电气发展前沿技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章,电气发展前沿技术,?,自第二次工业革命以来，电气技术已成为诸多高新,技术系统中不可缺少的关键技术之一。,?,电气技术的外延十分广阔，内涵十分丰富。它所涉,及的领域或技术面包括：,一电能和电力输配；,二功率器件和电力电子技术；,三电机与电力拖动；,四电气测量与检测技术；,五电器元件及电器控制、,PLC,控制技术；,六新型电源与电力电子装置；,七节能技术和谐波抑制；,八家用电器与办公设备等。,第四章 电气发展前沿技术?自第二次工业革命以来，电气技,一,、,电能和电力输配,?,“,电力技术是通向可持续发展的桥梁”，这个论断已,经逐渐成为人们的共识。研究表明，为了实现可持续,发展，应尽可能把一次能源转换为电能使用，提高电,力在终端能源中的比例。,?,电能是一个国家国计民生的主要能源。如今，人均消,耗的电能已成为衡量一个国家实力的重要指标。而电,气技术恰好涉足电能和电力输配问题。,?,一个完整的电能生产与消费网络由发电、输电、配电,及用电几部分组成。其中由发电厂、变电所和输电线,路组成的电力网络称为电力系统。,一、电能和电力输配?“电力技术是通向可持续发展的桥梁”,一,、,电能和电力输配（续）,?,电力系统十分复杂，对于电力系统来说，不但要求它,每一时刻发出的总电量等于系统消耗的总电量，而且,要求所有的中间传输环节都能畅通无阻。,?,中间传输环节的任期任何阻滞，都会在发电与用电两,端同时发生“过剩”与“不足”两种截然相反的不正,常状态，严重时系统可能因此而崩溃，造成大面积恶,性停电，使国民经济遭受重大损失。,?,对电能和电力输配来说，除了设计好发电站，使其保,证电力的充足供应发电质量（减少谐波、）提高功率,因素等外，还要注意电能传输的调度和管理，从而保,证电力系统可靠、安全地连续供电。,一、电能和电力输配（续）?电力系统十分复杂，对于电力系,一,、,电能和电力输配（续）,?,将自动化技术应用于电能传输的调度和管理中,构成了现代电力输配系统。随着大功率电力电,子器件的出现及微型计算机的发展，先进的控,制方法在电力系统控制中的应用研究几乎遍及,电力系统的所有领域。,?,目前，各种现代控制技术，包括：线性最优控,制、自适应控制、变结构控制、,H,鲁棒控制、,微分几何控制、神经网络控制、模糊控制及专,家系统控制都已应用于电力系统控制中。交叉,结合使用前面几种控制方法而形成的综合智能,控制是电力系统自动化研究的发展方向。,一、电能和电力输配（续）?将自动化技术应用于电能传输的,一,、,电能和电力输配（续）,?,电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大,突破的机会要比信息科学、生命科学、材料科学等新,兴学科少得多。但是，应该看到，电力技术与其他学,科的相互交叉和渗透的趋势越来越明显。电力研究的,一些前沿课题反映了这种趋势。,以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展前,景进行简介,:,一、电能和电力输配（续）?电力技术属于传统技术的范畴，,一、电能和电力输配,-,高压交流输电技术,1,、,高压交流输电技术,?,三相高压交流输电技术,?,常规的三相交流输电在远距离输电工程中占主导,地位，在未来相当长的时间内仍然是输电和联网的,主要方式；,?,前苏联建成了,900km,的,1150kV,特高压输电线路并,经过了试运行，后因无电可送等原因而降压为,500kV,运行；,?,未来交流输电发展的重点将是采用新技术充分利,用线路走廊输送更多的电力。,一、电能和电力输配-高压交流输电技术 1、高压交流输电技,一、电能和电力输配,-,高压交流输电技术（续）,?,多相交流输电,?,多相交流输电以多相（相数大于,3,）交流电形式,实现电能输送；,?,特点：相同的线路走廊和占地面积，多相输电可,提高由线路发热条件决定的负荷容量，可设计得更,“紧凑”适合线路路径受限制的地区，可以接入三,相交流输电系统，不需经过多相交流变电所；,?,多相交流输电已经入工业性试验和试运行阶段。,一、电能和电力输配-高压交流输电技术（续）?多相交流输,一、电能和电力输配,-,高压交流输电技术（续）,?,灵活交流输电,?,灵活交流输电（,FACTS,）是基于电力电子技术与,现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相,位实施灵活快速调节的输电技术；,?,出现背景：,a),发展互联电网的需要；,b),发展电力市场的需要；,c),电力电子器件的快速发展使灵活交流输电的设想成为,现实。,?,灵活交流输电技术的核心就是利用电力电子器件,可以按照控制系统的要求，应用现代换流技术和,控制技术，实现电压、阻抗或相位大幅度灵活控,制。,一、电能和电力输配-高压交流输电技术（续）?灵活交流输,一、电能和电力输配,-,高压直流输电技术,2,、,高压直流输电技术,?,端对端直流输电,该技术是一项成熟的远距离输电技术，预计端对端直流输电,在未来仍是远距离输电和联网的重要方式。,一、电能和电力输配-高压直流输电技术 2、高压直流输电技,一、电能和电力输配,-,高压直流输电技术（续）,?,多端直流输电技术,为了解决直流输电多电源供电、多落点受电问题，研,究出多端直流输电技术。,一、电能和电力输配-高压直流输电技术（续）?多端直流输,一、电能和电力输配,-,高压直流输电技术（续）,?,新一代直流输电技术,?,未来直流输电技术的发展趋势是在应用可关断器,件组成的换流器进一步改善输电性能的同时，大,幅度简化设备，减少换流站的占地，降低造价，,以便在技术经济上比其它输电方式更具竞争力；,?,典型例子是：,a.,所谓轻型直流输电（,HVDC Light,），它采用,IGBT,等可,关断的器件组成换流器；,b.,使用户外换流阀以节省阀厅的建设费用；,c.,应用连续调节交流滤波器、有源滤波器等技术大幅度,减少户外场的占地。,一、电能和电力输配-高压直流输电技术（续）?新一代直流,一、电能和电力输配,-,新型输电线路,3,、新型输电线路,?,紧凑型线路,?,紧凑型线路是指增加分裂导线数、缩短相间距离、,合理排列相导线等措施以降低线路波阻抗，从而提,高线路输送能力的输电线路。研究的主要目的是提,高线路的输送能力，节省线路走廊；,?,从,20,世纪,60,年代起，美国、前苏联、法国、巴西等,国建成了各种电压等级的紧凑型线路，我国也建成,了一条,500kV,的紧凑型线路，正在试运行中。,一、电能和电力输配-新型输电线路 3、新型输电线路,一、电能和电力输配,-,新型输电线路,（续）,?,气体绝缘线路,?,气体绝缘输电线路（,GIL,）是以六氟化硫气体绝缘,的、带有与导体同轴的接地金属外壳的输电线路，,与电缆相比，其优点是绝缘击穿后可恢复、承载电,流大；,?,气体绝缘输电线路已在美国、德国的水力发电厂的,出线等场合得到了应用。,?,未来由于输电线路走廊的获得越来越困难，气体绝,缘输电线路的研究和开发受到重视。,一、电能和电力输配-新型输电线路（续）?气体绝缘线路,一、电能和电力输配,-,新型输电线路,（续）,?,超导输电线路,?,超导输电线路是一种低损耗的输电方式；,?,日本正在开发,6kV,、,1000MVA,的超导电缆；,?,美国也制造出,12.4kV,、,1250A,的三相超导电缆系统；,?,我国也有超导输电线路在南方电网试运行；,?,超导电缆的价格很高，冷冻系统的可靠性有待检验，,用于长距离输电工程的前景还不明朗。,一、电能和电力输配-新型输电线路（续）?超导输电线路,一、电能和电力输配,-,洁净煤发电技术,4,、,洁净煤发电技术,?,当今我国的火力发电机组效率低，污染物排放量大，,与先进国家相比有较大差距，所以要大力推广洁净煤,发电技术，建设大型循环流化床锅炉，增压硫化燃气,-,蒸汽联合循环和整体煤气化燃气,-,蒸汽联合循环示范,工程，采用高效脱硫脱硝装置，以使之达到世界先进,水平。,?,火电厂生产流程主要包括四大系统：燃烧系统,、汽,水系统、电气系统和控制系统。后面的两个系,统和本专业关系密切。,一、电能和电力输配-洁净煤发电技术 4、洁净煤发电技术,一、电能和电力输配,-,分布式发电技术,5,、分布式发电技术,?,当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃,机,(IC-internal-combustion engine),、微型燃气轮,机（,Micro-turbines,）和各种工程用的燃料电池,（,Fuel,Cell,）。,?,因其具有良好的环保性能，分布式电源与“小机组”,已不是同一概念。,一、电能和电力输配-分布式发电技术 5、分布式发电技术,?,应用背景,：,a),输电线路建设费用增加。,由于公众对输电线路可,能产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越,来越困难。例如，北美和西欧许多国家已决定一,般不再兴建新的输电线路。于是，直接安置在用,户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。,b),与大电网配合提高供电可靠性。,分布式电源可大,大地提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害,（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，,维持重要用户的供电。加拿大魁北克省,1997,年冰,雪灾造成输配电线路灾难性破坏，引起大面积停,电，许多重要用户长期不能恢复供电。,一、电能和电力输配,-,分布式发电技术,（续）,?应用背景：a)输电线路建设费用增加。由于公众对输电,?,微型燃气轮机,?,微型燃气轮机（,Micro,Turbine,）,是功率为几千瓦至,几十千瓦，转速为,96,000,r/min,，以天然气、甲烷、,汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度,500,，其发电效率可达,30%,。,?,目前国外已进入示范阶段。,?,其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可,见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步。,一、电能和电力输配,-,分布式发电技术,（续）,?微型燃气轮机?微型燃气轮机（Micro Turbi,?,燃料电池,?,燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的,装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的,发电方式，被称为,21,世纪的分布式电源。,?,燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢,基燃料送入燃料电池的阳极,(,电源的负极,),转变,为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极,(,电源的正极,),，负氧离子通过,2,极间离子导电的,电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则,形成电流。,一、电能和电力输配,-,分布式发电技术,（续）,?燃料电池?燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装,?,分散的电能储存技术,?,由于分布式的电源的应用及提高电网可靠性和,调峰的需要，分散的储能系统的重要性日益增加。,?,如：电池储能系统、超导储能系统、飞轮储能系统、,燃料电池储能系统等。,一、电能和电力输配,-,分布式发电技术,（续）,?分散的电能储存技术?由于分布式的电源的应用及提,6,、,定质电力技术,?,定质电力（,Custom,Power,）技术是应用现代电力电子技术和控,制技术为实现电能质量控制，为用户提供用户特定要求的电力,供应的技术。,?,在现代企业中，由于变频调速驱动器、机器人、自动生产线、,精密的加工工具、可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛,使用，对电能质量的控制提出了日益严格的要求。这些设备对,电源的波动和各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会,造成产品质量的下降，产生重大损失。,?,重要用户为保证优质的不间断供电，往往自己采取措施，如安,装不间断电源,(UPS),，但是这并不是经济合理的解决办法。根本,的出路在于供电部门能根据用户的需要，提供可靠和优质的电,能供应。,一、电能和电力输配,-,定质电力技术,6、定质电力技术?定质电力（Custom Power）,?,为提高配电网无功调节的质量，已开发出用于配电网,的静止无功发生器。它由储能电路、,GTO,或,IGBT,变换,电路和变压器组成。