分数: ___________
任课教师签字：___________
华北电力大学研究生结课作业
学 年 学 期：2013-2014第二学期
课 程 名 称：电气工程新技术专题学 生 姓 名：汪安明
学号：213221408
2提 交 时 间：2014-6-27
电气工程新技术专题
作为现代社会最重要和最复杂的巨型工程能源系统，电力系统在21世纪面临来自可靠性、安全性、经济性和环保等多方面的严峻挑战。多方位地研究和应用先进技术是电力系统应对这些挑战的不二选择。本人通过选修电气工程新技术专题这门课程,了解了关于电气工程的热点课题，使自己受益匪浅。
一.电力系统实时安全监测新技术
1.1 电力系统实时安全监测研究意义
2003年8月14日，美国东北部、中西部和加拿大的安大略省发生了一次大停电事故。它造成的巨大损失和影响在世界电力史上是空前的，因此，引起了世界各国的高度重视。联合调查组经过历时半年多的现场调研和模拟计算，于2004年4月6日公布了有关美加大停电的最终调查报告。由于这次事故所揭示的电网安全运行中的问题，特别是在电网结构日益复杂、电网互联日益紧密、市场交易电量巨大、输电裕度逐渐变小的情况下，如何从技术上确保电网的安全、稳定运行，对世界各国电网安全运行具有重大借鉴作用，因此，很多学者从电网建设、电网调度、自动装置配置、电网监控和负荷模型研究等角度对这一重大事故进行了反思。在这一背景下，电力系统实时安全监测技术的研究具有相当重要的意义。
1.2 WAMS系统
广域测量系统（Wide Area Measurement System,WAMS)是以同步向量测量技术为基础，以电力系统动态过程检测、分析和控制为目标的实时监控系统。WAMS具有异地高精度同步向量测量、高速通信和快速反映等技术特点，非常适合大跨度电网，尤其是我国互联电网的动态过程实时监控。采用PMU技术能方便地实现相量测量、扰动监测，可直接反映系统的各种扰动，检测和记录电力系统的非常运行状态，将现有的监测由静态提高到动态水平。可实现动态电网安全稳定预警，最早时间内实现预先调整，最大程度地减小事故范围，是加强电网监测、提高安全预警能力和趋势分析的重要手段，同时也可为能量管理系统(EMS)、计算分析软件等提供实时数据，从而提高系统监测的实时性，为电网的安全稳定运行和电力市场服务。实时监测是广域测量系统应用到调度台上的重要功能。根据WAMS直接测量母线电压角度的优势，实现与角度相关的静态和动态过程监视、发电机功角监视;根据WAMS数据密度大，实时性强的优势，应重点实现功率、频率、电压等调度常规监测物理量的动态过程监视。
图一 WAMS系统组成
已开发或正在研究、开发的WAMS系统可预期实现的功能主要有两类：其一是基本功能，包括集成相量数据平台（收集与同步各PMU的数据，提供标准数据接口等）； 广域动态监视与分析；同步扰动数据记录与反演；其二是先进功能，包括发电机运行状态监视；在线低频振荡检测与分析；模型及其参数辨识；仿真校验； 混合状态估计；在线扰动辨识；功角稳定预测与告警；动态电压稳定监视；紧急控制框架中的在线预决策；广域保护；广域HVDC阻尼控制等。
二.超、特高压输电技术
2.1 我国研究高压输电技术的意义
我国经济持续快速增长，电网建设随之快速发展。根据我国能源丰富地区远离经济发达地区的基本国情，必须加快建设坚强的特高压电网以满足持续增长的电力需求，实现大规模的电力输送。在国外已有成熟经验和国内近20年研究的基础上，我们继续对特高压关键技术进行了深入研究，在外绝缘配合、过电压控制、电磁环境影响、无功平衡及潜供电流等方面取得了大量研究成果。通过建设交流特高压试验示范工程和直流特高压输电工程，推进特高压电网建设进程，建设坚强国家电网，实现资源的优化配置。
2.2 我国高压输电技术现状
我国自1986年开始便立项研究特高压交流输电技术,并取得一些重要成果,并培养了一批有较高理论水平和实践经验的工程技术人员。1994年,武汉高压研究所建成了我国第一条百万伏级特高压输电研究线段;750kV超高压电网从2005年9月26日投产以来,安全稳定运行至今,这些为实现更高一级电压等级的技术装备和工程建设莫定了基础。2005年,国家电网公司和南方电网公司分别提出建设I000kV级交流和士80OkV级直流系统,推进了特高压输电技术进入试验阶段。目前,我国己完成了特高压输电中过电压与绝缘配合、电磁环境等重大关键技术研究,特高压设备研制工作全面展开。一些特高压主设备(如主变压器、绝缘子和隔离开关等)己初步试制出来,有些并已通过鉴定;另一些正在研制中(如断路器、串联电抗器等)。同时,我国已开工建设了特高压交直流试验基地和国家电网仿真
中心,两条特高压试验示范工程(晋东南-南阳-荆门1O00kv交流和云南-广东士800kv直流)已经完成工程设计并进入建设实施阶段.2.3 高压输电的交直流特性
特高压交流电网的突出优点是:①特高压交流输电应用于大功率、近距离输电场合,在经济上有竞争力。②可以预见,建设特高压交流输电骨千网替代超高压交流电网,具有优化资源配置、节约线路走廊用地和有效降低输电损耗等优点。而特高压直流输电的突出优点是:①输电电压高、输送容量大、线路走廊窄,适合大功率、远距离输电场合。②利用特高压直流输电实现大区互联具有优势,它可以减少或避免大量过网潮流,按照送受两端运行方式变化而改变潮流,能方便地控制潮流方向和大小。
三.电机状态监测
3.1状态监测和故障诊断技术
美国等发达国家从20世纪80年代起就在电力系统各领域开展了各种关于设备状态监测的研究和应用,十几年来有了较大的发展,与我国相比,有两个主要特征:①已经能生产多种传感器产品,传感器质量好,性能稳定;②状态监测应用比较普遍,有经济效益。国外传感器产品的性能和可靠性都达到了较高的水平,产品监测范围逐渐覆盖包括温度、压力、振动和绝缘状态等各种物理量,以及变压器、断路器和发电机机组等各种主要设备。国外传感器技术的全面发展可以从近几年国内一些发电厂和变电站引进的进口传感器产品情况看出。例如,美国齐成公司的变电站状态监测系统包括了对变压器的油中气体和水分分析、顶层油温和有载调压开关的运行监测,以及对套管绝缘、SF6密度、断路器电流、避雷器泄漏电流等物理量的监测。状态监测应用较普遍的地区主要是北美和欧洲。美国电力科学院(EPRI)非常重视对现场技术人员有关状态监测和状态检修方面的技术培训和技术服务。在美国,实现了变电站无人值班和状态检修的管理。
状态监测和故障诊断的应用取得了良好的经济效益。据日本一些工厂统计,事故率可减少75%,维修费用可降低25%～50%。英国经过对2 000个大型工厂的调查表明,采用状态监测技术后,每年节约维修费用3亿英镑,而监测系统的成本为0.5亿英镑,收益为投入的6倍。尽管一些进口的传感器装置或系统功能全面,但是,数据分析处理技术也还未达到较高水平,一般装置仅仅对数据进行简单的统计分析或频谱分析。一些仅能够对个别故障进行诊断的软件,其售价也高得惊人。因此,还需要用人工处理数据,并得出最后结论。国内电力系统设备状态监测科研工作也开始于20世纪80年代,起步并不晚。近10年来,已经研制成功很多传感器装置,并安装在现场。很多发电厂和变电站已经采用了在线监测技术,加强了对设备运行进行实时监测和管理的手段。近几年,国内一些大型发电厂较全面地安装了成套进口的先进传感器装置,通过计算机网络形成一定规模的状态监测系统,并达到了先进水平,而这些成套软件系统全部由我国技术人员开发。例如,一台300MW发电机组的锅炉、汽机和发电机的模拟量和开关量的测点多达5 000个～6 000个(其中发电机的测点有300个～400个),从测点得到的数据通过数据库管理起来,在控制室的终端可以任意调用各点实时的和历史的数据,并显示出来。这充分说明我国技术人员已经掌握了状态监测系统的网络和数据库技术。
3.2 电机故障诊断
随着电机的应用领域越来越广泛,对于电机故障诊断技术的要求也越来越高,因此,电机故障诊断技术的发展速度也很快。同时,由于科学技术的不断发展和工业生产对于经济效益要求的不断提高,电机故障诊断技术已经开始由事后诊断向预防维修方向发展。因此,电机故障诊断系统目前已经被广泛地应用于电机设备的预防维修和维护阶段中。电机故障诊断系统是电机在正常的工作条件下[2],维护人员凭借先进的传感器技术和检测技术,通过收集电机零件的动态信息,将这些信息进行分析、处理、分类、识别,确定是否有不正常的地方。与此同时,维护人员可以根据这些信息预测电机的发展趋势,从而找到造成电机故障的位置和故障的严重程度,从而提出相应的维护措施和处理方法。
目前的一些大型的复杂设备都是连续进行工作的,在工作的过程中能够综合处理一些信息,并且对人的依赖性正在逐渐减小,各个设备乃至各个设备中的零部件之间的关系都是十分紧密的,所以,在这些大型设备工作的时候,任何一个环节出现故障问题,都有可能造成设备的损坏和生产工作的停止,同时,由于停产所造成的损失也是相当巨大的。所以,如何能够将现代的大型复杂设备在日常维护中就发现一些潜在的、可能造成巨大影响的问题找出来已经成为了大型设备故障诊断技术发展的一个热点问题。在电机故障诊断中,由于设备零部件与内部存在复杂和相互的耦合关系,因此,必然有不确定性的信息存在。这些不确定性信息的存在会对电机故障诊断的准确率造成很大的影响,同时也会出现一些潜在问题不被发现和故障部位诊断错误等问题,这对于保证安全和提高经济效益都造成了很大的影响,因此,电机故障诊断技术面临的主要问是如何处理不确定性信息,从而得到正确的诊断结果。
常见的故障诊断技术有传统的诊断方法，例如基于输入输出及信号处理的方法，以及基于状态估计或过程参数估计的方法；还有基于智能算法的诊断方法，包括基于人工神经网络的方法，基于模糊逻辑的方法，基于模糊神经网络的方法，以及基于遗传算法的方法等。
四．柔性直流输电
4.1 电压源换流器型直流输电技术
随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻,国家将大力开发和利用可再生清洁能源,优化能源结构。随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大,其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点,使得采用交流输电技术或传统的电流源换流器型直流输电技术联网显得很不经济。同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷,目前采用昂贵的本地发电装置,既不经济,又污染环境。另外,城市用电负荷的快速增加,需要不断扩充电网容量,但城市人口膨胀和城区合理规划,一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能,另一方面要求大量的配电网转入地下。因此,迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。随着电力电子器件和控制技术的发展,换流站采用IGBT、IGCT等元件构成电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)来进行直流输电成为可能。自上世纪90年代后期,以ABB公司为代表的国外公司发展了轻型直流输电(HVDC Light)技术,并成功应用于多个领域。它采用基于可关断器件的电压源换流器和PWM技术
进行直流输电。从其技术特点和实际工程的运行来看,很适合应用于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域。
与基于电网换相技术的电流源换流器型直流输电不同,电压源换流器型直流输电(VSC HVDC)是一种以可控关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型直流输电技术。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。另外,该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援,在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。
4.2 电压源换流器型直流输电技术国内研究现状
国内关于VSC HVDC技术的研究开始比较晚,目前还属于起步阶段。浙江大学、华北电力大学、中国电力科学研究院、华中科技大学等单位已经开展了这方面的基础理论研究,研究工作主要集中在VSC HVDC的建模仿真,VSC HVDC的控制和保护策略等。国内,由于受ABB公司宣传的影响较多,常常将VSC HVDC叫做轻型直流输电。为了促进并形成自有知识产权,2006年5月,由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开柔性(轻型)直流输电系统关键技术研究框架研讨会”,会上,与会专家一致建议国内将该技术统一命名为“柔性直流输电”,对应英文为HVDC Flexible
五 总结
经过整个课程的学习，我了解了电气系统的研究热点，对整个电力系统有了整体的认识，也让我能结合自己所学对整个电力系统有了大体的了解，对我以后的课题助益匪浅，再次感谢四位老师的辛勤指导。
