2前沿1分析.docx
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2前沿1分析
报告成绩:
重庆邮电大学
2015-2016学年2学期
“电气工程前沿”课程综合设计报告
题目
电力前沿技术的现状和前景
姓名:
刘东麟
班级:
0831303
学号:
2013212467
题目要求
(必须打印)
阅读一定数量(不低于10份)的电气工程前沿相关文献,上网查询相关资料,结合讨论的情况与结果,围绕电气工程某一研究前沿方向,撰写一份综合报告。
要求每个学生要有个人见解(分析、总结),不照搬书本内容,应独立完成,正文字数不少于2000字,格式规范,参考文献要在正文中引用,参考文献引用得当,电子版打印,打印后,由各班学习委员统一交到自动化学院电气工程系办公室。
格式规范参考如下:
摘要
XXXXXXXX(200-300字)
关键词:
XX;XX;XX(3-5个)
正文格式规范如下:
一、一级标题
正文样式
1、二级标题
正文样式
⑴三级标题
正文样式
①四级标题
正文样式
.
参考文献
[1]郭梯云,邬国扬,李建东.移动通信[M].西安电子科技大学出版社,2001.(书籍样式)
[2]董晓芳,孙岩,陈仁贵等.自行研制仪器设备的规范化管理[J].实验技术与管理,2007,24(5):
163-165.(期刊文献样式)
“电气工程前沿”课程综合设计报告成绩评定标准
(必须打印)
综合报告成绩评定标准:
A.对所撰写的电气工程某一前沿方向研究内容的把握情况;
B.对所撰写的电气工程某一前沿方向研究的关键技术的了解情况,重点难点的把握情况;
C.对所撰写的电气工程某一前沿方向研究的未来发展方向的展望情况;
D.格式是否规范;
E.参考文献格式是否规范;
F.参考文献是否在正文中引用;
G.参考文献是否实际引用;
H.是否有错别字和低级错误;
I.是否文不对题;
J.是否抄袭其他同学。
摘要
“电力技术是通向可持续发展的桥梁”,这个论断已经逐渐成为人们的共识。
研究表明,为了实现可持续发展,应尽可能把一次能源转换为电能使用,提高电力在终端能源中的比例。
因为,在保证相同的能源服务水平的前提下,使用电力这种优质能源最清洁、方便,易于控制、效率最高。
如果能将大量分散燃用的化石燃料都高效洁净地转换为电力使用,人们赖以生存的环境和生活质量就会大大改善。
关键词:
电力技术前沿技术发展前景
目录
一、电力技术发展应用1
二、大功率电力电子技术的应用硅片引起的“第二次革命”1
2.1大功率电力电子器件的重大进展1
2.2灵活交流输电技术(FACTS)1
2.3定质电力技术3
2.4新型直流输电技术4
2.5同步开断技术4
三、心得体会及展望4
3.1心得体会4
3.2展望5
四、参考文献5
一、电力技术发展应用
“电力技术是通向可持续发展的桥梁”,这个论断已经逐渐成为人们的共识。
研究表明,为了实现可持续发展,应尽可能把一次能源转换为电能使用,提高电力在终端能源中的比例。
因为,在保证相同的能源服务水平的前提下,使用电力这种优质能源最清洁、方便,易于控制、效率最高。
如果能将大量分散燃用的化石燃料都高效洁净地转换为电力使用,人们赖以生存的环境和生活质量就会大大改善。
因此,电能高效洁净地生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为下世纪电力技术的重点领域。
电力技术属于传统技术的范畴,技术创新和出现重大突破的机会要比信息科学、生命科学、材料科学等新兴学科少得多。
但是,应该看到,电力技术与其他学科的相互交叉和渗透的趋势越来越明显。
电力研究的一些前沿课题反映了这种趋势。
二、大功率电力电子技术的应用硅片引起的“第二次革命”
2.1大功率电力电子器件的重大进展
电力电子学(Power Electronics)的应用已经有多年的历史。
电力电子学器件用于电力拖动、变频调速、大功率换流已经是比较成熟的技术。
大功率电子器件(High Power Electronics)的快速发展也引起了电力系统的重大变革,通常称为硅片引起的第二次革命。
近10多年来,可控整流器(SCR)、可关断的晶闸管(GTO)、MOS控制的晶闸管(MCT)、绝缘门极双极性三极管(IGBT)等大功率高压开关器件的开断能力不断提高。
目前,已经生产出6 kA、6 kV的GTO,单个元件的开断功率可达到30 MW左右,这无疑是一个巨大的进步。
近年来,大功率电子器件已经广泛应用于电力的一次系统。
可控硅(晶闸管)用于高压直流输电已经有很长的历史。
大功率电子器件应用于灵活的交流输电(FACTS)、定质电力技术(Custom Power)以及新一代直流输电技术则是近10年的事。
新的大功率电力电子器件的研究开发和应用,将成为下世纪的电力研究前沿。
2.2灵活交流输电技术(FACTS)
灵活的交流输电系统(FACTS)是80年代后期出现的新技术,近年来在世界上发展迅速。
专家们预计在未来这项技术将在电力输送和分配方面将引起重大变革,对于充分利用现有电网资源和实现电能的高效利用,将会发挥重要作用。
灵活交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合以实现对电力系统电压、参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续调节控制,从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平,降低输电损耗。
FACTS技术的出现和应用的背景是:
(1)发展电力市场的需要。
原作为公用事业之一的电力面临着“放松管制”(Deregulation)的改革。
一些国家颁布法令规定用户可以发电并售电给电网,允许电力用户可自由选择供电者,允许实行趸售托送(Wholesale Wheeling),某些地区甚至允许实行电力零售托送。
发电厂和电力用户可以根据协议通过电网售受电力。
电网作为电力市场的物质载体,即发电厂和电力用户间电力输送和分配的通道,需要满足对电力潮流灵活调节控制的要求,而常规的交流输电系统却很难适应这一变化。
(2)发展互联电网的需要。
在发达国家已形成了紧密相连、多电压等级的复杂互联电网。
由于电路定则使然,电网内部线路及联络线在运行中实际的潮流分布与这些线路的设计输送能力相差甚远;一部分线路已过载或接近稳定极限,而另一部分线路却被迫在远低于线路额定输送容量下运行。
这就提出了灵活调节线路潮流、突破瓶颈限制、增加输送能力,以充分利用现有电网资源的要求。
发达国家由于环保的严格限制,新建输电线路十分困难,使得这一要求更为迫切。
传统的调节电力潮流的措施,如机械控制的移相器、带负荷调变压器抽头、开关投切电容和电感、固定串联补偿装置等,只能实现部分稳态潮流的调节功能,而且,由于机械开关动作时间长、响应慢,无法适应在暂态过程中快速灵活连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。
因此,电网发展的需求促进了灵活交流输电这项新技术的发展和应用。
近年来,灵活交流输电技术已经在美国、日本、瑞典、巴西等国重要的超高压输电工程中得到应用。
尽管灵活交流输电技术已在多个输电工程中得到应用,并证明了它在提高线路输送能力、阻尼系统振荡、快速调节系统无功、提高系统稳定等方面的优越性能,但其推广应用的进展步伐比预期的要慢。
主要原因有:
工程造价比常规的解决方案高,因此,只有在常规技术无法解决的情况下,用户才会求助于FACTS技术;FACTS技术还需要进一步完善。
目前FACTS技术的应用还局限于个别工程,如果大规模应用FACTS装置,还要解决一些全局性的技术问题,例如:
多个FACTS装置控制系统的协调配合问题;FACTS装置与已有的常规控制、继电保护的衔接问题;FACTS控制纳入现有的电网调度控制系统问题等等。
也有专家认为,FACTS技术尚不能更快推广应用是因为电力部门对新技术持谨慎观望态度,只有相当成熟的技术才会大规模应用。
随着电力电子器件的性能提高和造价降低,以电力电子器件为核心部件的FACTS装置的造价会降低,可能会在不远的将来比常规的输配电方案更具竞争力。
国际大电网会议展开了有关STATCOM与SVC性能价格比的讨论,不少专家认为,由于STATCOM不需要采用大量的电容器就可以实现无功的快速调节,而电容器的价格多年比较稳定,不大可能大幅度下降;相反,电力电子器件的价格会不断降低,故预计STATCOM会比SVC(静止无功补偿器)更有竞争力。
若将超导储能装置与STATCOM配合,可以实现系统有功功率的快速调节,这是以往任何的常规设备不能胜任的。
FACTS技术也在不断改进,一些新的FACTS装置被开发出来,例如可转换静止补偿器(Convertible Static Compensator),它由多个同步电压源逆变器构成,可以同时控制2条以上线路潮流(有功、无功)、电压、阻抗和相角,并能实现线路之间功率转换。
可转换静止补偿器具有下列功能:
(1)静止同步补偿器的并联无功补偿功能;
(2)静止同步串联补偿器的功能;(3)综合潮流控制器功能;(4)控制2条线路以上潮流的线间潮流控制(IPFC)功能;CSC被认为是第3代灵活交流输电装置。
电力电子器件的发展趋势是:
一方面研制经济性能好的器件,以便降低设备造价;另一方面,研制开断功率更大的高性能器件。
最近,国外公司宣布研制成功以碳化硅(SiC)为基片的电力电子器件。
基片的耐压和热容量可大幅度提高,而元件的损耗却大大降低,从而使元件的断开功率可望有数量级的飞跃。
这预示用电子高压断路器取代机械的高压断路器(油断路器、六氟化硫断路器、真空开关等)已成为现实的可能。
如果电力系统的高压机械开关一旦被大功率的电子开关取代,则电力系统完全的灵活调节控制便将成为现实。
2.3定质电力技术
定质电力(Custom Power)技术是应用现代电力电子技术和控制技术为实现电能质量控制,为用户提供用户特定要求的电力供应的技术。
现代工业的发展对提高供电的可靠性、改善电能质量提出了越来越高的要求。
在现代企业中,由于变频调速驱动器、机器人、自动生产线、精密的加工工具、可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用,对电能质量的控制提出了日益严格的要求。
这些设备对电源的波动和各种干扰十分敏感,任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下降,产生重大损失。
重要用户为保证优质的不间断供电,往往自己采取措施,如安装不间断电源(UPS),但是这并不是经济合理的解决办法。
根本的出路在于供电部门能根据用户的需要,提供可靠和优质的电能供应。
因而,便产生了以电力电子技术和现代控制技术为基础的定质电力技术(Custom PowerTechnology)。
为提高配电网无功调节的质量,已开发出用于配电网的静止无功发生器(DSTATCOM)。
它由储能电路、GTO或IGBT变换电路和变压器组成。
它的功能是快速调节电压,发生和吸收电网的无功功率,同时可以抑制电压闪变。
这是“定质电力”的关键设备之一。
此外,静止无功发生器和固态开关配合,可在电网发生故障的暂态过程中保持电压恒定。
另一关键设备是动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer),它由直流储能电路、变换器和级次串联在供电线路中的变压器构成。
变换器根据检测到的线路电压波形情况,产生补偿电压,使合成的电压动态保持恒定。
无论是短时的电压低落或过电压,通过DVR均可以使负载上的电压保持动态恒定。
2.4新型直流输电技术
直流输电已是成熟技术。
造价较高是其与交流送电竞争的不利因素。
新一代的直流输电是指进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术。
直流输电性能创新的典型例子是轻型直流输电系统(Light HVDC),它采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器,省去了换流变压器,整个换流站可以搬迁,可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力,从而使中等容量的输电在较短的输送距离也能与交流输电竞争。
此外,可关断的器件组成换流器,由于采用可关断的电力电子器件,可以免除换相失败之虞,对受端系统的容量没有要求,故可用于向孤立小系统(海上石油平台、海岛)的供电,今后还可用于城市配电系统,并用于接入燃料电池、光伏发电等分布式电源。
2.5同步开断技术
同步开断(Synchronized Switching)是在电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。
在理论上应用同步开断技术可完全避免电力系统的操作过电压。
这样,由操作过电压决定的电力设备绝缘水平可大幅度降低,由于操作引起设备(包括断路器本身)的损坏也可大大减少。
目前,高压开关都是属于机械开关,开断的时间长、分散性大,难以实现准确的定相开断。
目前的同步开断设备是应用一套复杂的电子控制装置,实时测量各种影响开断时间分散性的参量变化,对开断时刻的提前量进行修正。
即便采取了这种代价昂贵的措施,由于机械开关特性决定,还不能做到准确的定相开断,设计人员还不敢贸然降低电气设备的绝缘水平,以防同步开断失败造成设备损毁。
因此,同步开断的优势没有发挥出来。
实现同步开断的根本出路在于用电子开关取代机械开关。
美国西屋公司已制造出13 kV、600A、由GTO元件组成的固态开关,安装在新泽西州的变电站中使用。
GTO开断时间可缩短到1/3 ms,这是一般机械开关无法比拟的。
现在,由固态开关构成的电容器组的配电系统“软开关”已问世。
3、心得体会及展望
3.1心得体会
现在的时代是一个“知识爆炸”的时代,知识的产生、更新速度非常之快。
所以尽早了解电气工程的前景是非常必要的,这可以帮助我们尽早把握电气工程的发展方向,为进一步深入研究本专业打下扎实的基础。
这门前沿课程,就电气专业的发展史、专业特点、专业知识结构与应用领域进行全面介绍,对我专业方向选择起到了指导的作用,也开阔了我的视野。
通过这几周电气工程前沿这门课程的学习,使我们认识到本专业的性质、特点、发展以及所学技术的作用和地位,了解与本专业相关行业的工程现状和发展趋势,树立正确的专业思想和学习观,鼓励在教育思想、办学方法上大胆创新。
全面培养学生的素质,就是要培养学生德才兼备,合格的公民,就要加强学生的人文科学素养,这种素养只有通过系统学习历史、经济以及法律等具有丰富人文内涵的知识才能养成,培养良好心理素质和沟通能力,培养团队精神才能适应社会的需要和未来的挑战;培养具有创新能力的人才,就必须用最先进的理念和知识武装我们学生,就要有克服重重困难,精益求精,追求卓越的勇气和毅力。
只有具有这些素养的人,才有可能成为杰出的人才。
3.2展望
现在的电力系统由于还依赖高压机械开关(油断路器、六氟化硫断路器、真空开关等)实现线路、设备、负荷的投切,尚不能做到完全可控。
这是因为机械的慢过程不可能控制电的快过程。
“电网控制”目前只能做到部分控制,本质上仍然是一个调度员的决策支持系统。
如果电力系统的高压机械开关一旦被大功率的电子开关取代,则电力系统真正的灵活调节控制便将成为现实。
四、参考文献
[1]张全元变电运行现场技术问答.北京:
中国电力出版社2004
[2]上海市电力公司、上海超高压输变电公司编变电运行操作技能必读北京:
中国电力出版社2004
[3]邢道清、王德忠变电运行值班工.山东省:
机械工业出版社2001
[4]沈世锐等电工学问题分析与解题指导北京中央广播电视大学出版社1987
[5]华田生发电厂和变电所电气设备的运行北京水力电力出版社1982
[6]国家劳动总局电气安全技术上海上海科学技术出版社1988
[7]清华大学、西安交通大学高电压绝缘北京电力工业出版社1980
[8]陈芝涛变电站配电室运行维护管理呼和浩特内蒙古人民出版社1987
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