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2004年度国家电网公司
系统科技部门负责人座谈会
文 件 之 二
2004年11月·厦门
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PAGE 1
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电力电子技术研究框架
国家电网公司科技信息部
2004年11月
目 录
TOC \o 1-1 \h \z 一、前言 3
二、电力电子技术研究的简要回顾 3
三、电力电子技术研究与应用小结 16
四、我国电网面临的技术问题及电力电子技术的应用前景 18
五、电力电子技术研究框架 20
六、实施建议 27
一、前言
现代电子技术、控制技术、计算机技术等与传统电力技术的融合产生了发展前景广阔的电力电子技术。从早期50年代直流输电的研究与初步应用,到80年代灵活交流输电技术概念的提出,电力电子技术在电力系统发电、交直流输电、配电、电能质量、系统安全稳定等方面发挥了越来越重要的作用。
为了推动和引导电力电子技术的应用和发展,在《国家电网公司科技发展规划》的指导下,提出《电力电子技术研究框架》(以下简称《框架》)。本《框架》通过对电力电子技术发展的回顾、电力电子技术研究现状、我国电网发展面临的技术问题及电力电子研究方向等方面的阐述分析,综合国内主要研究机构、院校、生产运行单位的意见,提出我国电力电子技术今后5-10年的重点研究方向、阶段性工作目标和实现技术突破的建议,为指导公司在电力电子技术研究领域的科研工作提供参考。
二、电力电子技术研究的简要回顾
2.1 直流输电技术
直流输电技术自1882年问世以来,已从汞弧换流器逐步发展到以可控硅阀换流器为核心的现代直流输电系统。直流输电有两端(也称端对端)直流工程、多端直流工程和背靠背直流工程等类型。直流输电核心技术目前只有ABB和西门子等少数大公司掌握。直流输电技术主要有两种技术形式:以相控换流器(PCC)技术为核心的传统高压直流输电技术(HVDC)和以电压源换流器(VSC)技术为核心的轻型直流技术(HVDC Light)。
传统高压直流输电技术主要应用于远距离大容量输电、不同电网间的非同步互联、远距离海底电缆送电等。轻型直流输电应用于向孤立的远方负荷区送电、小型水电或风力发电与主干网的连接以及小容量远距离送电等。
2.1.1 国外技术发展状况
(1)传统高压直流输电技术
现代高压直流输电技术发展中最具有里程碑意义的事件是1954年瑞典哥特兰岛建立第一个HVDC系统。1984年巴西建立了电压等级最高的±600kV HVDC系统,1998年阿根廷与巴西利用直流实现两国电网的互联。从1954年至今全世界共有90余个已建、在建、或已退役的直流输电工程,总容量约为82163MW。目前世界上双极容量最大的是伊泰普(ITAIPU)工程,双极的容量为3150MW。
为了解决直流输电多电源供电、多落点受电问题,已研究出多端直流输电技术。已投运的多端直流输电工程是加拿大-美国的五端直流输电工程。由于控制器协调困难等原因,目前实际上只有三端接入运行。
为了大大减少传统换流器所需的无功功率、提高换流站的功率因数以及提高逆变侧运行的可靠性,将电容器引入换流器,采用电容换相技术CCC(Capacitor Commutated Converter)实现对换流过程的强迫换相。世界上第一条基于CCC的直流输电工程在巴西和阿根廷之间建成。
(2)轻型直流输电技术
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。世界上第一个采用IGBT构成电压源换流器的轻型直流输电工业性试验工程(长10km、电压为±10kV、输送容量为3MW)于1997年在瑞典投入运行。到目前为止,轻型直流输电系统世界上已经在瑞典、澳大利亚、丹麦、美国等国家正式投入运行或在建。到目前为止,世界上最大的轻型直流输电项目是2003年9月投运的美国康涅狄格到长岛的CROSS SOUND CABLE工程,额定容量为330MW,输送距离40km。
2.1.2 国内技术发展状况
我国从60年代初开始直流输电技术的跟踪,自70年代起步研究。1978年在上海投运了第一条31kV、150A、长度9km的直流输电试验线路;1987年完成宁波至舟山的直流试验工程;1990年,葛上500kV直流工程投运,标志着我国高压直流输电工程进入世界先进行列。1997年建设天广直流,又重新引进了部分技术,直流输电技术得以衔接;1998年开始建设三峡送出直流工程时,在引进技术和合作生产中尽可能考虑增加国内分包的份额,而且前期咨询工作采用中外合作以我为主、自己多做工作的方式,为我国直流输电技术逐步国产化奠定了基础。我国已成为世界上拥有直流输电系统最多的国家,目前已经投运
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