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1、内容提要,第2章 现代电力系统新技术,本章围绕现代电力系统所具有的“大电网、大机组、特高电压、超大容量、高度自动化”特点，介绍现代电力系统中的新技术。 “大电网”是由多个地方电网或大区电网互联而成的互联电力系统、联合电力系统或统一电力系统。有超高压、特高压输电网架，超大输送容量和远距离输电的基本特征 。各电网或大区电网间联络线交换功率愈大，联系越紧密，电网运行越稳定。 现代电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理的系统。目标是保证供电电能质量，保证电力生产和输送的安全、经济、可靠、稳定运行，提高经济效益和管理效能。,序,自从19世纪80年代后，世界范围内兴起了以
2、电力技术为主导的技术革命。19世纪90年代发明了三相交流输电技术。20世纪初期，水力发电和火力发电蓬勃发展，从而促进了电力系统的发展，开创了人类社会的电力时代，是世界科学史上最重要的成就之一。20世纪30年代以来，电力系统的发展和技术水准已成为世界各国经济发展水平的标志之一。 20世纪50年代首次实现核能发电，核能发电很快成为世界工业发达国家的主要发电方式之一。到20世纪70年代，世界工业发达国家就已进入大机组、大电厂、超高压乃至特高压输电时代，建立了多区域多层次的电力系统。 到20世纪80年代，最高输电电压已达到1150kV，输电距离达到数千公里，电力系统覆盖面积已扩展到上千万平方公里，形成
3、跨国界、跨洲际的联合电力系统，建立统一联合电力系统已成为世界各国能源战略的目标，特高压输电和超高压直流输电在联合电力系统中或统一电力系统中用于远距离大容量输送电能，并起着主联络干线的重要作用。 到20世纪末，特高压输电技术已成为现代电力系统发展的标志，其中，柔性交流输电技术、先进能量管理系统、超导技术和综合自动化技术迅速发展，预示着未来电力系统将发生重大技术革命。 进入21世纪，全世界都意识到，中国可能成为世界电力技术发展的最激动人心的地方，将在世界电力技术发展史上竖起一座辉煌丰碑。英国核物理学家帕特逊在他的著作电力革命-即将来临的变革年代中说到，中国有资源、有技术、有想象力，并且能够主动地、
4、最大限度地利用席卷全球的改革思想。,第2章 现代电力系统新技术,大电网技术,“大电网”是由多个地方电网或大区电网互联而成的互联电力系统、联合电力系统或统一电力系统。互联电力系统是将大区电网之间、国家电网之间以少量联结点同步互联；联合电力系统具有协调规划，并按合同或协议调度的特点。两个或两个以上的小型电力系统用电网连接起来并联运行，即可组成地区性电力系统。若干个地区性电力系统用电网连接起来，即组成联合电力系统。统一电力系统就是统一规划、统一建设、统一调度和运行的电力系统。,1、北美联合电力系统,2、欧洲互联电力系统,3、俄罗斯统电力系统,大电网技术,大电网具有超高压、特高压输电网架，超大输送容量
5、和远距离输电的基本特征，网内由高压交流输电网、超高压交流输电网和特高压交流输电网，以及特高压直流输电网、高压直流输电构成分层、分区、结构清晰的现代化电力系统。 超大输送容量和远距离输电的界限与其相应电压等级线路的自然输送功率和波阻抗有关，线路电压等级越高，其输送的自然功率越大，波阻抗越小，输送距离越远，覆盖范围越大，各电网或大区电网互联关系越强，联网后整个大电网的稳定性与各电网间故障时互相支援的能力有关，即各电网或大区电网间联络线交换功率愈大，联系越紧密，电网运行越稳定。 电网是由变电站、配电站、电力线路和其他供电设施所组成的输电网络，其中，数量较多的最高电压等级输电线路及相应的变电站构成该网
6、的骨干输电网架。大区电网是指网中具有调峰能力较强的大型发电厂的电网，如中国的跨省区的6大区域电网，每个区域电网均有网局直调的大型火力发电厂和水力发电厂。,特高压输电,特高压输电具有送电容量大、送电距离远、覆盖范围广、节约线路走廊、输电损耗小、可实现更大范围的资源优化配置等特点，可以根据电源分布、负载布局、输送容量、电力交换等需要构成特高压电网骨干网架。 特高压交流和特高压直流输电各有优点，一般地，特高压交流输电适合于更高一级电压等级的网架建设和跨大区联络线，以提高系统的稳定性；而特高压直流输电则适合于大型水力发电基地和大型燃煤发电基地的大容量远距离输送，以提高输电线路建设的经济性。 特高压交流
7、输电线路属于均匀长线路，它的特点是沿线的电阻、电感、电容、电导连续均匀分布在整个输电线路上，在讨论问题时，常用单位长度的电阻r1、电感L1、电容C1、电导g1来描述其电气特性。均匀长线路的特性阻抗和传播系数常被用以估计超高压线路的运行待性。,特高压输电的特点与特性,特高压输电的特点 特高压输电的特性 均匀传输线方程 均匀传输线方程反映了输电线路始末端电压、电流及其沿线的变化。远距离输电实质上是一种波的传播过程，对50Hz系统而言，其行波为6000km，当线路长度可与相比较、长度超过300km时，就属于远距离输电的范畴。,根据以上关系式就可进一步分析特高压输电线路的特性。,柔性交流输电系统与用户
8、电力技术,柔性交流输电系统（FACTS）是综合利用现代电力电子技术、微电子技术、通信技术和现代控制技术对电力系统的潮流和参数进行灵活快速调节控制，增加系统可控度与提高输电容量的交流输电系统。FACTS技术是一种交流输电新技术，也称为灵活（或柔性）输电控制技术。应用FACTS技术，既可在较大范围内控制潮流，得到比较理想的潮流分布，又可增强电力系统的稳定度，进而提高输电线路的输送能力。 将FACTS技术应用于配电系统，以改善电能质量，称为配电系统柔性交流输电系统DFACTS或称为用户电力技术CPT，有的文献中称为定质电力技术或定制电力技术。,交流灵活输电技术的基本原理,FACTS装置的结构原理,F
9、ACTS技术采用快速调节输电网络参数的方法，迅速地改变线路阻抗及相位角使网络结构发生变化，进而维持系统的稳定度。FACTS装置接入电力系统的方式包括串联型、并联型和混合型三大类。,UPFC的电气原理图,用户电力技术,用户电力技术CPT是应用电力电子技术和控制技术实现电能质量控制，为用户提供特定要求的电力供应技术，是FACTS技术与配电系统应用的延伸，也称为柔性配电技术DFACTS。 电网电能质量标准 中国电能质量国家标准摘要见表2-2 用户电力技术的结构原理,串并联混合型有源滤波器的结构示意图,三相独立单稳态永磁机构同步断路器,同步断路器又称选相真空断路器，它可在电压或电流的指定相位完成电路的
10、断开或闭合，具有选相合、分闸功能，智能化功能，快速合、分闸功能等。,紧凑输电技术,紧凑输电技术的基本原理是通过优化输电线路导线布置、缩小相间距离、加大分裂导线（子导线）间距和增加分裂导线（子导线）数目，使电荷在各导线表面分布均匀、表面场强均匀，以提高导线有效截面，同时使线路电容上升，电感下降，减少线路波阻抗，在相同输电线路额定电压等级条件下，可明显提高自然输送功率，在无线电干扰和电晕损失等方面也能控制在一个可以接受的水平，从而可减少输电回路数，压缩线路走廊宽度、减少用地等，以提高输电能力的经济输电技术。 紧凑超高压交流输电线路与常规输电线路相比的基本特点是： 相导线采用多分裂结构，并加大了导线
11、间距； 缩小相间距离，为避免风吹导线振动造成相间短路，相间采用间隔棒固定相间距离； 采用相间无构架的杆塔结构形式。,紧凑型输电技术,已采用紧凑型输电技术的500kV罗百回交流输电线路，为500kV天广回输变电工程的罗平百色段，是我国第一次在高海拔地区、长距离线路中采用这项技术。该输变电工程于2005年月投运，目前运行稳定。 紧凑型输电技术不仅能明显提高自然输送功率，而且每千米少占送电走廊27.4亩，可有效减少林木砍伐、青苗赔偿及房屋拆迁量，经济和社会效益显著。 目前，南方电网正在500kV贵州施秉至广东贤令山、云南500kV德宏等输变电工程中推广应用紧凑型输电技术。,紧凑输电技术,紧凑型超高压
12、交流输电线路的关键技术,紧凑型线路的导线结构和杆塔型式 大截面导线输电技术 耐热导线输电技术 带电作业技术 采用Helava FDPS实现勘测设计一体化,紧凑输电技术,高压直流输电,高压直流输电易于实现异步联网；在输电临界距离以上比交流输电更经济；用相同的线路走廊可比交流输送更多的电力，因此，广泛应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网轻型直流输电等。 现代电力传输系统通常由特高压、超高压直流输电与交流输电相互配合构成的。超高压、特高压直流输电技术具有送电距离远、送电容量大、控制灵活和调度方便等特点。 对于送电1000km左右，送电容量不超过300万kW
13、的直流输电工程，一般采用500kV电压等级；当送电容量超过300万kW，送电距离超过1500km时，一般采用600kV或以上电压等级；当输电距离达到2000km左右时，就需要考虑更高的电压等级，以充分利用线路走廊资源，减少输电回路数，降低输电损耗。,高压直流输电技术,高压直流输电技术是利用大功率电力电子元件，如，高电压大功率晶闸管、可关断可控硅GTO、绝缘栅双极晶体管IGBT等组成整流与逆变设备，以实现高电压、远距离电力传输。相关技术包括电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、绝缘新材料、光纤、超导、仿真及电力系统运行、控制和规划等。 高压直流输电系统是由换流阀组、换流变压器、直流滤波器、平
14、波电抗器、直流输电线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、直流开关设备、保护和控制装置以及辅助设备等元件（系统）所组成的复杂系统。主要由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接。 直流输电最核心的技术集中于换流站设备，换流站实现了直流与交流的相互转换，换流站包括整流站和逆变站两部分，整流站把三相交流电变换成直流电的换流站，逆变站把直流线路送来的直流电变换成交流电的换流站。换流阀是换流站中实现直流与交流相互转换的核心设备。在运行中，换流器在交流侧和直流都会产生高次谐波，引起谐波干扰、使换流设备控制不稳定、引起发电机和电容器过热、干扰通信系统，因此，需要采取抑制措施，在
15、直流输电系统的换流站中设置滤波器吸收高次谐波，交流侧滤波器除吸收谐波外，还提供部分基波无功功率，直流侧滤波器用平波电抗器限制谐波。,换流站,DC500千伏上海南桥变电站直流阀厅,葛洲坝-上海DC500千伏输电工程宜昌宋家坝换流站外景,高压直流输电系统的接线方式,双极单12脉冲（超高压）接线方式,双极双12脉冲（特高压）接线方式,高压直流输电关键技术研究,直流输电直流系统控制保护策略研究；直流与交流系统和设备控制保护的协调配合的研究；800kV特高压直流控制保护系统的研究开发。 直流输电交直流系统相互影响的研究；800kV直流系统与送受端交流系统相互影响的研究；800kV特高压直流输电电磁环境影
16、响研究。 直流输电换流站交流谐波及其滤波器的研究，包括自动可调交流滤波器与有源直流滤波器的开发研究； 直流输电接地极的研究及软件开发，深层接地极等技术；800kV特高压直流输电系统共用接地极关键技术研究。 直流输电工程系统研究、设计软件包的完善与规范；一、二次设备新型数学模型的完善与开发；800kV特高压直流输电系统设计软件包及设计规范研究。 背靠背直流输电系统的研究，包括电压等级的选择、主设备参数选择、系统及其控制策略的研究等。 直流输电新技术研究，包括户外换流阀技术、串联电容器的换流器技术、多端直流输电技术、主设备国产化、新型换流技术等。 800kV特高压直流输电的过电压及绝缘配合研究。研究各种运行方式和故障条件下的工频和暂时过电压、谐振过电压、交流过电压水平和过电压保护；直流换流站直流暂态过电压水平及直流过电压限制和防护措施；换流站避雷器配置方案；绝缘配合的基本原则和方法；外绝缘技术及电晕特性研究、外绝缘设备研制、套管和大型套管工艺技术研究等。,电力系统中的状态维修技术与可靠性,状态维修技术CBM或基于状态的维修是指一个系统按实时数据为基础划分优先维护次
