未来输电网的先进技术PDF电子书下载

第1章 输电网前沿技术集成的中期路线图 1

1.1 输电系统的演化 1

1.1.1 欧洲（或欧盟） 1

1.1.2 美国 5

1.1.3 全球电力系统未来的焦点 6

1.1.4 欧洲案例：泛欧地区输电网络面对的五大挑战 7

1.1.5 对2030年泛欧洲输电系统的展望 9

1.2 针对TSO的欧洲中期技术路线图 12

1.2.1 技术集成路线图的适用范围 12

1.2.2 支持输电系统的既定创新技术 15

1.2.3 技术集成路线图的概述 18

1.2.4 无源设备集成技术路线图 21

1.2.5 有源设备技术集成路线图 24

1.2.6 实时监控设备的技术集成路线图 25

1.3 结论 28

参考文献 30

第2章 新型电缆 32

2.1 输电电缆的发展简史 32

2.2 技术综述 33

2.2.1 电缆的基本组成 33

2.2.2 挤包绝缘电缆系统 34

2.2.3 自容式充油电缆系统 36

2.2.4 其他类型的电缆 37

2.2.5 电气参数 38

2.3 挤包绝缘电缆交流输电的可靠性及运行历史 41

2.3.1 输电电缆的运行 41

2.3.2 电缆安装 42

2.4 长距离输电 44

2.4.1 特高压交流电缆的最大输电距离 44

2.4.2 对网络的影响及并联补偿 45

2.5 高压直流输电电缆 48

2.5.1 粘性浸渍纸绝缘高压直流电缆系统 51

2.5.2 高压直流挤包绝缘电缆 52

2.5.3 其他类型的高压直流输电电缆 54

2.5.4 陆地输电用高压直流电缆 54

2.5.5 高压直流输电电缆的主要特性 55

2.6 输电电缆的电气应力 55

2.6.1 交流电缆的电气应力 56

2.6.2 直流电缆的电气应力 57

2.6.3 高压直流电缆工程 57

2.7 电缆对环境的影响 59

2.8 电磁场 60

2.9 电缆系统的投资成本 62

2.10 其他革新技术 63

2.10.1 超导电缆 64

2.10.2 高温超导电缆的设计 64

2.10.3 高温超导电缆的特点 64

2.11 气体绝缘线路 66

参考文献 67

第3章 实时热容评定系统 69

3.1 实时热容评定系统的背景 69

3.2 技术综述 69

3.2.1 建立实时热容评定系统的目的 69

3.3 实时热容评定系统与输电系统运营商的运营 70

3.4 高压输电线路中设置实时热容评定系统的益处 71

3.5 有关实时热容评定系统的说明 72

3.5.1 分布式温度传感器的设计原则 72

3.6 实时热容评定系统中分布式温度传感器系统的应用 74

3.7 动态实时热容评定系统与仅采用分布式温度传感器的系统的比较 75

3.8 实时热容评定系统的实现 76

3.9 系统检验的专用检测电路 77

3.9.1 电缆设计 77

3.9.2 测试电路的供电 78

3.9.3 测试电路的特性 81

3.9.4 估算地面热阻率 82

3.9.5 电阻测量值的确定 82

3.9.6 额定电流的计算 82

3.9.7 参数监测及传感器 83

3.10 系统功能 83

3.10.1 系统描述数据库 84

3.10.2 数学模型 84

3.10.3 人机界面 85

3.10.4 硬件要求 85

3.10.5 现场输入 86

3.10.6 输出 87

3.10.7 用户的数据采集与监控设备直接输入／输出 87

3.11 分布式温度传感器的测量方法 88

3.11.1 未受干扰的地面温度 88

3.12 实时数据库 88

3.13 数学计算 88

3.14 图形用户界面的特点 89

3.14.1 图形用户界面 89

3.14.2 警报窗口 89

3.14.3 数据的历史变化趋势 90

3.15 测试结果 90

3.15.1 电缆发热 91

3.16 运行经验 92

3.17 结论 93

参考文献 93

第4章 柔性交流输电系统设备 95

4.1 历史和技术背景 95

4.2 技术回顾 97

4.2.1 并联控制器 98

4.2.2 串联控制器 101

4.2.3 复合控制器 103

4.2.4 FACTS设备的可靠性和可用性 107

4.3 FACTS设备的主要技术特征总结 109

4.4 经济性和环境方面 109

4.4.1 简介 109

4.4.2 FACTS的经济层面分析 110

4.4.3 FACTS对环境的影响 113

4.5 FACTS在网状电网中的整合规划 113

4.5.1 FACTS在现代电力系统发展中的潜力 114

4.5.2 传输拥塞缓解和提高容量 118

4.5.3 FACTS应用实例 119

4.5.4 未来趋势 122

4.6 总结 123

参考文献 124

第5章 高压直流输电 128

5.1 简要历史背景和展望 128

5.2 技术综述 129

5.2.1 电网换相CSC HVDC 132

5.2.2 自换相VSC HVDC 134

5.2.3 可靠性和可用性 137

5.2.4 VSC HVDC嵌入同步电网的影响 139

5.2.5 多端HVDC输电 141

5.2.6 远距离电力传输 144

5.3 经济和环境方面 150

5.3.1 HVDC输电设备的成本要素 150

5.3.2 HVDC输电线路的环境影响 152

5.4 精选至今仍在运行中的HVDC输电项目 154

5.4.1 欧洲的HVDC输电项目 154

5.4.2 美洲的HVDC输电项目 158

5.4.3 非洲的HVDC输电项目 161

5.4.4 亚洲的HVDC输电项目 162

5.4.5 总结和经验教训 164

5.5 输电网络集成HVDC系统的规划 165

5.5.1 HVDC面向现代电力系统发展的潜力 166

5.5.2 输电阻塞的减轻和容量的增加 168

5.5.3 异步运行的电网间的耦合 170

5.5.4 海上风电场的连接 171

5.6 结论 171

参考文献 173

第6章 电力潮流控制设备的协调方法 176

引言 176

6.1 为什么需要进行电力潮流设备的协调 176

6.2 协调PST的现行技术途径 178

6.2.1 容量分配过程中PST的协调 180

6.2.2 在TSO日前操作安全规划中PST的协调性 181

6.2.3 实时操作中PST的协调 182

6.2.4 PST设备在北美的实时操作 183

6.3 PFC设备协调控制的新方法 183

6.3.1 关于PFC协调系统以前的工作 184

6.3.2 对最新方法的分析 186

6.3.3 未来协调方法的一般性讨论 197

6.4 总结 198

6.4.1 容量分配 198

6.4.2 日前安全计划 198

6.4.3 实时协调 199

参考文献 199

第7章 电能存储：提高未来电力系统灵活性的新选择 202

7.1 未来的电力系统需要提高灵活性 202

7.2 电能存储的定义 203

7.3 电能存储在电网运行中的作用 204

7.3.1 电能存储在输电系统中的作用 205

7.3.2 电能存储在配电系统中的作用 209

7.4 欧洲未来储能技术发展的推动力 210

7.5 储能技术在欧洲的应用及发展前景 211

7.5.1 物理储能 213

7.5.2 电磁储能和静电储能 223

7.5.3 化学储能 224

7.5.4 蓄热 225

7.6 储能在美国和日本的应用前景 225

7.6.1 储能在美国的应用前景 225

7.6.2 储能在日本的应用前景 227

7.7 储能技术的技术成熟度及成本 227

7.8 储能商业应用的效益前景 230

7.8.1 孤岛电力系统储能 232

7.8.2 英国苏格兰奥克尼群岛的电力储能站 232

7.9 结论 233

参考文献 234

附录 237

附录A 先进传输技术的术语解释 237

A.1 高温超导（HTS）电缆 237

A.2 气体绝缘线路（GIL） 240

A.3 高温导线（HTC） 244

A.4 移相变压器（PST） 250

A.5 基于实时热评定（RTTR）的电缆／线路 254

A.6 广域监测系统（WAMS）／同步相量测量单元（PMU） 257

A.7 高压直流输电（HVDC） 260

A.8 柔性交流输电系统（FACTS） 265

A.9 风力抽水蓄能及风机快速停机状况下的电能供应 272

A.10 压缩空气储能（CAES） 275

A.11 飞轮储能（FES） 277

A.12 超导磁储能（SMES） 280

A.13 钠硫（Na-S）电池 282

A.14 液流体电池（功率／能量存储） 284

A.15 超级电容器（储能） 288

A.16 锂离子电池 292

A.17 故障限流器（FCL） 296

A.18 新型输电塔 302

附录B 参考文献 305

B.1 背景 305

B.2 路线图和相关规范 306

B.3 超导电缆 307

B.4 PST 308

B.5 基于RTTR的电缆和线路 308

B.6 GIL 309

B.7 HTC 309

B.8 WAMS/PMU 310

B.9 HVDC 311

B.10 FACTS 313

B.11 储能技术 314

B.12 限流器 316

B.13 新型输电塔 316

关于作者 317