课程内容 第一章 电力系统的柔性化技术 第二章 电力变换电路与控制 第三章 发电领域的电力电子技术 第四章 直流输电技术 第五章 输电系统柔性并联补偿 第六章 输电系统柔性串联及混合补偿 第七章 柔性化用电与负荷特性 传统电力系统构成 L1 L2 L3 L4 L5 220KV 500KV 220KV 110KV 110KV 10KV 10KV 380V 6KV 第一节：传统电力系统的构成与特点 第一章 电力系统的柔性化技术 传统电力系统的构成主要包括：发电机、 变压器、传输线、电缆、电容器组、直 接实现电能转换的用电设备及保护与控 制设备。 单机无穷大系统,以空载电动势和同步电抗表示的功角关系: 变压器的有载调压开关可具有调节高压线路无功潮流的作用。 (3）架空输电线路 4个参数： 由导体电阻率引起的串联电阻R， 由相与地之间漏电流引起的并联电导G， 由导体周围磁场引起的串联电感L， 由导体之间的电场引起的并联电容C。 线路的功率传输特性 （只考虑在功率传输分析中起主导作用的电感参数） 缺点：改变潮流的局限性 (4)负荷 电压、频率调节特性较差，即负荷从系统取用 的功率随系统电压、频率的波动而发生变化。 这对于电力系统的稳定运行往往是有利的，但 对用电设备的稳定运行则是不利的。 传统的电力系统特点 发、供、用必需同时完成发、供、用必需同时完成 各机组必需严格同步各机组必需严格同步 潮流只能由系统阻抗决定潮流只能由系统阻抗决定 供电模式单一供电模式单一 电能质量只能实现静态调节电能质量只能实现静态调节 负载电力调节特性差负载电力调节特性差 负载电能利用效率低负载电能利用效率低 现代社会对电力需求的新特点 控制灵活、形式多样的控制灵活、形式多样的发电发电系统：系统： 出力动态调节的需求出力动态调节的需求 分布式发电技术的发展分布式发电技术的发展 潮流可控潮流可控、安全稳定的安全稳定的输电输电系统系统: : 电力市场发展的需求电力市场发展的需求 远距离远距离、大功率大功率、高电压电能传输的需求高电压电能传输的需求 模式多样模式多样、质量可控的质量可控的配电配电系统系统： 分布电源技术发展与应用的需求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动态电能质量控制的需求 可控性好可控性好、高效节能的高效节能的用电用电系统系统： 用电设备控制特性的需求用电设备控制特性的需求 节能与环保的需求节能与环保的需求 1.2电力系统柔性化的必要性 现代社会对电力需求的新特点 控制灵活、形式多样的控制灵活、形式多样的发电发电系统：系统： 出力动态调节的需求出力动态调节的需求 分布式发电技术的发展分布式发电技术的发展 潮流可控潮流可控、安全稳定的安全稳定的输电输电系统系统: : 电力市场发展的需求电力市场发展的需求 远距离远距离、大功率大功率、高电压电能传输的需求高电压电能传输的需求 模式多样模式多样、质量可控的质量可控的配电配电系统系统： 分布电源技术发展与应用的需求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动态电能质量控制的需求 可控性好可控性好、高效节能的高效节能的用电用电系统系统： 用电设备控制特性的需求用电设备控制特性的需求 节能与环保的需求节能与环保的需求 传统电力技术应用的应用及其局限 传统电力技术的应用：传统电力技术的应用： 新建电力传送线路；新建电力传送线路； 负荷中心建立电厂；负荷中心建立电厂； 局限：局限： 电力市场使投资风险增加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；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；无法应对非线性负荷的快速增长； 无法应对分布电源的作用；无法应对分布电源的作用； 无法满足高电能质量的要求无法满足高电能质量的要求； 解决之道! 柔性电力技术柔性电力技术 可对电能进行变换与调节的技术可对电能进行变换与调节的技术 FACTS CUSTOM POWER 柔性电力技术概念图 L1 L3 L4 L5 220KV 220KV 110KV 110KV 10KV 380V 6KV SVG SMES SVC D.G. A.F. D-SVG D-SVC VFD UPS F.C. TCSC UPFC HVDC ASPS SCB SCB DVR TCTC HVDC Light L1 UPQR 1.3 柔性电力技术的概念、分类和应用示柔性电力技术的概念、分类和应用示 例例 柔性交流输电（柔性交流输电（FACT）-Flexible AC Transmission 1、发电领域中的柔性化技术、发电领域中的柔性化技术 1 1）可变速抽水蓄能技术）可变速抽水蓄能技术 (ASPS，Adjustable Speed Pump storage) 可变速抽水蓄能机组采用交一交变频器，可变速抽水蓄能机组采用交一交变频器， 将系统工频将系统工频 50Hz50Hz60Hz60Hz变为转子滑差对应的频率作用于转子绕组进行变为转子滑差对应的频率作用于转子绕组进行 励磁，实现机组的非同步运行。励磁，实现机组的非同步运行。 2）风力发电中的双馈感应发电技术）风力发电中的双馈感应发电技术 (DFIG，Double Feed Induction Generator) 功率器件采用全控器件。功率较小、滑差调节范围大功率器件采用全控器件。功率较小、滑差调节范围大 4）静止励磁系统（）静止励磁系统（SEStatic Exciting） 静止励磁方式中整个励磁回路无旋转部件。核心电路是由可控交静止励磁方式中整个励磁回路无旋转部件。核心电路是由可控交 流一直流变换电路。由于能够几乎瞬间地响应各控制量，对提高流一直流变换电路。由于能够几乎瞬间地响应各控制量，对提高 电力系统的控制性能发挥很大作用。电力系统的控制性能发挥很大作用。 5) 新的发电方式新的发电方式 3）太阳能发电中的功率调节技术太阳能发电中的功率调节技术 (PC，Power conditioning) 太阳能电池所产生的电能随太阳光强、环境温度及负载情况太阳能电池所产生的电能随太阳光强、环境温度及负载情况 会发生变化，太阳能发电系统中必须加入功率调节环节以实会发生变化，太阳能发电系统中必须加入功率调节环节以实 现控制、保护、降低损耗及尽可能地使系统工作在太阳能最现控制、保护、降低损耗及尽可能地使系统工作在太阳能最 大发电状态。大发电状态。 功率调节通常包括阻断二极管、直流一直流斩波器及直流一功率调节通常包括阻断二极管、直流一直流斩波器及直流一 交流逆变器。交流逆变器。 2输电环节的柔性化技术输电环节的柔性化技术 1）高压直流输电高压直流输电（HVDC High Voltage DC） 高压直流输电通常采用可控整流和有源逆变的方式 实现两个交流电网的互联。 2）静止无功补偿器静止无功补偿器（SVC-Static Var Compensator ） 传统电力系统中的发电机组以严格同步方式连接至一起。 通过功角与出口电压的调节实现输出有功与无功的调整。 SVC通过控制晶闸管的导通角，调节整个装置的等效阻 抗，从而可给系统注入无功或吸收无功。 3）静止无功发生器静止无功发生器（ SVG-Static Var Generator） 由全控器件的电压型逆变器构成，具有响应速度快、 谐波小，调节性能好等特点。 4）可控串联补偿设备可控串联补偿设备 （TCSC-Thyristor Controlled Series Compensator) 其工作原理于SVC相仿，但串接在线路中，从而动态调节线 路的等效阻抗，对提高交流输电线的传输能力、抑制低频 振荡和次同步振荡都由积极作用。 6)静止同步串联补偿器静止同步串联补偿器 (SSSC-Static Synchronous Series Compensator) 通常采用多电平电压源型逆变器，将直流电压逆变为 与系统频率一致的交流电压，通过串联变压器接人输 电线路。直流侧多采用电容器，因此逆变器除从电网 吸收装置线路、器件的损耗外，主要与电网进行无功 功率的交换。 5）统一潮流控制器统一潮流控制器 （UPFC-Uniform Power Flow Controller） 统一潮流控制器是并联补偿和串联补偿的结合。并 联部分通常由不控或半控器件构成，串联部分则由 全控器件构建。通过在交流输电线路中注入大小与 相位都可控的等效电源，改变电网的潮流分布。 3配电网中的柔性化技术配电网中的柔性化技术 1) 有源电力滤波器（有源电力滤波器（APF-Active Power Filter） 有源电力滤波器的拓扑结构与DSVG相似。控制方法 上采用补偿负载电流与正弦基波电流的差值为目标，实 现谐波的动态消减。 2）固态断路器（）固态断路器（SCB-Solid state Circuit Breaker） 这类断路器使用电力电子器件，实现不同电源间的快速切 换。为降低功耗，这类开关同时并接有机械开关， 电力 电子开关用作电路的快速切换，机械电力电子开关用作正 常工作时电流的流通。 3）不间断电源（）不间断电源（Uninterruptible Power Supply） 交流不间断电源的核心是通过整流电路对储能元件充电， 通过逆变电路从储能元件中提取能量。以负载所要求的 交流电源方式供电。 4）轻型直流输电轻型直流输电（HVDCLight） 轻型直流输电采用全控器件，按基于电压源方式的逆变器 (VSI)构成变换电路，可用于弱受端电网或受端无电源的 系统的供电，孤岛、城区等环境的供电中有发展前景。 5）配网静止无功补偿器（）配网静止无功补偿器（Distribution-SVC） 直接用于波动负载的补偿，响应速度快，价格便宜直接用于波动负载的补偿，响应速度快，价格便宜 8）配电系统超导储能配电系统超导储能（DSMES） 连接于直流侧，串联部分可注入有功功率，实现较严 重的暂降甚至短时中断的补偿 9）统一电能质量调节器统一电能质量调节器（Uniform Power Quality Regulator） UPQR通常直接与敏感负荷连接，可对电力系统中出现 的几乎所有电能质量问题进行调节。 6）配网静止无功发生器（）配网静止无功发生器（Distribution-SVG） 具体结构依据电压等级和响应要求 7）动态电压调节器）动态电压调节器 （DVR-Dynamic Voltage Regulator） 与UPFC类似。主要用于电压暂降的抑制和电压谐 波的补偿 4用电设备的柔性化技术 1）电动机的变频调速电动机的变频调速 （VFD-Variable Frequency Drive） 2）中频感应加热中频感应加热 （MFIH- Medium Frequency Induction Heating） 3）电力电子镇流器电力电子镇流器 （ EB-Electronic Ballast） 4）开关电源开关电源 （ SMPS-Switch Mode Power Supplie） 这些设备通过适当的方式进行连接，组成有机整体，确这些设备通过适当的方式进行连接，组成有机整体，确 保电力系统在任何时刻都能够产生充足的电能满足系统保电力系统在任何时刻都能够产生充足的电能满足系统 负荷的要求。负荷的要求。 1、按控制方式分类： (1)不可控器件。 (2)半控器件。 (3)全控器件。 2、典型器件 (1)功率二极管 1.4 电力电子器件的基本特性与发展电力电子器件的基本特性与发展 伏安特性伏安特性：正向通态压降正向通态压降UF， 0.71.2V；反向漏电流；反向漏电流IS，数十数十