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电力电子在电力系统中的应用(1)

北极星电力网技术频道    作者:林媛   2012/10/18 16:31:23   

  所属频道:  火力发电    关键词:  电力电子 电力系统

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子 器件(如晶闸管,GTO,IGBT 等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术 所变换的“电力”功率可大到数百 MW 甚至 GW,也可以小到数 W 甚至 1W 以下, 和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。。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。

一、发电环节

电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备,电力电子技术的应用以改善 这些设备的运行特性为主要目的。

(一)大型发电机的静止励磁控制。静止励磁采用晶闸管整流自并励方式, 具有结构简单、可靠性高及造价低等优点,被世界各大电力系统广泛采用。由于 省去了励磁机这个中间惯性环节,因而具有其特有的快速性调节,给先进的控制 规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。

(二)水力、风力发电机的变速恒频励磁。水力发电的有效功率取决于水头 压力和流量,当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组),机组的最佳转 速亦随之发生变化。 风力发电的有效功率与风速的三次方成正比,风车捕捉最大 风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率,可使机组变速运行,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。 此项应用的技术核心是变频电源。

(三)发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均为 8%,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。使用低压或高压变频器, 实施风机水泵的变频调速,可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟, 国内外有众多的生产厂家,并有完整的系列产品。

(四)太阳能发电控制系统。开发利用无穷尽的洁净新能源———太阳能, 是调整未来能源结构的一项重要战略措施。大功率太阳能发电,无论是独立系统 还是并网系统, 通常需要将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电,所以具 有最大功率跟踪功能的逆变器成为系统的核心。日本实施的阳光计划以 3~4kW 的户用并网发电系统为主,我国实施的送电到乡工程则以 10~15kW 的独立系统 居多,而大型系统有在美国加州的西门子太阳能发电厂(7.2MW)等。

二、输电环节

(一)柔性交流输电技术(FACTS) 交流输电或电网的运行性能。已应用的 FACTS 控制器有静止无功补偿器(SVC)、静止调相机(STATCON)、静止快速励磁器 (PSS)、串联补偿器(SSSC)等。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。国内也对 FACTS 进行了深入 的研究和开发。

(二) 高压直流输电技术(HVDC) 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。此外,可关断器件组成的换流器,由于采用 了可关断的电力电子器件,可避免换相失败,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) 供电,今后还可用于城市配电系统, 并用于接入。

近年来, 直流输电技术又有新的发展,轻型直流输电采用 IGBT 等可关断电力 电子器件组成换流器, 应用脉宽调制技术进行无源逆变,解决了用直流输电向无 交流电源的负荷点送电的问题。同时大幅度简化设备,降低造价。

(三)静止无功补偿器(SVC) SVC 是用以晶闸管为基本元件的固态开关替 代了电气开关, 实现快速、 频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电系统的 导纳。SVC 可以有不同的回路结构,按控制的对象及控制的方式不同分别称之为 晶闸管投切电容器(TSC)、晶闸管投切电抗器(TSR)或晶闸管控制电抗器(TCR)。

三、配电环节

配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能 质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求,还要抑制各种瞬态的 波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用,即用户电力 (CustomPower)技术。用户电力技术(CP)技术和 FACTS 技术是快速发展的姊妹型 新式电力电子技术。 采用 FACTS 的核心是加强交流输电系统的可控性和增大其电 力传输能力;发展 CP 的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和提高供电质量。 CP 和 FACTS 的共同基础技术是电力电子技术,各自的控制器在结构和功能上也 相同,其差别仅是额定电气值不同,目前二者已逐渐融合于一体,即所谓的 DFACTS 技术。具有代表性的用户电力技术产品有:动态电压恢复器(DVR),固态 断路器(SSCB),故障电流限制器(FCL),统一电能质量调节器(PQC)等。

下面主要涉及我国配电自动化的现状及发展趋势。

来源:西安科技大学高新学院
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