电力系统新技术课程课件

电力系统新技术

TheNEWTechnologyofPowerSystem

1内容简介

我国电力系统的现状与发展发电新技术：核电、风电、太阳能光伏发电输电新技术（1）特高压输电（2）高压直流输电（3）柔性交流输电2一、我国电力系统的现状与发展电力系统示意图3

●现代社会离不开电力

---人类社会生存和发展的三大要素：物质、能量和信息

---现代工业社会建立在物质和能量的基础之上，能量流、物质流、信息流推动当代社会进化。

4持续29个小时的大面积停电，给5000万美国人和加拿大人的生活带来极大不便，造成的经济损失达300亿美元。罪魁祸首是配电网设计不合理。由于天气炎热，用电量猛增，各电厂开足马力进行供电。一家发电厂突然出现了故障，开关自动跳闸，其他电厂马上自动增加发电量进行支援。这些电厂本来就处于饱和状态，由于一下子超负荷运转，结果电厂全部发生跳闸。在短短9秒钟之内，美国7州和加拿大1省就引发了灾难性的多米诺效应。

●2003年北美大停电51.1我国电力工业现状截止2005年底，全国发电装机容量达到5亿千瓦。其中，水电占22.9%，火电占75.6%，核电占1.5%。2005年全国发电量达到24747亿千瓦时，全社会用电量达到24689亿千瓦时，同比增长13.45%。人均用电量1800多千瓦时。居民用电量约占11%，人均218千瓦时.全国人均用电量为世界平均水平的一半，仅为发达国家的１／６到１／１０。“今、明两年不缺电”

61.2“十一五”我国电力建设我国电力工业发展的主要特点是：（1）西电东送、南北互供、全国联网；（2）火电和电网技术升级；（3）建立开放的电力市场。电源建设：到达2010年，装机容量达到7.86亿千瓦。电网建设：（1）建设交流1000千伏试验示范工程；（2）±800千伏直流输电工程；（3）三峡输变电工程；（4）跨区输电工程，西北750千伏网架初具规模；（5）加强和拓展500千伏和330千伏网架；（6）加强城乡电网的建设改造。（投资：1.2万亿元）7二、发电新技术发电类型：●火电：汽轮机-发电机组单机容量达到60万kW（600MW），正在研制100万kW机组。●水电：水轮机-发电机组单机容量达到70万kW。●核电●新能源发电：风力发电、太阳光伏发电8最大直径10.6米、高5.06米

●三峡水电站发电机组70万kW*26台=1820万kW92.1核电:核燃料天然铀低浓缩铀U-238U-238U-235U-235102.1核电：核反应应堆类型分为重水堆和和轻水堆。轻轻水堆又分为为压水堆和沸沸水堆。重水堆是利用用天然铀作燃燃料，用重水水做慢化剂和和冷却剂。燃燃料成本低，，但重水十分分昂贵。重水水堆核电站可可以实现不停停堆换燃料（（与压水堆核核电站相比，，重水堆核电电站可以实现现不停堆换料料（压水堆每每年一次停堆堆换料，一般般需要60天）。重水：由1个重氢（氘，，含有一个质质子和一个中中子）和1个氧原子组成成的化合物。。11●2.1核电:核电站给水泵核电火力发电122.1核电—反应堆类型:沸水堆汽轮机循环水泵给水泵反应堆安全壳控制棒132.1核电—反应堆类型:压水堆反应堆安全壳控制棒反应堆压力容器汽轮机给水泵循环水泵14●反应堆压水容容器断面图沸水堆（BWR）压水堆（PWR）控制棒15●核电站反应堆堆运行中心控控制室161718192021222.2风力发电技术术风的产生:风是地球外表表大气层由于于太阳的热辐辐射而引起的的空气流动；；大气压差是是风产生的根根本原因。风速与风级：：风速就是空气气在单位时间间内移动的距距离，国际上上的单位是米米／秒(m/s),分13级232.2风力发电技术术风力资源：在在中国，风能能资源主要分分布在新疆、、内蒙古等北北部地区和东东部至南部沿沿海地带及岛岛屿。风能最佳区：：(1)东南沿海、山东半半岛、辽东半岛以以及海上岛屿；(2)内蒙古、甘肃北部部；(3)黑龙江南部、吉林林东部。风能较佳区：(1)西藏高原中北部；；（2）三北北部；(3)东南沿海(离海岸线20-50kM)24252.2风力发电技术风电场26272.2风力发电技术28风力发电机组包括两大部分：（1）风力机：将风能转换为机机械能。有各种类类型，按容量分：：微型(<1kW)、小型(1-10kW)、中型(10-100kW)、大型(>100kW)。（2）发电机：将机械能转换为为电能。10kW以下的，采用永磁磁式或自励式交流流发电机，经整流流后向负载供电及及向蓄电池充电；；l00kW以上的并网运行的的风力发电机组，，则应用同步发电电机或异步发电机机。2.2风力发电技术29●水平轴风力发电机机组(600kW)基本结构30风力发电系统风力发电机组、监监测装置、控制系系统、储能装置(1)独立运行方式把风力发电机组输输出的电能经蓄电电池蓄能，再供应应用户使用，如需需要交流电，则要要加逆变器。（2）并网运行方式2.2风力发电技术31控制系统中、大型风力发电电机组皆配有由微微机或可编程控制制器(PLC)组成的控制系统，，来实现控制、监监测功能。①恒速桓频方式：：即风力发电机组的的转速不随风速的的波动而变化，始始终维持恒转速运运转，从而输出恒恒定额定频率的交交流电。②变速恒频方式：：即风力发电机组的的转速随风速的波波动作变速运行，，但仍输出恒定频频率的交流电。这这种方式可提高风风能的利用率，但但必须增加实现恒恒频输出的电力电电子设备，同时还还应解决由于变速速运行而在风力发发电机组文撑结构构上出现共振现象象等问题。2.2风力发电技术32●控制系统主要功能能①按预先设定的风风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力发电电机组，并通过软软启动装置将发电电机并人电网。②借助各种传感器器自动检测风力发发电机组的运行参参数及状态。③当风速大于最大大运行速度(一般设定为25m／s)时实现自动停机。。④故障保护。⑤通过调制解调器器与电话线连接。。33世界风力发电现状状与展望●商业化机组的单机机容量从55kW-1650kW。世界最大的风力力发电机组：美国国GE公司的“超级风力力机”，单机功率率为7.3MW，风车直径为112m.●运行可靠性和发电电成本接近常规火火电，装机容量每每年以近30％的速度递增。●德国到2001年风电装机容量873万kW，按计划，到2010年，风电电量将占占总发电量的12.5％；到2050年，将占到50％。●丹麦的风电电量2003年占全国总发电量量的18％，规划到2030年，风电将占总发发电量的50％。●中国到2005年底风电装机容量量超过100万kW。2.2风力发电技术342.3太阳能光伏发电技技术太阳能利用主要有有两个途径：即光光热技术和光电技技术。光电技术指的是光光伏发电，是根据据光生伏特效应原原理，利用太阳能能电池将太阳光能能直接转化为电能能。太阳能电池发电的的原理：半导体的的光电效应，即一一些半导体材料受受到光照时，载流流子数量会剧增，，导电能力随之增增强，即半导体光光敏特性。35太阳能光伏发电基基本原理以PN结为例，当晶片受受光后，PN结中，N型半导体的空穴往往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形形成从N区到P区的电流。2.3太阳能光伏发电技技术36在PN结中形成电势差，，这就形成了电源源。2.3太阳能光伏发电技技术372.3太阳能光伏发电技技术38光伏建筑一体化光伏与建筑一体化化（BIPV）提出了“建筑物物产生能源”的新新概念，即通过建建筑物，主要是屋屋顶和墙面与光伏伏发电集成起来，，使建筑物自身利利用绿色、环保的的太阳能资源生产产电力。BIPV系统可以划分为光光伏屋顶结构和光光伏墙结构两种形形式．2.3太阳能光伏发电技技术39光伏与建筑的结合合的两种方式：（1）建筑与光伏系统统相结合：把封装装好的的光伏组件件安装在居民住宅宅或建筑物的屋顶顶上，再与逆变器器、蓄电池、控制制器、负载等装置置组成一个发电系系统。（2）建筑与光伏器件件相结合：将光伏伏器件与建筑材料料集成一体，用光光伏组件代替屋顶顶、窗户和外墙，，形成光伏与建筑筑材料集成产品，，既可以当建材，，又能利用绿色太太阳能资源发电。。2.3太阳能光伏发电技技术402.3太阳能光伏发电技技术412.3太阳能光伏发电技技术422.3太阳能光伏发电技技术432.3太阳能光伏发电技技术442.3太阳能光伏发电技技术452.3太阳能光伏发电技技术462.3太阳能光伏发电技技术472.3太阳能光伏发电技技术482.3太阳能光伏发电技技术492.3太阳能光伏发电技技术太阳能光伏发电系统两种运行模式式:（1）独立供电方式（2）并网供电方式：：光伏发电系统所所发出的直流电通通过逆变器变换为为交流电，与公共共电网联网。50当今世界太阳能发发电有80%是并并网发电,光伏与与建筑一体化已经经占整个世界太阳阳能发电最大比例例。目前世界上最大的的太阳能屋顶光伏伏系统安装在德国国慕尼黑贸易展览览中心。慕尼黑商商贸中心的6座大厦都装光电屋屋顶，共有7812个无框架光电电板，每个光电板板共有84个单晶晶硅太阳能电池，，输出功率为130W，光电板总和峰值值功率为1016kW，光电板占屋顶面积积58%。发出的的直流电经过逆变变电器送至20000伏中压电网。2.3太阳能光伏发电技技术51三、输电新技术输电技术的发展趋趋势：高电压、大大容量、远距离目标：提高输送能能力主要技术：特高压压输电、高压直流流输电、柔性交流流输电523.1特高压输电我国发展特高压指指的是在现有500kV交流和±500kV直流之上采用更高高一级电压等级输输电技术，包括1000kV级交流特高压和±800kV直流特高压两部分，简简称国家特高压骨骨干电网。533.1特高压输电特高压输电技术的的优点：（1）能满足远距离、、大容量输电的需需要。交流特高压压输电线路的送电电能力每回线可以以接近或超过4000MW；（2）适用于电网本本身容量较大，电电网间交换功率较较多的电网；（3）节省输电走廊廊（4）减少输电损耗耗（5）降低短路电流流（6）减少输电瓶颈颈，适应电力市场场开放（7）实现更大范围围的资源优化配置置54500kV输电线路55特高压输电的关键键问题（1）特高压输变电设设备的制造技术：：如变压器、开关关设备、互感器等等（2）特高压输电系统统过电压与绝缘配配合（3）安全稳定控制（4）输电线路对环境境影响（电磁辐射射）3.1特高压输电563.1特高压输电国外特高压输电发发展情况上世纪60年代开始，美国、、前苏联、意大利利、日本及巴西等等都先后制定了特特高压输电规划和和开展试验研究工工作；前苏联和日日本分别建设了交交流1000kV级输变电工程（其其中前苏联为1150kV），目前均降压500kV运行。国外特高压技术发发展迟缓主要是由由于用电市场趋于于饱和，增长空间间有限，在已有的的交流输电网上采采用FACTS技术可以满足发展展需要。573.1特高压输电我国特高压输电发发展情况西北750kV输变电工程:设备国产化已取得得较大突破，为1000kV级特高压技术装备备研发打下了良好好基础。1000kV特高压试验示范工工程：特高压输电电线路全长约650公里，包括两个特特高压变电站和一一个开关站。±800kV直流输电工程：金金沙江一期工程包包括溪洛渡、向家家坝两个梯级水电电站，总装机容量量达1860万千瓦。国家电网网公司经反复论证证，推荐采用3回±800千伏级直流输电方方案，其中送电华华中一回，送电华华东2回，每回输送容量量640万kW，线路总长度4820公里583.2高压直流输电（HVDC）直流输电优点和特特点(与交流输电相比):①输送容量大；②输送功率的大小和和方向可以快速控控制和调节；③直流架空线路的走走廊宽度约为交流流线路的一半；④直流电缆线路没有有交流电缆线路中中电容电流的困扰扰，没有磁感应损损耗和介质损耗，，基本上只有芯线线电阻损耗，绝缘缘电压相对较低；；⑤直流输电工程的一一个极发生故障时时另一个极能继续续运行；⑥能够提高电力系统统暂态稳定水平。。593.2高压直流输电（HVDC）高压直流输电的换换流技术ACACDCDC500kV500kV±500kV换流站I换流站II整流站逆逆变站603.2高压直流输电（HVDC）换流阀阀70年代前前：汞弧阀阀70年代前前之后后-现在：：晶闸管管（电电控、、光控控）HVDC中使用用的晶晶闸管管芯片片的最最高参参数：：直径径已达达到125mm，反向向非重重复电电压大大于8kV，稳态态直流流电流流能力力达4kA。61[例1]天广500kV直流输输电工工程西西起贵贵州安安龙马马窝，，东至至广州州北郊郊，总总投资资39.8亿元。。规模模:±500kV、1.8kA、双极极额定定容量量1800MW，线路路全长长980km，该线线共用用φ100mm、8kV、2.2kA晶闸管管3744只。[例2]三峡至至常州州±500kV直流输输电工工程全全长890km，额定定输电电容量量3000MW。换流流阀为为空气气绝缘缘水冷冷户内内悬挂挂式双双重阀阀,采用ф125mm、7.2kV、3kA晶闸管管，4300只。3.2高压直直流输输电（（HVDC）62换流器器件今今后的的发展展进入90年代以以后，，绝缘缘栅极极晶闸闸管（（IGBT）首先先在工工业驱驱动装装置上上得到到广泛泛的应应用，，1997年世界界上第第一个个采用用IGBT构成电电压源源换流流器的的直流流输电电工业业性试试验工工程，，在瑞瑞典中中部投投入运运行，，其输输送功功率和和电压压为3MW和10kV。由于这这种IGBT换流器器的功功能强强，体体积小小，可可以减减少换换流站站的滤滤波装装置，，省去去换流流变压压器，，简化化换流流站结结构，，而称称之为为轻型直直流输输电（（HVDCLight）。但IGBT损耗大大，不不利于于大型型直流流工程程的采采用。。今后集成门门极换换相晶晶闸管管（IGCT）和碳化化硅等等新型型半导导体器器件的的开发发，给给直流流输电电技术术的发发展将将创造造更好好的条条件。。3.2高压直直流输输电（（HVDC）633.2高压直直流输输电（（HVDC）高压直直流输输电在在我国国的发发展80年代建建成了了我国国自行行研制制的舟舟山直直流输输电工工程（（±100kV，100mw，55km）和代代表当当时世世界先先进水水平的的葛洲洲坝—上海（（简称称葛上上）±500kV直流输输电工工程。。三常直直流输输电工工程于于2003年投入入运行行;三广直直流工工程、、贵广广直流流工程程于2004年投运运。这这3项工程程的送送电容容量均均为300万kw，送电电距离离均在在1000km左右。。“十一一五””期间间，还还将建建设几几个±500kV或±800kV的直流流输电电工程程。643.3柔性交交流输输电系系统（（FACTS）什么是是柔性性交流流输电电系统统？80年代中中期，，美国国电力力科学学研究究院（（EPRI）首次次提出出FACTS（FlexibleACTransmissionSystems）概念：：应用用大功功率、、高性性能的的电力力电子子元件件制成成可控控的有有功或或无功功电源源以及及电网网的一一次设设备等等，以以实现现对输输电系系统的的电压压、阻阻抗、、相位位角、、功率率、潮潮流等等的灵灵活控控制，，将原原基本本不可可控的的电网网变得得可以以全面面控制制。从从而大大大提提高电电力系系统的的高度度灵活活性和和安全全稳定定性，，使得得现有有输电电线路路的输输送能能力大大大提提高。。专家们们预计计这项项技术术将在在电力力输送送和分分配方方面将将引起起重大大变革革，对对于充充分利利用现现有电