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電力檢測技術

電力電子在電力系統中的應用

時間：2013-07-05

電力電子技術是新興的一種電子技術，被廣泛的應用到電力電子領域，而且隨著變頻技術的研究和發展，電力電子的發展有了更有力的保障，目前，電子電力技術的作用主要在發電，輸電，配電等各個環節。下面看看電力電子技術在各個環節運用的基本情況。
　　在發電環節的運用
　　電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備，電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
　　(一) 大型發電機的靜止勵磁控制。靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式，具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點，被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節，因而具有其特有的快速性調節，給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。
　　(二) 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁。水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量，當水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組)，機組的最佳轉速亦隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比，風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率，可使機組變速運行，通過調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。
　　(三)發電廠風機水泵的變頻調速。發電廠的廠用電率平均為 8%，風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的 65%，且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器，實施風機水泵的變頻調速，可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟，國內外有眾多的生產廠家，并有完整的系列產品。
　　(四)太陽能發電控制系統。開發利用無窮盡的潔凈新能源———太陽能，是調整未來能源結構的一項重要戰略措施。大功率太陽能發電，無論是獨立系統還是并網系統，通常需要將太陽能電池陣列發出的直流電轉換為交流電，所以具有最大功率跟蹤功能的逆變器成為系統的核心。日本實施的陽光計劃以3～4kW 的戶用并網發電系統為主，我國實施的送電到鄉工程則以10～15kW 的獨立系統居多，而大型系統有在美國加州的西門子太陽能發電廠(7.2MW)等。
　　在輸電環節的運用
　　(一)柔性交流輸電技術(FACTS) 交流輸電或電網的運行性能。已應用的 FACTS 控制器有靜止無功補償器(SVC)、靜止調相機(STATCON)、靜止快速勵磁器 (PSS)、串聯補償器(SSSC)等。近年來，柔性交流輸電技術已經在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。國內也對 FACTS 進行了深入的研究和開發。
　　(二) 高壓直流輸電技術(HVDC) 流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力。此外，可關斷器件組成的換流器，由于采用了可關斷的電力電子器件，可避免換相失敗，對受端系統的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(海上石油平臺、海島) 供電，今后還可用于城市配電系統，并用于接入。
　　近年來，直流輸電技術又有新的發展，輕型直流輸電采用 IGBT 等可關斷電力電子器件組成換流器，應用脈寬調制技術進行無源逆變，解決了用直流輸電向無交流電源的負荷點送電的問題。同時大幅度簡化設備，降低造價。
　　(三) 靜止無功補償器(SVC) SVC 是用以晶閘管為基本元件的固態開關替代了電氣開關，實現快速、頻繁地以控制電抗器和電容器的方式改變輸電系統的導納。SVC 可以有不同的回路結構，按控制的對象及控制的方式不同分別稱之為晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)或晶閘管控制電抗器(TCR)。
　　在配電環節的運用
　　配電系統迫切需要解決的問題是如何加強供電可靠性和提高電能質量。電能質量控制既要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，還要抑制各種瞬態的波動和干擾。電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用，即用戶電力(CustomPower)技術。用戶電力技術(CP)技術和 FACTS 技術是快速發展的姊妹型新式電力電子技術。采用 FACTS 的核心是加強交流輸電系統的可控性和增大其電力傳輸能力；發展CP 的目的是在配電系統中加強供電的可靠性和提高供電質量。CP 和FACTS 的共同基礎技術是電力電子技術，各自的控制器在結構和功能上也相同，其差別僅是額定電氣值不同，目前二者已逐漸融合于一體，即所謂的DFACTS 技術。具有代表性的用戶電力技術產品有：動態電壓恢復器(DVR)，固態斷路器(SSCB)，故障電流限制器(FCL)，統一電能質量調節器(PQC)等。
　　我國電力電子技術的發展
　　1. 配電自動化前景
　　配電網自動化智能電網投資重中之重：配電網作為輸配電系統的最后一個環節，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。配電自動化是智能電網的重要基礎之一。從投資構成上我們預計，智能電網的投資構成上，配網自動化將占40%左右，是智能電網投資的重中之重。我國配網自動化處于初級階段：配網自動化在我國處在起步階段，國內城市配網饋線自動化率不足 10%，目前國外配網自動化的比例達到 60%-70%，國內仍剛剛開始試點，未來市場空間廣闊。
　　2. 配電自動化簡介
　　配電自動化指：利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術與電力設備相結合，將配電網在正常及事故情況下的監測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進供電質量，與用戶建立更密切更負責的關系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經濟性最好，企業管理更為有效。配電自動化是一個龐大復雜的、綜合性很高的系統性工程，包含電力企業中與配電系統有關的全部功能數據流和控制。從保證對用戶的供電質量，提高服務水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統一的整體。
　　配自動化包含以下配電自動化包含以下4 個方面：①饋線自動化。饋線自動化完成饋電線路的監測、控制、故障診斷、故障隔離和網絡重構。其主要功能有：運行狀態監測、遠方控制和就地自主控制、故障區隔離、負荷轉移及恢復供電、無功補償和調壓等。②變電站自動化。變電站自動化指應用自動控制技術和信息處理與傳輸技術，通過計算機硬軟件系統或自動裝置代替人工對變電站進行監控、測量和運行操作的一種自動化系統。變電站自動化以信號數字化和計算機通信技術為標志，進入傳統的變電站二次設備領域，使變電站運行和監控發生了巨大的變化，取得顯著的效益。變電站自動化的基本功能有：數據采集、數據計算和處理、越限和狀態監視、開關操作控制和閉鎖、與繼電保護交換信息、自動控制的協調和配合、與變電站其他自動化裝置交換信息和與調度控制中心或集控中心通信等項功能。變電站自動化技術是配電自動化的重點之一。③配電管理系統。配電管理系統(DMS)是指用現代計算機、信息處理及通信等技術和相關設備對配電網的運行進行監視、管理和控制。它是配電自動化系統的神經中樞，整個配電自動化系統的監視、控制和管理中心。主要功能有：數據采集和監控(SCADA)、配電網運行管理、用戶管理和控制、自動繪圖/設備管理/地理信息系統(AM/FM/GIS) 等。④需求側管理。通過一系列經濟政策和技術措施，由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負荷管理、用電管理及需方發電管理等。需求側管理的幾個內容涉及電力供需雙方，甚至與電力管理體制有關，必須通過立法和制訂相應的規則，并最終由電力市場來調節。可以看到，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關系，在電力市場環境下，需求側管理必將被重視。
　　3.配電自動化發展趨勢
　　根據對國內外發展動態的研究，配電自動化技術的發展呈現以下特點：
　　1) 多樣化盡管配電自動化技術的發展經歷了三個階段，但是從日本等國家的應用情況看，各個階段的技術都在使用，并且各有其適應范圍：基于自動化開關設備相互配合的饋線自動化系統適合于農網等負荷密度低、供電半徑長、故障較多而供電可靠性較差的區域；第二階段的配電自動化系統 (DAS)適合于中小城市和縣城；基于人工智能具有豐富高級應用的第三階段配電自動化系統適合于大城市和重要園區；甚至僅僅具有遙信和遙測功能而不具備遙控功能的配電網信息系統也有其應用前景，主要因為它可以直接采用公用通信資源 (如GPRS 等)，而不需要建設專用通信網。
　　2)集成化配電自動化涉及面很廣，它不但有自己實時信息采集的部分，還有相當多的實時、非實時和準時實時信息需要從其它應用系統中去獲取。比如，從地調自動化系統中獲取主供電網和變電站信息；GIS 系統中獲取配電線路拓從撲模型和相關圖形；從PMS 系統中獲取配電設備參數;從用電營銷系統/負荷控制系統中獲取用戶信息等。因此，配電自動化的主站不再是單一的實時監控系統，而是將多個與配電有關的應用系統集成起來形成綜合應用的系統。為了規范應用系統間集成和接口，國際電工委員會制訂了IEC 61968 系列標準，提出運用信息交換總線 (即企業集成總線)，可將若干個相對獨立的、相互平行的應用系統整合起來，在實現信息交換的同時，使每個系統繼續發揮自己的特色，形成一個有效的應用整體。
　　3)智能化配電系統是智能電網的重要環節，配電系統智能化則是配電自動化的發展方向。因此，配電自動化與實現智能電網密切相關，主要表現在：自愈配電技術。這就是配電自動化系統中饋線自動化的故障診斷、定位、隔離以及恢復供電的基本功能，在智能電網的背景下需要進一步升級為適應分布式發電的雙向能量流下的饋線自動化功能。高效運行技術。這就是配電自動化系統中高級應用軟件功能。在智能電網的背景下需要進一步升級為考慮設備全生命周期的資產優化與智能調度業務功能。分布式電源和儲能系統的接入技術。這是配電自動化系統面臨的新要求，尤其是涉及到配網潮流計算和分析以及分布式電源對電網的影響。定制電力技術。根據電能質量的相關標準，以不同的技術和價格提供不同等級的電能質量，以滿足不同用戶對電能質量水平的需求。配電自動化系統是其技術支撐手段之一。用戶互動技術。這就是配電自動化系統中停電管理功能，在智能電網的背景下需要進一步升級為適應用戶雙向互動的業務功能。
　　現在我國的電力都在往智能電網這塊發展，所以的技術和發展都在一步一步的智能化，相信電力電子技術在電力領域的應用可以加速電力系統的智能化發展。