电力电子技术及在电力系统中的应用现状及前景
- 格式：pdf
- 大小：146.91 KB
- 文档页数：4
电力电子技术及在电力系统中的应用现状及前景
方舒燕
!郑州电力高等专科学校"郑州450004#
摘!要!介绍了电力电子技术的发展和在电力系统发电 输电 配电等各系统中的应用 并预测了其发展趋势及在
电力系统中的应用前景
关键词!电力电子技术 电力系统 直流输电
中图分类号!TM46文献标识码!A文章编号!1003-6520"2005#05-0064-03
ApplicationofPowerelectronicTechnologyinelectricPowerSystems
FANGShuyan
ZhengZhouElectricPowerCollege ZhengZhou450004 China
Abstract!Thepaperdescribesthedevelopmentandtheapplicationofpowerelectronictechnologyinelectricpower
systems.Futuredevelopmenttrendisgiveninthepapertoo.
Keywords!powerelectronictechnology$electricpowersystems$~VDC$transmission
0!前!言
电力电子技术是综合了电子技术 控制技术和
电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科 1
作为一门学科 其发展始于1956年贝尔实验室发明
晶闸管 其后经历了上世纪六七十年代的整流器时
代 工频 七八十年代的以0!100~Z的GTR
GTO为主角的变频调速 高压直流输出 静止或无
功补偿等中低频范围应用的逆变器 变频器时代 至
八九十年代以功率MOSFET和IGBT为代表 集
高频 高压和大电流于一身的功率半导体复合器件
的出现 表明以低频技术处理问题为主的传统电力
电子技术已进入以高频技术处理问题为主的现代电
力电子时代
电力电子技术是电工技术中的新技术 是电力
与电子技术 强电和弱电技术 的融合 已在国民经
济中发挥着巨大作用 对未来输电系统性能将产生
巨大影响 目前电力电子技术的应用已涉及电力系
统的各个方面 包括发电环节 输配电系统 储能系
统等等 其有关最新研究成果介绍如下 2!8
l!发电系统
电力电子技术在发电环节的应用以改善发电机
组等多种设备的运行特性为主
1 大型发电机的静止励磁控制 晶闸管整流自
并励静止励磁结构简单 可靠性高造价低 已为世界
各大电力系统广泛采用 因省去中间惯性环节励磁
机 故而调节快速 利于先进的控制规律充分发挥作用并产生良好的控制效果
2 水力 风力发电机的变速恒频励磁 为获得
水力 风力发电的最大有效功率 应使机组变速运
行 作为技术核心的变频电源通过调整转子励磁电
流的频率 使其与转子转速叠加后保持定子频率即
输出频率恒定
3 发电厂风机水泵的变频调速 发电厂的厂用
电率平均为8% 而风机水泵耗电量约占火电设备
总耗电量的65%且运行效率低 但若用变频调速则
可节能 低压变频器技术已非常成熟 但可生产高
压大容量变频器的企业不多
4 太阳能发电控制系统 太阳能电池阵列直流
电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功
能的逆变器 日本以3!4kW的户用并网发电系统
为主 我国以10!15kW的独立系统居多 美国则
有7.2MW太阳能发电厂的大型系统
2!输电系统
2.1!柔性交流输电技术
电力电子技术与现代控制技术结合的柔性交流
输电技术 FACTS 对电力系统电压 参数 如线路
阻抗 相位角 功率潮流的连续调控可大幅降低输
电损耗 提高输电能力和系统稳定水平 FACTS
控制器已有数十种 包括静止无功补偿器 SVC 静
止调相机 STATCOM 串联补偿器 SSSC 晶闸
管控制串联电容器 TCSC 统一潮流控制器 UP-
FC 可转换静止补偿器 CSC 等 都是通过快速
精确 有效地控制电力系统中一个或几个变量 如电 46 第31卷第5期
2005年!!5月高!电!压!技!术
~ighVoltageEngineeringVol.31No.5May.!2005!!
压\功率\阻抗\短路电流\励磁电流等)来增强交流
输电或电网的运行性能G近年来柔性交流输电技术
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9国内也有深入的研究和开发9但
只有清华大学和河南省电力公司联合开发的 20
MVA新型静止无功发生器(ASVG)具有自主知识
产权 9!15 G国内外典型运用见表1G
表l!FACTS设备的典型运用实例
Tab.l!exampleofapplicationofFACTSe
设备名称单机参数投运
年份制造单位
STATCOM1MVA
10MVA
80MVA
50MVA
100MVA
20MVA1986
1988
1991
1992
1996
1999W~\EPRI
GE三菱
东芝\日立
W~\EPRI河南电业局
\清华大学
TCSC250kV9500MVA
250kV9267MVA1992
1993SIEMENS
EPRI
\GE
UPFC138kV系统
SSSCC160MVA
STATCOMC160MVA1998W~
\EPRI
CSC345kV系统
SSSCC180MVA
STATCOMC200MVA2002NYPC9EPRI
2.2!高压直流输电技术(~VDC)
远距离高压直流输电优越性很多C相同的电压
和导线截面下输出极限功率大(无电抗压降9无稳定
性问题)9传送相同的功率时损耗小\压降小9线路投
资低G但直流输电线路首\末端要接入晶闸管(半控
型器件)相控整流和有源逆变器9它们都以三相全控
桥电路为基本单元9即由多个三相桥变换器串\并联
组合成复合结构变换器9每个三相桥变换器中的A\
B\C三相上下桥臂又由许多晶闸管串联组成 16!18 G
1970年世界上第一项晶闸管换流阀试验工程
在瑞典建成标志着电力电子技术正式用于直流输
电9此后新建直流输电工程均采用晶闸管换流阀G
新一代~VDC技术采用GTO\IGBT等可关断器件
及脉宽调制(PWM)等技术G因省去了换流变压器9
整个换流站可以搬迁9可使中型直流输电工程在较
短的输送距离也具有竞争力G而且可关断电力电子
器件可避免换相失败9对受端系统的容量没有要求9
故可用于向孤立小系统(海上石油平台\海岛)\城市
配电系统供电以及接入燃料电池\光伏发电等分布
式电源G目前全球已建直流输电工程超过60项9其
典型工程有C巴西伊泰普直流输电工程9 600kV
电压\6300MW输送功率9均为已投运工程的世界
之最 魁北克 新英格兰直流输电工程是世界最大
的多端(5个换流站)直流输电工程 挪威 丹麦直
流输电工程有世界最长的242km海底电缆G我国的直流输电工程发展迅速9已投入运行的
大型工程有C1990年葛洲坝 上海直流输电工程9
500kV91200MW91064km 2001年天生桥
广州直流输电工程9 500kV91800MW9980km
2003年三峡 常州直流输电工程9 500kV93000
MW9890km 2004年三峡 广州直流输电工程9
500kV93000MW9962kmG
近年来9直流输电技术又有新的发展9轻型直流
输电采用IGBT等可关断电力电子器件组成换流器
并用脉宽调制技术无源逆变9可向无交流电流的负
荷点送电9同时大幅度简化设备9降低造价G世界首
个IGBT电压源换流器的轻型直流输电工业性试验
工程1997年投运G
2.3!静止无功补偿器(SVC)
SVC以晶闸管为基本元件的固态开关替代电
气开关快速\频繁地控制电抗器和电容器来改变输
电系统导纳G不同回路结构的SVC可按控制的对
象及方式不同分为晶闸管设切电容器(TSC)\晶闸
管投切电抗器(TSR)或晶闸管控制电抗器(TCR)G
我国输电系统5个500kV变电站所用SVC型式为
TCR加TSC或机械投切电容器组9容量105!170
MVA9均非国产 工业应用TCR约20套9容量在
10!55MVA9小半国产G低压380V系统有各类
TSC型国产无功补偿设备运行9但至今我国的输变
电系统仍无国产SVC运行G
3!配电系统
用户电力(CP)技术是电力电子技术和现代控
制技术在配电系统中的应用9它和FACTS技术是
快速发展的姊妹型新技术9二者的共同基础技术是
电力电子技术9各自的控制器在结构和功能上也相
同9其判别仅是额定电气值不同G后者用于交流输
电系统加强其可控性9增大其传输能力 前者用于配
电系统9加强供电可靠性和提高供电质量9目前二者
已逐渐融合于一体9即所谓的DFACTS技术G典型
的CP产品有动态电压恢复器(DVR)9固态断路器
(SSCB)\故障电流限制器(FCL)9统一电能质量调
节器(P@C)等G
4!其他应用
4.1!同步开断技术
同步开断是在电压或电流的指定相位完成电路
的断开或闭合9使由操作过电压决定的电力设备绝
缘水平可大为降低9操作引起设备(包括断路器本
身)的损坏也大为减少G目前高压开关均为机械开
关9不能准确定相开断9同步开断的优势没有发挥9 56 !2005年5月高!电!压!技!术第31卷第5期
