǒng)：分布電源技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的需求動(dòng)態(tài)電能質(zhì)

3、量控制的需求可控性好、高效節(jié)能的用電系統(tǒng)：用電設(shè)備控制特性的需求節(jié)能與環(huán)保的需求傳統(tǒng)電力技術(shù)應(yīng)用及其局限傳統(tǒng)電力技術(shù)的應(yīng)用：新建電力傳送線路；負(fù)荷中心建立電廠；局限：電力市場(chǎng)使投資風(fēng)險(xiǎn)增加；環(huán)境資源對(duì)新建線路與電廠的限制；無法應(yīng)對(duì)非線性負(fù)荷的快速增長(zhǎng)；無法應(yīng)對(duì)分布電源的作用；無法滿足高電能質(zhì)量的要求；AMR的效益總體發(fā)展目標(biāo)：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主創(chuàng)新、國(guó)際領(lǐng)先的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)主要特征：技術(shù)上實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化；管理上實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化基本內(nèi)涵：堅(jiān)強(qiáng)

4、可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)基本構(gòu)架：電網(wǎng)基礎(chǔ)、技術(shù)支撐、智能應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)用環(huán)節(jié): 發(fā)電、線路、變電、配電、用戶、調(diào)度中國(guó)智能電網(wǎng)的定義2022/9/1714電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)控制功能的執(zhí)行單元柔性電力技術(shù)可對(duì)電能進(jìn)行變換與調(diào)節(jié)的技術(shù)柔性電力技術(shù)概念圖ASPSAdjustable Speed Pump Storage,可變速抽水蓄能VFDVariable Frequency Drive,變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電的功率調(diào)控太陽能發(fā)電功率變換燃料電池應(yīng)用中的功率變換微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電中的功率變換發(fā)電系統(tǒng)的柔性化技術(shù)輸電系統(tǒng)的柔性化技術(shù)HVDCHigh Volt

5、age DC transmission, 高壓直流輸電UPFCUniform Power Flow Controller,統(tǒng)一潮流控制器TCSC Thyristor Controlled Series Compensator,晶閘管控制串聯(lián)補(bǔ)償SVC Static Var Compensator , 靜止無功補(bǔ)償器SVG Static Var Generator (STATCOM), 靜止無功發(fā)生器SMES Super-conducting Magnetic Energy Storage，超導(dǎo)儲(chǔ)能配電系統(tǒng)的柔性化技術(shù)A.F.Active Filter,有源電力濾波器DVRDynamic Vol

6、tage Regulator, 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器SCB Solid-state Circuit Breaker, 固態(tài)斷路器D-SVC Distribution Var Compensator 配網(wǎng)靜止無功補(bǔ)償器D-SVG Distribution Var Generator (STATCOM)配網(wǎng)靜止無功發(fā)生器HVDC light 輕型直流輸電DSMES Distribution SMES，配電系統(tǒng)用超導(dǎo)儲(chǔ)能用電設(shè)備的柔性化技術(shù)PQR Power Quality Regulator,電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器UPSUninterruptable Power Supply,交流不間斷電源F.C. Frequ

7、ency Converter,頻率變換器VFDVariable Frequency Drive,電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)EB Electronic Ballast, 照明電力電子電源 IHInduction Heating, 感應(yīng)加熱短片F(xiàn)ACTS & Custom Power電力電子器件的分類電力電子器件不可控器件(Diode)半控器件(Thyristor)全控器件電平觸發(fā)(Level triggered)IGBT MOSFET脈沖觸發(fā)(Pulse triggered)GTOSi 材料電力電子器件的發(fā)展?fàn)顩r全控器件發(fā)展歷程IGCT & IEGT晶體管的關(guān)斷特性與晶閘管的導(dǎo)通特性相結(jié)合門極低電感設(shè)計(jì)、

8、關(guān)斷發(fā)生在變成晶體管之后無需吸收電路較IGCT導(dǎo)通電阻小，損耗小驅(qū)動(dòng)控制更為簡(jiǎn)單Si-SiCSi材料的 物性極限SiC結(jié)晶體構(gòu)造多樣4H-SiC(4層6方體結(jié)構(gòu)）能量禁制帶幅高，特別適于電力控制Si，SiC特性對(duì)照SiC材料的耐壓水平比Si材料可提高10倍；SiC耐溫水平提高23倍，這表明Si器件的通過電流的能力提高2 倍；SiC材料器件散熱設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，從而SiC材料器件的綜合功率處理能力比Si材料器件可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；速度的提高及熱傳導(dǎo)性能的改善，工作頻率可以提高610倍。器件體積與損耗SiSiC1/5-1/10SOURCECONVERTERSINKDC or ACAC or DCPE con

9、verter AC /DC converter(rectifier)DC/DC converter(DC chopper)DC/AC converterAC/AC converter(VFD Cyclo-converter)電力電子電路矩陣換流器H 橋式多電平換流器波形示例單元波形移相最優(yōu)開關(guān)PWM相電壓輸出到電機(jī)的線電壓模塊化多電平換流器柔性電力依賴的技術(shù)之二能量存儲(chǔ)技術(shù)能量緩沖能量平衡能量后備蓄能技術(shù)及其發(fā)展蓄能設(shè)備理論能量密度(Wh/kg)目前能量密度(Wh/kg)效率（%)目前壽命（充放電回?cái)?shù)）鉛酸電池16735801500NaS電池780100872250飛輪儲(chǔ)能5-101.880105超級(jí)電容10385-98105超導(dǎo)儲(chǔ)能30020090107電池與飛輪儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能(SMES)及其應(yīng)用超級(jí)電容技術(shù) 電氣雙層電容蓄能抽水蓄能技術(shù)概要：抽水蓄能電站的出現(xiàn)與發(fā)展特點(diǎn)：效率，地理?xiàng)l件，控制方式新進(jìn)展：可變速抽水蓄能調(diào)節(jié)方式定子頻率調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)范圍大，容量大，造價(jià)高轉(zhuǎn)子勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)范圍有限，但容量小，造價(jià)低nn2=n1=同步轉(zhuǎn)速 柔性電力依賴的技術(shù)之三信息處理技術(shù)監(jiān)測(cè)控制數(shù)據(jù)傳輸與共享微控制器技術(shù)的發(fā)展處理能力的增強(qiáng)： 1000MI