電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和前景

電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和前景摘要：“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個(gè)論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識(shí)。研究表明，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因?yàn)?，在保證相同的能源服務(wù)水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會(huì)大大改善。關(guān)鍵字：電力技術(shù)前沿技術(shù)發(fā)展前景“電力技術(shù)術(shù)是通向可持持續(xù)發(fā)展的橋橋梁”，這個(gè)論斷斷已經(jīng)逐漸成成為人們的共共識(shí)。研究表表明，為了實(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)發(fā)展，應(yīng)盡可可能把一次能能源轉(zhuǎn)換為電電能使用，提提高電力在終終端能源中的的比例。因?yàn)闉?，在保證相相同的能源服服務(wù)水平的前前提下,使用電力這這種優(yōu)質(zhì)能源源最清潔、方方便，易于控控制、效率最最高。如果能能將大量分散散燃用的化石石燃料都高效效潔凈地轉(zhuǎn)換換為電力使用用，人們賴以以生存的環(huán)境境和生活質(zhì)量量就會(huì)大大改改善。因此，電電能高效潔凈凈地生產(chǎn)、傳傳輸、儲(chǔ)存、分分配和使用的的技術(shù)將成為為下世紀(jì)電力力技術(shù)的重點(diǎn)點(diǎn)領(lǐng)域。電力力技術(shù)屬于傳傳統(tǒng)技術(shù)的范范疇，技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新和出現(xiàn)重重大突破的機(jī)機(jī)會(huì)要比信息息科學(xué)、生命命科學(xué)、材料料科學(xué)等新興興學(xué)科少得多多。但是，應(yīng)應(yīng)該看到，電電力技術(shù)與其其他學(xué)科的相相互交叉和滲滲透的趨勢越越來越明顯。電電力研究的一一些前沿課題題反映了這種種趨勢。以下下將對(duì)若干電電力前沿技術(shù)術(shù)的現(xiàn)狀和未未來發(fā)展前景景進(jìn)行評(píng)述。1分布式式電源分布式發(fā)電電裝置（DistrributeedGenneratiion）是指功率率為數(shù)千瓦至至50MW小型模塊式式的、與環(huán)境境兼容的獨(dú)立立電源。這些些電源由電力力部門、電力力用戶或第3方所有，用用以滿足電力力系統(tǒng)和用戶戶特定的要求求。如調(diào)峰、為為邊遠(yuǎn)用戶或或商業(yè)區(qū)和居居民區(qū)供電，節(jié)節(jié)省輸變電投投資、提高供供電可靠性等等等。當(dāng)今的分布布式電源主要要是指用液體體或氣體燃料料的內(nèi)燃機(jī)(IC)、微型燃?xì)鈿廨啓C(jī)（Microtur_bbines）和各種工工程用的燃料料電池（FuelCell）。因其具具有良好的環(huán)環(huán)保性能，分分布式電源與與“小機(jī)組”已不是同一一概念。1.1應(yīng)應(yīng)用背景由于公眾對(duì)對(duì)輸電線路可可能產(chǎn)生的電電磁影響的憂憂慮，開辟新新的線路走廊廊越來越困難難。例如，北北美和西歐許許多國家已決決定一般不再再興建新的輸輸電線路。于于是，直接安安置在用戶近近旁的分布式式發(fā)電裝置便便成為一種替替代方案。其其次，與大電電網(wǎng)配合，分分布式電源可可大大地提高高供電可靠性性，可在電網(wǎng)網(wǎng)崩潰和意外外災(zāi)害（例如如地震、暴風(fēng)風(fēng)雪、人為破破壞、戰(zhàn)爭）情情況下，維持持重要用戶的的供電。加拿拿大魁北克省省1997年冰雪災(zāi)造造成輸配電線線路災(zāi)難性破破壞，引起大大面積停電，許許多重要用戶戶長期不能恢恢復(fù)供電。人人們認(rèn)識(shí)到，如如果能有與電電網(wǎng)配合的分分布式電源在在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電電可靠性將會(huì)會(huì)大大地提高高，一些災(zāi)難難性后果是可可以避免的。對(duì)供電網(wǎng)難難以達(dá)到的邊邊遠(yuǎn)分散用戶戶，分布式電電源在技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)上具有競競爭力。此外外，發(fā)展電動(dòng)動(dòng)車電源是研研究發(fā)展分布布式電源的重重要推動(dòng)力。1.2微型型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨嗇啓C(jī)（MicrooTurbbine）,是功率為幾幾千瓦至幾十十千瓦，轉(zhuǎn)速速為960000r/mmin，以天然氣氣、甲烷、汽汽油、柴油為為燃料的超小小型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)，工作溫度度500℃，其發(fā)電效效率可達(dá)30%。目前國外外已進(jìn)入示范范階段。其技技術(shù)關(guān)鍵是高高速軸承、高高溫材料、部部件加工等?？煽梢姡姽ぜ技夹g(shù)的突破常常常取決于材材料科學(xué)的進(jìn)進(jìn)步。1.3燃料料電池燃料電池是是直接把燃料料的化學(xué)能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電能的的裝置。它是是一種很有發(fā)發(fā)展前途的潔潔凈和高效的的發(fā)電方式，被被稱為21世紀(jì)的分布布式電源。1.3.11燃料電池的的工作原理燃料電池的的工作原理頗頗似電解水的的逆過程。氫氫基燃料送入入燃料電池的的陽極(電源的負(fù)極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x離子，空氣中中的氧氣送入入燃料電池的的陰極(電源的正極)，負(fù)氧離子子通過2極間離子導(dǎo)導(dǎo)電的電解質(zhì)質(zhì)到達(dá)陽極與與氫離子結(jié)合合成水，外電電路則形成電電流。通常，完整整的燃料電池池發(fā)電系統(tǒng)由由電池堆、燃燃料供給系統(tǒng)統(tǒng)、空氣供給給系統(tǒng)、冷卻卻系統(tǒng)、電力力電子換流器器、保護(hù)與控控制及儀表系系統(tǒng)組成。其其中，電池堆堆是核心。低低溫燃料電池池還應(yīng)配備燃燃料改質(zhì)器（又又稱為燃料重重整器）。高高溫燃料電池池具有內(nèi)重整整功能，無須須配備重整器器。磷酸型燃料料電池（PAFC）是目前技技術(shù)成熟、已已商業(yè)化的燃燃料電池?，F(xiàn)現(xiàn)在已能生產(chǎn)產(chǎn)大容量加壓壓型11MW的設(shè)備及便便攜式250kkW等各種設(shè)備備。第2代燃料電池池的溶融碳酸酸鹽電池（MCFC），工作在在高溫（600～700℃）下，重整整反應(yīng)可以在在內(nèi)部進(jìn)行，可可用于規(guī)模發(fā)發(fā)電，現(xiàn)在正正在進(jìn)行兆瓦瓦級(jí)的驗(yàn)證試試驗(yàn)。固體電電解質(zhì)燃料電電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池池。由于電解解質(zhì)是氧化鋯鋯等固體電解解質(zhì)，未來可可用于煤基燃燃料發(fā)電。質(zhì)質(zhì)子交換膜燃燃料電池是最最有希望的電電動(dòng)車電源。1.3.22性能和特點(diǎn)點(diǎn)燃料電池有有以下優(yōu)點(diǎn)：：（1）有很高的的效率，以氫氫為燃料的燃燃料電池，理理論發(fā)電效率率可達(dá)100%。熔融碳酸酸鹽燃料電池池，實(shí)際效率率可達(dá)584%。通過熱電電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合合循環(huán)綜合利利用熱能，燃燃料電池的綜綜合熱效率可可望達(dá)到80%以上。燃料料電池發(fā)電效效率與規(guī)?；緹o關(guān)，小小型設(shè)備也能能得到高效率率。（2）處于熱備備用狀態(tài)，燃燃料電池跟隨隨負(fù)荷變化的的能力非常強(qiáng)強(qiáng)，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負(fù)荷變化化。(3)噪音低；可可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際際上的零排放放；省水。（4）安裝周期期短，安裝位位置靈活，可可省去新建輸輸配電系統(tǒng)。目前燃料電電池大規(guī)模應(yīng)應(yīng)用的障礙是是造價(jià)高，在在經(jīng)濟(jì)性上要要與常規(guī)發(fā)電電方式競爭尚尚需時(shí)日。1.3.33技術(shù)關(guān)鍵和和研究課題燃料電池的的技術(shù)關(guān)鍵涉涉及電池性能能、壽命、大大型化、價(jià)格格等與商業(yè)化化有關(guān)的項(xiàng)目目，主要涉及及新的電解質(zhì)質(zhì)材料和催化化劑。熔融碳碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條條件下液體電電解質(zhì)的損失失和腐蝕滲漏漏降低了電池池的壽命，使使MCFC的大型化及及實(shí)用化受到到限制。需要要解決電池構(gòu)構(gòu)成材料的腐腐蝕；電極細(xì)細(xì)孔構(gòu)造變化化使電池性能能下降等問題題。固體氧化物物燃料電池（SOFC）使用固體體電解質(zhì)且工工作溫度很高高,對(duì)構(gòu)成材料料及其加工有有特殊要求。為為了得到高溫溫下化學(xué)性穩(wěn)穩(wěn)定和致密性性（不通過氣氣體）的電解解質(zhì)，在氧化化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定定氧化鋯。為為了降低工作作溫度，應(yīng)盡盡可能減少電電解質(zhì)薄膜厚厚度。通常采采用熔射法、燒燒結(jié)法和電化化學(xué)蒸發(fā)涂層層法制備電解解質(zhì)薄膜。實(shí)實(shí)用的電解質(zhì)質(zhì)膜的厚度為為0.03～0.05mm。比較先進(jìn)進(jìn)的已達(dá)到0.01mm。這樣薄的的電解質(zhì)陶瓷瓷材料除應(yīng)當(dāng)當(dāng)有足夠的機(jī)機(jī)械強(qiáng)度外，必必須具有高度度的氣體致密密性，否則將將喪失燃料電電池的性能。燃燃料極使用鎳鎳鋯等耐熱金金屬陶瓷，鎳鎳還用作燃料料重整的催化化劑，空氣極極在運(yùn)行中處處在高溫氧化化中，難以使使用一般金屬屬。鉑的穩(wěn)定定性好，但費(fèi)費(fèi)用昂貴，需需要尋找替代代材料，可用用電子導(dǎo)電陶陶瓷。為了降降低工作溫度度，另外一個(gè)個(gè)重要的研究究方向是尋找找低溫的質(zhì)子子導(dǎo)電的電解解質(zhì)。工作溫溫度倘若能降降低到700℃以下，SOFC的造價(jià)就可可以大幅度降降低。2大功率率電力電子技技術(shù)的應(yīng)用硅硅片引起的“第二次革命”2.1大大功率電力電電子器件的重重大進(jìn)展電力電子學(xué)學(xué)（PowerrElecctroniics）的應(yīng)用已已經(jīng)有多年的的歷史。電力電子學(xué)學(xué)器件用于電電力拖動(dòng)、變變頻調(diào)速、大大功率換流已已經(jīng)是比較成成熟的技術(shù)。大大功率電子器器件（HighPowerrElecctroniics）的快速發(fā)發(fā)展也引起了了電力系統(tǒng)的的重大變革，通通常稱為硅片片引起的第二二次革命。近近10多年來，可可控整流器(SCR)、可關(guān)斷的的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘閘管(MCT)、絕緣門極極雙極性三極極管(IGBTT)等大功率高高壓開關(guān)器件件的開斷能力力不斷提高。目目前，已經(jīng)生生產(chǎn)出6kA、6kV的GTO，單個(gè)元件件的開斷功率率可達(dá)到30MW左右，這無無疑是一個(gè)巨巨大的進(jìn)步。近年來，大大功率電子器器件已經(jīng)廣泛泛應(yīng)用于電力力的一次系統(tǒng)統(tǒng)?？煽毓瑁ňЬчl管）用于于高壓直流輸輸電已經(jīng)有很很長的歷史。大大功率電子器器件應(yīng)用于靈靈活的交流輸輸電（FACTS）、定質(zhì)電電力技術(shù)（CustoomPowwer）以及新一一代直流輸電電技術(shù)則是近近10年的事。新新的大功率電電力電子器件件的研究開發(fā)發(fā)和應(yīng)用，將將成為下世紀(jì)紀(jì)的電力研究究前沿。2.2靈靈活交流輸電電技術(shù)(FACTSS)靈活的交流流輸電系統(tǒng)(FACTTS)是80年代后期出出現(xiàn)的新技術(shù)術(shù)，近年來在在世界上發(fā)展展迅速。專家家們預(yù)計(jì)在未未來這項(xiàng)技術(shù)術(shù)將在電力輸輸送和分配方方面將引起重重大變革，對(duì)對(duì)于充分利用用現(xiàn)有電網(wǎng)資資源和實(shí)現(xiàn)電電能的高效利利用，將會(huì)發(fā)發(fā)揮重要作用用。靈活交流輸輸電技術(shù)是指指電力電子技技術(shù)與現(xiàn)代控控制技術(shù)結(jié)合合以實(shí)現(xiàn)對(duì)電電力系統(tǒng)電壓壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功功率潮流的連連續(xù)調(diào)節(jié)控制制，從而大幅幅度提高輸電電線路輸送能能力和提高電電力系統(tǒng)穩(wěn)定定水平，降低低輸電損耗。FACTSS技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)和應(yīng)用的背背景是：（1）發(fā)展電力力市場的需要要。原作為公公用事業(yè)之一一的電力面臨臨著“放松管制”（Dereggulatiion）的改革。一一些國家頒布布法令規(guī)定用用戶可以發(fā)電電并售電給電電網(wǎng)，允許電電力用戶可自自由選擇供電電者，允許實(shí)實(shí)行躉售托送送（WholeesaleWheelling），某些地地區(qū)甚至允許許實(shí)行電力零零售托送。發(fā)發(fā)電廠和電力力用戶可以根根據(jù)協(xié)議通過過電網(wǎng)售受電電力。電網(wǎng)作作為電力市場場的物質(zhì)載體體，即發(fā)電廠廠和電力用戶戶間電力輸送送和分配的通通道，需要滿滿足對(duì)電力潮潮流靈活調(diào)節(jié)節(jié)控制的要求求，而常規(guī)的的交流輸電系系統(tǒng)卻很難適適應(yīng)這一變化化。（2）發(fā)展展互聯(lián)電網(wǎng)的的需要。在發(fā)發(fā)達(dá)國家已形形成了緊密相相連、多電壓壓等級(jí)的復(fù)雜雜互聯(lián)電網(wǎng)。由由于電路定則則使然，電網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)部線路及及聯(lián)絡(luò)線在運(yùn)運(yùn)行中實(shí)際的的潮流分布與與這些線路的的設(shè)計(jì)輸送能能力相差甚遠(yuǎn)遠(yuǎn)；一部分線線路已過載或或接近穩(wěn)定極極限，而另一一部分線路卻卻被迫在遠(yuǎn)低低于線路額定定輸送容量下下運(yùn)行。這就就提出了靈活活調(diào)節(jié)線路潮潮流、突破瓶瓶頸限制、增增加輸送能力力，以充分利利用現(xiàn)有電網(wǎng)網(wǎng)資源的要求求。發(fā)達(dá)國家家由于環(huán)保的的嚴(yán)格限制，新新建輸電線路路十分困難，使使得這一要求求更為迫切。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)節(jié)電力潮流的的措施，如機(jī)機(jī)械控制的移移相器、帶負(fù)負(fù)荷調(diào)變壓器器抽頭、開關(guān)關(guān)投切電容和和電感、固定定串聯(lián)補(bǔ)償裝裝置等，只能能實(shí)現(xiàn)部分穩(wěn)穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)調(diào)節(jié)功能，而而且，由于機(jī)機(jī)械開關(guān)動(dòng)作作時(shí)間長、響響應(yīng)慢，無法法適應(yīng)在暫態(tài)態(tài)過程中快速速靈活連續(xù)調(diào)調(diào)節(jié)電力潮流流、阻尼系統(tǒng)統(tǒng)振蕩的要求求。因此，電電網(wǎng)發(fā)展的需需求促進(jìn)了靈靈活交流輸電電這項(xiàng)新技術(shù)術(shù)的發(fā)展和應(yīng)應(yīng)用。近年來來，靈活交流流輸電技術(shù)已已經(jīng)在美國、日日本、瑞典、巴巴西等國重要要的超高壓輸輸電工程中得得到應(yīng)用。盡管靈活交交流輸電技術(shù)術(shù)已在多個(gè)輸輸電工程中得得到應(yīng)用，并并證明了它在在提高線路輸輸送能力、阻阻尼系統(tǒng)振蕩蕩、快速調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)無功、提提高系統(tǒng)穩(wěn)定定等方面的優(yōu)優(yōu)越性能，但但其推廣應(yīng)用用的進(jìn)展步伐伐比預(yù)期的要要慢。主要原原因有：工程程造價(jià)比常規(guī)規(guī)的解決方案案高，因此，只只有在常規(guī)技技術(shù)無法解決決的情況下，用用戶才會(huì)求助助于FACTS技術(shù)；FACTS技術(shù)還需要要進(jìn)一步完善善。目前FACTS技術(shù)的應(yīng)用用還局限于個(gè)個(gè)別工程，如如果大規(guī)模應(yīng)應(yīng)用FACTS裝置，還要要解決一些全全局性的技術(shù)術(shù)問題，例如如：多個(gè)FACTS裝置控制系系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配配合問題；FACTS裝置與已有有的常規(guī)控制制、繼電保護(hù)護(hù)的銜接問題題；FACTS控制納入現(xiàn)現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)調(diào)度控制系統(tǒng)統(tǒng)問題等等。也也有專家認(rèn)為為，F(xiàn)ACTS技術(shù)尚不能能更快推廣應(yīng)應(yīng)用是因?yàn)殡婋娏Σ块T對(duì)新新技術(shù)持謹(jǐn)慎慎觀望態(tài)度，只只有相當(dāng)成熟熟的技術(shù)才會(huì)會(huì)大規(guī)模應(yīng)用用。隨著電力電電子器件的性性能提高和造造價(jià)降低，以以電力電子器器件為核心部部件的FACTS裝置的造價(jià)價(jià)會(huì)降低，可可能會(huì)在不遠(yuǎn)遠(yuǎn)的將來比常常規(guī)的輸配電電方案更具競競爭力。國際際大電網(wǎng)會(huì)議議展開了有關(guān)關(guān)STATCCOM與SVC性能價(jià)格比比的討論，不不少專家認(rèn)為為，由于STATCCOM不需要采用用大量的電容容器就可以實(shí)實(shí)現(xiàn)無功的快快速調(diào)節(jié)，而而電容器的價(jià)價(jià)格多年比較較穩(wěn)定，不大大可能大幅度度下降；相反反，電力電子子器件的價(jià)格格會(huì)不斷降低低，故預(yù)計(jì)STATCCOM會(huì)比SVC（靜止無功功補(bǔ)償器）更更有競爭力。若若將超導(dǎo)儲(chǔ)能能裝置與STATCCOM配合，可以以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有有功功率的快快速調(diào)節(jié)，這這是以往任何何的常規(guī)設(shè)備備不能勝任的的。FACTSS技術(shù)也在不不斷改進(jìn)，一一些新的FACTS裝置被開發(fā)發(fā)出來，例如如可轉(zhuǎn)換靜止止補(bǔ)償器（ConveertiblleStaaticCCompennsatorr），它由多多個(gè)同步電壓壓源逆變器構(gòu)構(gòu)成，可以同同時(shí)控制2條以上線路路潮流（有功功、無功）、電電壓、阻抗和和相角，并能能實(shí)現(xiàn)線路之之間功率轉(zhuǎn)換換。可轉(zhuǎn)換靜靜止補(bǔ)償器具具有下列功能能：（1）靜止同步步補(bǔ)償器的并并聯(lián)無功補(bǔ)償償功能；（2）靜止同步步串聯(lián)補(bǔ)償器器的功能；（3）綜合潮流流控制器功能能；（4）控制2條線路以上上潮流的線間間潮流控制（IPFC）功能；CSC被認(rèn)為是第3代靈活交流流輸電裝置。電力電子器器件的發(fā)展趨趨勢是：一方方面研制經(jīng)濟(jì)濟(jì)性能好的器器件，以便降降低設(shè)備造價(jià)價(jià)；另一方面面，研制開斷斷功率更大的的高性能器件件。最近，國國外公司宣布布研制成功以以碳化硅（SiC）為基片的的電力電子器器件?；牡哪蛪汉蜔崛萑萘靠纱蠓榷忍岣?，而元元件的損耗卻卻大大降低，從從而使元件的的斷開功率可可望有數(shù)量級(jí)級(jí)的飛躍。這這預(yù)示用電子子高壓斷路器器取代機(jī)械的的高壓斷路器器（油斷路器器、六氟化硫硫斷路器、真真空開關(guān)等）已已成為現(xiàn)實(shí)的的可能。如果果電力系統(tǒng)的的高壓機(jī)械開開關(guān)一旦被大大功率的電子子開關(guān)取代，則則電力系統(tǒng)完完全的靈活調(diào)調(diào)節(jié)控制便將將成為現(xiàn)實(shí)。2.3定定質(zhì)電力技術(shù)術(shù)定質(zhì)電力（CustoomPowwer）技術(shù)是應(yīng)應(yīng)用現(xiàn)代電力力電子技術(shù)和和控制技術(shù)為為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)質(zhì)量控制，為為用戶提供用用戶特定要求求的電力供應(yīng)應(yīng)的技術(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展對(duì)提高高供電的可靠靠性、改善電電能質(zhì)量提出出了越來越高高的要求。在在現(xiàn)代企業(yè)中中，由于變頻頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器器、機(jī)器人、自自動(dòng)生產(chǎn)線、精精密的加工工工具、可編程程控制器、計(jì)計(jì)算機(jī)信息系系統(tǒng)的日益廣廣泛使用，對(duì)對(duì)電能質(zhì)量的的控制提出了了日益嚴(yán)格的的要求。這些些設(shè)備對(duì)電源源的波動(dòng)和各各種干擾十分分敏感，任何何供電質(zhì)量的的惡化可能會(huì)會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量的下降，產(chǎn)產(chǎn)生重大損失失。重要用戶為為保證優(yōu)質(zhì)的的不間斷供電電，往往自己己采取措施，如如安裝不間斷斷電源(UPS)，但是這并并不是經(jīng)濟(jì)合合理的解決辦辦法。根本的的出路在于供供電部門能根根據(jù)用戶的需需要，提供可可靠和優(yōu)質(zhì)的的電能供應(yīng)。因因而，便產(chǎn)生生了以電力電電子技術(shù)和現(xiàn)現(xiàn)代控制技術(shù)術(shù)為基礎(chǔ)的定定質(zhì)電力技術(shù)術(shù)（CustoomPowwerTechnnologyy）。為提高配電電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)節(jié)的質(zhì)量，已已開發(fā)出用于于配電網(wǎng)的靜靜止無功發(fā)生生器(DSTATCCOM)。它由儲(chǔ)能能電路、GTO或IGBT變換電路和和變壓器組成成。它的功能能是快速調(diào)節(jié)節(jié)電壓，發(fā)生生和吸收電網(wǎng)網(wǎng)的無功功率率，同時(shí)可以以抑制電壓閃閃變。這是“定質(zhì)電力”的關(guān)鍵設(shè)備備之一。此外外，靜止無功功發(fā)生器和固固態(tài)開關(guān)配合合，可在電網(wǎng)網(wǎng)發(fā)生故障的的暫態(tài)過程中中保持電壓恒恒定。另一關(guān)關(guān)鍵設(shè)備是動(dòng)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)復(fù)器(DynaamicVVoltaggeResstorerr)，它由直流流儲(chǔ)能電路、變變換器和級(jí)次次串聯(lián)在供電電線路中的變變壓器構(gòu)成。變變換器根據(jù)檢檢測到的線路路電壓波形情情況，產(chǎn)生補(bǔ)補(bǔ)償電壓，使使合成的電壓壓動(dòng)態(tài)保持恒恒定。無論是是短時(shí)的電壓壓低落或過電電壓，通過DVR均可以使負(fù)負(fù)載上的電壓壓保持動(dòng)態(tài)恒恒定。2.4新新型直流輸電電技術(shù)直流輸電已已是成熟技術(shù)術(shù)。造價(jià)較高高是其與交流流送電競爭的的不利因素。新新一代的直流流輸電是指進(jìn)進(jìn)一步改善性性能、大幅度度簡化設(shè)備、減減少換流站的的占地、降低低造價(jià)的技術(shù)術(shù)。直流輸電電性能創(chuàng)新的的典型例子是是輕型直流輸輸電系統(tǒng)（LighttHVDCC），它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的的器件組成換換流器，省去去了換流變壓壓器，整個(gè)換換流站可以搬搬遷，可以使使中型的直流流輸電工程在在較短的輸送送距離也具有有競爭力，從從而使中等容容量的輸電在在較短的輸送送距離也能與與交流輸電競競爭。此外，可可關(guān)斷的器件件組成換流器器，由于采用用可關(guān)斷的電電力電子器件件，可以免除除換相失敗之之虞，對(duì)受端端系統(tǒng)的容量量沒有要求，故故可用于向孤孤立小系統(tǒng)（海海上石油平臺(tái)臺(tái)、海島）的的供電，今后后還可用于城城市配電系統(tǒng)統(tǒng)，并用于接接入燃料電池池、光伏發(fā)電電等分布式電電源。2.5同同步開斷技術(shù)術(shù)同步開斷((SynchhronizzedSwwitchiing)是在電壓或或電流的指定定相位完成電電路的斷開或或閉合。在理理論上應(yīng)用同同步開斷技術(shù)術(shù)可完全避免免電力系統(tǒng)的的操作過電壓壓。這樣，由由操作過電壓壓決定的電力力設(shè)備絕緣水水平可大幅度度降低，由于于操作引起設(shè)設(shè)備（包括斷斷路器本身）的的損壞也可大大大減少。目目前，高壓開開關(guān)都是屬于于機(jī)械開關(guān)，開開斷的時(shí)間長長、分散性大大，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)準(zhǔn)確的定相相開斷。目前前的同步開斷斷設(shè)備是應(yīng)用用一套復(fù)雜的的電子控制裝裝置，實(shí)時(shí)測測量各種影響響開斷時(shí)間分分散性的參量量變化，對(duì)開開斷時(shí)刻的提提前量進(jìn)行修修正。即便采采取了這種代代價(jià)昂貴的措措施，由于機(jī)機(jī)械開關(guān)特性性決定，還不不能做到準(zhǔn)確確的定相開斷斷，設(shè)計(jì)人員員還不敢貿(mào)然然降低電氣設(shè)設(shè)備的絕緣水水平，以防同同步開斷失敗敗造成設(shè)備損損毀。因此，同同步開斷的優(yōu)優(yōu)勢沒有發(fā)揮揮出來。實(shí)現(xiàn)同步開開斷的根本出出路在于用電電子開關(guān)取代代機(jī)械開關(guān)。美美國西屋公司司已制造出13kV、600A、由GTO元件組成的的固態(tài)開關(guān)，安安裝在新澤西西州的變電站站中使用。GTO開斷時(shí)間可可縮短到1/3mms，這是一般般機(jī)械開關(guān)無無法比擬的?，F(xiàn)現(xiàn)在，由固態(tài)態(tài)開關(guān)構(gòu)成的的電容器組的的配電系統(tǒng)“軟開關(guān)”已問世。2.6未未來全可控的的電力系統(tǒng)現(xiàn)在的電力力系統(tǒng)由于還還依賴高壓機(jī)機(jī)械開關(guān)（油油斷路器、六六氟化硫斷路路器、真空開開關(guān)等）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)線路、設(shè)備備、負(fù)荷的投投切，尚不能能做到完全可可控。這是因因?yàn)闄C(jī)械的慢慢過程不可能能控制電的快快過程。“電網(wǎng)控制”目前只能做做到部分控制制，本質(zhì)上仍仍然是一個(gè)調(diào)調(diào)度員的決策策支持系統(tǒng)。如如果電力系統(tǒng)統(tǒng)的高壓機(jī)械械開關(guān)一旦被被大功率的電電子開關(guān)取代代，則電力系系統(tǒng)真正的靈靈活調(diào)節(jié)控制制便將成為現(xiàn)現(xiàn)實(shí)。3狀態(tài)維維修技術(shù)狀態(tài)維修技技術(shù)（CondiitionBaseddMainntenannce）可以包涵涵可靠性為中中心的維修技技術(shù)（RCM）和預(yù)測維維修技術(shù)（PDM）。3.1應(yīng)用用背景這2項(xiàng)技術(shù)術(shù)最初是應(yīng)用用于航空航天天系統(tǒng)，后來來移植應(yīng)用于于核電站的維維修，近年已已成功地用于于發(fā)電廠設(shè)備備的維修，并并正在用于輸輸變電設(shè)備的的檢修。電力系統(tǒng)的的可靠性在很很大程度上取取決于電力設(shè)設(shè)施的可靠性性。隨著電網(wǎng)網(wǎng)容量的增大大和用戶對(duì)供供電可靠性要要求的提高，維維修管理的重重要性日益顯顯現(xiàn)出來。維維修費(fèi)用占電電力成本的比比例也不斷提提高。一座現(xiàn)現(xiàn)代化核電站站的運(yùn)行維修修費(fèi)用已超過過燃料費(fèi)用。如如何采取合理理的維修策略略和正確決定定維修計(jì)劃，以以保證在不降降低可靠性的的前提下節(jié)省省維修費(fèi)用，便便成為電力部部門或負(fù)責(zé)設(shè)設(shè)備維修的公公司面臨的重重要課題。近年來，由由于電力體制制的改革，電電力設(shè)備的維維修也開始進(jìn)進(jìn)入市場，過過去電力部門門獨(dú)家負(fù)責(zé)設(shè)設(shè)備維修的局局面已被打破破，電力設(shè)備備制造部門也也開始介入維維修這一領(lǐng)域域。由于設(shè)備備制造商對(duì)設(shè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和和薄弱環(huán)節(jié)了了如指掌，加加上備品備件件來源有保證證，往往在承承接維修合同同的競爭中處處于有利地位位。電力部門對(duì)對(duì)于設(shè)備的運(yùn)運(yùn)行狀況十分分熟悉，對(duì)系系統(tǒng)中可能出出現(xiàn)的各種電電氣、熱、機(jī)機(jī)械應(yīng)力和氣氣象影響因素素十分了解，承承擔(dān)維修任務(wù)務(wù)也具有優(yōu)勢勢。競爭促進(jìn)進(jìn)了技術(shù)的發(fā)發(fā)展。過去電電力設(shè)備維修修常用的定時(shí)時(shí)檢修（TimebaseddMainntenannce）和以定時(shí)時(shí)檢修為基礎(chǔ)礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)決定延長或或縮短維修周周期的做法已已不能滿足需需要，需要發(fā)發(fā)展新技術(shù)。3.2主主要技術(shù)內(nèi)容容以可靠性為為中心的維修修（RCM）和預(yù)測性性維修是互相相緊密聯(lián)系而而又不同的2個(gè)技術(shù)領(lǐng)域域。以可靠性為為中心的維修修（ReliaabilittycenteeredMMainteenancee）是在對(duì)元元件的可能故故障對(duì)整個(gè)系系統(tǒng)可靠性影影響評(píng)估的基基礎(chǔ)上決定維維修計(jì)劃的一一種維修策略略。RCM技術(shù)在60年代末開始始發(fā)展起來。當(dāng)當(dāng)時(shí)由于寬體體客機(jī)的投運(yùn)運(yùn)，系統(tǒng)變得得十分復(fù)雜，航航空系統(tǒng)沿用用定時(shí)大修的的傳統(tǒng)方法在在經(jīng)濟(jì)上變得得不可接受。根根據(jù)元件故障障后果的嚴(yán)重重程度確定維維修計(jì)劃的RCM收到了良好好效果，使航航空系統(tǒng)可靠靠性提高。現(xiàn)現(xiàn)在RCM已成為全世世界幾乎所有有航空公司采采用的方法。80年代美國EPRI將RCM引入核電站站的維修，后后來又應(yīng)用于于火電廠，取取得了提高可可靠性和降低低維修費(fèi)用的的目的?，F(xiàn)在在正在研究變變電站設(shè)備的的RCM技術(shù)。預(yù)測性維修修（PrediictiveeMainntenannce）是根據(jù)對(duì)對(duì)潛伏故障進(jìn)進(jìn)行在線或離離線測量的結(jié)結(jié)果和其他信信息來安排維維修的技術(shù)。其其關(guān)鍵是依靠靠先進(jìn)的故障障診斷技術(shù)對(duì)對(duì)潛伏故障進(jìn)進(jìn)行分類和嚴(yán)嚴(yán)重性分析（CritiicalittyAnaalysiss）,以決定設(shè)備備（部件）是是否需要立即即退出運(yùn)行和和應(yīng)及時(shí)采取取的措施。綜上所述，電電力設(shè)備狀態(tài)態(tài)維修技術(shù)涉涉及復(fù)雜大系系統(tǒng)可靠性評(píng)評(píng)價(jià)、先進(jìn)的的傳感技術(shù)、信信息采集處理理技術(shù)、干擾擾抑制技術(shù)、模模式識(shí)別技術(shù)術(shù)、故障嚴(yán)重重性分析、壽壽命估計(jì)等領(lǐng)領(lǐng)域。3.3先先進(jìn)傳感器先進(jìn)的傳感感器(AdvaancedSensoor)是實(shí)現(xiàn)預(yù)測測性維修的重重要手段,是一個(gè)長盛盛不衰的研究究熱點(diǎn)。這是是因?yàn)?故障診斷技技術(shù)的發(fā)展首首先決定于能能否獲取盡可可能多的有用用信息，這是是數(shù)據(jù)處理和和診斷決策的的基礎(chǔ)。為了了提高故障診診斷水平，研研究各種新型型傳感器便成成為電力界的的研究熱點(diǎn)。原原來用于軍事事的傳感技術(shù)術(shù)，也有一部部分移植到電電力設(shè)備的狀狀態(tài)監(jiān)測上來來。例如，用用于鍋爐管道道高溫應(yīng)變測測量的光纖傳傳感器，是帶帶有內(nèi)部諧振振腔的光導(dǎo)纖纖維，它可直直接貼在被測測管道上。用用于測量鍋爐爐燃燒室中溫溫度的傳感器器，是用氧化化鋁保護(hù)的鉑鉑電阻，其測測量精度優(yōu)于于1%。美國電力研研究院已開發(fā)發(fā)出一種直接接測量分析油油中氣體的金金屬*.絕緣子*.半導(dǎo)體傳感感器，它可在在線直接測量量和分析油中中的4種氣體并監(jiān)監(jiān)視其變化趨趨勢，現(xiàn)已用用于一些電力力部門的變壓壓器。下一步步工作是把測測量微水的傳傳感器和它集集成起來，并并配合負(fù)荷電電流測量，弄弄清油中氣體體、水分隨負(fù)負(fù)荷的變化關(guān)關(guān)系。對(duì)紫外光下下發(fā)螢光的一一些傳感器，可可能會(huì)用于測測量發(fā)電廠中中的高溫和應(yīng)應(yīng)變。研究人人員還在研究究利用偏振光光遙測電場和和磁場的技術(shù)術(shù)，研究用壓壓電材料的薄薄膜來測量腐腐蝕和積塵，傳傳感器測得數(shù)數(shù)據(jù)的無線傳傳輸也是需要要解決的一個(gè)個(gè)重要問題。3.4故故障診斷的信信息處理技術(shù)術(shù)對(duì)采集到的的信號(hào)加工處處理，要比采采集信號(hào)本身身更為困難，信信號(hào)加工和處處理的目標(biāo)有有3：從現(xiàn)場中中大量的背景景干擾信號(hào)中中提取有用的的信號(hào)；根據(jù)據(jù)測得的信號(hào)號(hào)進(jìn)行故障分分類；判斷故故障的嚴(yán)重程程度，以便決決定設(shè)備是否否需要退出運(yùn)運(yùn)行。為抑制現(xiàn)場場測量中不可可避免的干擾擾，除了應(yīng)用用硬件濾波器器和數(shù)字濾波波技術(shù)以外，近近年的研究發(fā)發(fā)現(xiàn)小波變換換技術(shù)可有效效地濾除穩(wěn)態(tài)態(tài)信號(hào)（如現(xiàn)現(xiàn)場測試中經(jīng)經(jīng)常遇到的載載波信號(hào)干擾擾和噪雜聲干干擾)，可以把有有用信號(hào)從比比信號(hào)強(qiáng)幾個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)的干干擾中提取出出來。故障信號(hào)的的分類則是更更為困難的研研究課題。過過去用頻譜來來區(qū)分故障類類型的方法有有很大的局限限性。因?yàn)樵S許多不同類型型的故障信號(hào)號(hào)頻譜往往有有一部分甚至至大部分是重重疊的，在頻頻域內(nèi)很難加加以區(qū)分。研研究故障的“指紋特征”以及提取和和識(shí)別指紋特特征的方法便便成為故障診診斷研究的一一個(gè)重要的分分支。在研究究的故障分類類方法有：神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專專家系統(tǒng)、小小波分析、分分形維分析等等。4電磁兼兼容技術(shù)電磁兼容（EMC）是指設(shè)備備或系統(tǒng)在所所處的電磁環(huán)環(huán)境中能正常常工作且不對(duì)對(duì)該環(huán)境中任任何其他事物物構(gòu)成不能承承受的電磁騷騷擾的能力。電電磁兼容技術(shù)術(shù)是一門迅速速發(fā)展的交叉叉學(xué)科，涉及及電子、計(jì)算算機(jī)、通信、航航空航天、鐵鐵路交通、電電力、軍事以以至人民生活活各個(gè)方面。在在當(dāng)今信息社社會(huì)，隨著電電子技術(shù)、計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的的發(fā)展，一個(gè)個(gè)系統(tǒng)中采用用的電氣及電電子設(shè)備數(shù)量量大大增加，而而且電子設(shè)備備的頻帶日益益加寬，功率率逐漸增大，靈靈敏度提高，聯(lián)聯(lián)接各種設(shè)備備的電纜網(wǎng)絡(luò)絡(luò)也越來越復(fù)復(fù)雜，因此，電電磁兼容問題題日顯重要。電力系統(tǒng)中中，在電網(wǎng)容容量增大、輸輸電電壓增高高的同時(shí)，以以計(jì)算機(jī)和微微處理器為基基礎(chǔ)的繼電保保護(hù)、電網(wǎng)控控制、通信設(shè)設(shè)備得到廣泛泛采用。因此此，電力系統(tǒng)統(tǒng)電磁兼容問問題也變得十十分突出。例例如，集繼電電保護(hù)、通信信、SCADA功能于一體體的變電站綜綜合自動(dòng)化設(shè)設(shè)備，通常安安裝在變電站站高壓設(shè)備的的附近，該設(shè)設(shè)備能正常工工作的先決條條件就是它能能夠承受變電電站中在正常常操作或事故故情況下產(chǎn)生生的極強(qiáng)的電電磁干擾。此此外，由于現(xiàn)現(xiàn)代的高壓開開關(guān)常常與電電子控制和保保護(hù)設(shè)備集成成于一體，因因此，對(duì)這種種強(qiáng)電與弱電電設(shè)備組合的的設(shè)備不僅需需要進(jìn)行高電電壓、大電流流的試驗(yàn)，同同時(shí)還要通過過電磁兼容的的試驗(yàn)。GIS的隔離開關(guān)關(guān)操作時(shí)，可可以產(chǎn)生頻率率高達(dá)數(shù)兆赫赫的快速暫態(tài)態(tài)電壓。這種種快速暫態(tài)過過電壓不僅會(huì)會(huì)危及變壓器器等設(shè)備的絕絕緣，而且會(huì)會(huì)通過接地網(wǎng)網(wǎng)向外傳播，干干擾變電站繼繼電保護(hù)、控控制設(shè)備的正正常工作。隨隨著電力系統(tǒng)統(tǒng)自動(dòng)化水平平的提高，電電磁兼容技術(shù)術(shù)的重要性日日益顯現(xiàn)出來來。4.1電電磁兼容技術(shù)術(shù)的主要內(nèi)容容和發(fā)展趨勢勢電力系統(tǒng)電電磁兼容