第七章電氣工程新技術(shù)發(fā)展

1、電氣工程概論,第七章 電力工程新技術(shù)發(fā)展,電氣工程概論 第七章電力工程新技術(shù)發(fā)展,第一節(jié) 電力系統(tǒng)大電網(wǎng)互聯(lián)技術(shù),我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，是世界電力系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分。我國電力系統(tǒng)發(fā)展面臨的大容量遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)問題，將是我們未來10~20年內(nèi)要解決的主要問題。環(huán)境保護(hù)制約和電力體制改革的影響也將現(xiàn)實地提到日程，必須引起我們高度重視。,電氣工程概

2、論 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,到2010年，在我國中部將形成沿長江流域包括四川、華中、華東電網(wǎng)在內(nèi)的三峽交直流電力系統(tǒng)，總?cè)萘繉咏?00GW。 與此同時，北方的華北、東北、西北電網(wǎng)將實現(xiàn)互聯(lián)；南方電網(wǎng)將進(jìn)一步加強(qiáng)。 屆時，全國將形成北、中、南三大互聯(lián)電網(wǎng)的格局。通過它們之間的互聯(lián)，預(yù)期2020年左右將基本實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)。 隨著東部、中部核

3、電的建設(shè)，西部巨型水電和坑口火電的開發(fā)，全國范圍的遠(yuǎn)距離輸電和電網(wǎng)互聯(lián)將得到進(jìn)一步加強(qiáng)。,電氣工程概論 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,在我國，大型電廠、電源基地特別是大型水電站的建設(shè)，往往導(dǎo)致跨省、跨區(qū)大容量遠(yuǎn)距離送電，對大電網(wǎng)發(fā)展起著決定性作用。 大電網(wǎng)互聯(lián)是實現(xiàn)更大區(qū)域范圍內(nèi)資源優(yōu)化配置和逐步縮小東西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)差距的客觀需要，這一發(fā)展戰(zhàn)略的實

4、施已經(jīng)成為促進(jìn)全國聯(lián)網(wǎng)的重要因素。 大電網(wǎng)互聯(lián)可以取得顯著的聯(lián)網(wǎng)效益，實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，取得聯(lián)網(wǎng)送電效益，有利于加大中西部地區(qū)能源資源的開發(fā)力度，有利于電力工業(yè)實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，能更好地適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需要。,電氣工程概論 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,大電網(wǎng)互聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)效益體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）錯鋒效益。 （2）水、火電互補(bǔ)效

5、益。 （3）水電流域補(bǔ)償調(diào)節(jié)效益。 （4）互為備用效益。電網(wǎng)互聯(lián)，為電網(wǎng)之間互相調(diào)劑余缺和協(xié)調(diào)規(guī)劃與運行提供了前提條件。,擴(kuò)大電網(wǎng)有利于充分發(fā)揮大型水、火電站的作用和效益；可在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行。 形成更大區(qū)域內(nèi)的發(fā)供競爭局面，相互開拓了電力市場，進(jìn)而取得企業(yè)和社會雙重效益；大大改善大機(jī)組運行環(huán)境，有效地解決小網(wǎng)大機(jī)的系統(tǒng)運行問題。,電氣工程概論

6、 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,三大電網(wǎng)互聯(lián)及跨國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，帶來了穩(wěn)定性破壞和大面積停電事故的教訓(xùn)，使人們對大電網(wǎng)互聯(lián)運行的控制問題給予了格外關(guān)注。結(jié)合我國電網(wǎng)實際，應(yīng)加強(qiáng)如下方面的研究工作：（一）互聯(lián)電力系統(tǒng)低頻振蕩控制的研究 （二）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）在電網(wǎng)安全監(jiān)視和穩(wěn)定控制中應(yīng)用的研究（三）防止大面積停電的控制和恢復(fù)策略的研究,電氣工程概論

7、 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,近年來，在EMS系統(tǒng)中采用EEAC、PEBS等直接法在線分析監(jiān)視系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定已取得重要成果。 將現(xiàn)有的離線分析程序加以改造，與直接法相結(jié)合，以適應(yīng)在線穩(wěn)定分析要求從而得到更為充分的信息，也在國內(nèi)外一些電網(wǎng)得到實際應(yīng)用。 進(jìn)一步應(yīng)開展事故后恢復(fù)策略的研究，為處理事故過程中的大量警報信息，采用人工智能等科學(xué)方法。,電氣工程概論

8、 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,全國互聯(lián)的電力系統(tǒng)帶來巨大的好處的同時，也帶來了很大的潛在的問題。 互聯(lián)電力系統(tǒng)牽一發(fā)而動全身，一旦出現(xiàn)故障，波及的范圍及造成的危害也大大的上升了，因此大面積停電的風(fēng)險也更大了。 近年來國內(nèi)外相繼出現(xiàn)大的停電事故，這些停電事故不但在經(jīng)濟(jì)上造成了巨大的損失，而且對人民生活造成了很大的影響。 停電造成損失的著名例子是美加“8.14大停電”。其影響范圍包括美國的俄亥俄州、

9、密西根州、賓夕法尼亞州、紐約州、佛蒙特州、馬薩諸塞州、康涅狄格州、新澤西州和加拿大的安大略省，損失負(fù)載大61.8GW，影響了5千萬人口的用電。,電氣工程概論 7.1 電力工程新技術(shù)發(fā)展,第二節(jié) 電工制造技術(shù)最新發(fā)展,電氣工程概論 第七章電力工程新技術(shù)發(fā)展,,一、 研

10、制大型新發(fā)電機(jī)組,我國目前主要還是靠燃煤發(fā)電，重要的是要提高機(jī)組效率，降低煤耗。 發(fā)展大容量、高參數(shù)和高效率的火電機(jī)組，進(jìn)行100萬kW級超臨界機(jī)組的研制和批量生產(chǎn)是一條有效途徑。 采用超臨界機(jī)組較亞臨界機(jī)組熱耗較低，經(jīng)濟(jì)性較好，容量越大優(yōu)越性越顯著。 研究開發(fā)高效率、低排放、少污染新型燃煤發(fā)電技術(shù)，如循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）、增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)（PFBC－CC）發(fā)電技術(shù)，以及整體煤氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電技術(shù)

11、。,電氣工程概論 7.2 電工制造技術(shù)最新發(fā)展,廣泛采用潔凈煤技術(shù)，如先進(jìn)實用的洗煤技術(shù)；煤炭轉(zhuǎn)化的煤氣氣化、干溜和液化技術(shù)；煤炭廢棄物的潔凈處理等。 應(yīng)用環(huán)保設(shè)備，推廣煙氣脫硫技術(shù)。 適應(yīng)中國國情，研究劣質(zhì)煤、貧煤等的燃燒技術(shù)。 在大型水輪機(jī)組的研制方面，必然有許多機(jī)械、力學(xué)、電磁、發(fā)熱及冷卻等方面的問題需要研究解決。,電氣工程概論

12、 7.2 電工制造技術(shù)最新發(fā)展,二、智能電器與電氣新材料,近年來，電器的設(shè)計、研制和開發(fā)進(jìn)入了一個嶄新的時代。 電器在技術(shù)理論和電器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)正處于不斷更新和全面提高的階段。 傳統(tǒng)的有觸點電器在結(jié)構(gòu)原理、最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用新材料、新工藝方面不斷改進(jìn)和完善； 真空電器、半導(dǎo)體電器以及其他新型電器如微電子技術(shù)和電器技術(shù)結(jié)合的機(jī)電一體化電器或智能化電器亦在開拓發(fā)

13、展之中； 電器產(chǎn)品向著組合化、成套化發(fā)展。,電氣工程概論 7.2 電工制造技術(shù)最新發(fā)展,將智能化技術(shù)引入低壓電器，使低壓電器技術(shù)在研究、檢測、生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)上發(fā)生了根本的變化。（一） 智能化的控制技術(shù)    智能斷路器、智能電動機(jī)保護(hù)器、智能接觸器等智能電器元件和智能型配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)運而生。 （二）智能化的設(shè)計技術(shù)

14、 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD、CAE和CAM技術(shù)使低壓電器的設(shè)計與研究跨進(jìn)了一個新階段，產(chǎn)品開發(fā)周期大大縮短。（三） 智能化的檢測技術(shù)    要開發(fā)性能優(yōu)良的低壓電器產(chǎn)品，必須要有先進(jìn)的測試、檢驗手段。20世紀(jì)90年代人們提出了“可測性設(shè)計”的觀念。（四）新材料的應(yīng)用 電介質(zhì)材料種類繁多，有固體、液體和氣體；有單晶、陶瓷、非晶、高分子聚合物和生物物質(zhì)等。,電氣工程概論

15、 7.2 電工制造技術(shù)最新發(fā)展,第三節(jié) 大功率電力電子技術(shù),電氣工程概論 第七章電力工程新技術(shù)發(fā)展,,一、大功率電力電子器件的重大進(jìn)展,電力電子學(xué)器件用于電力拖動、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。 大功率電子器件(High Power Electronics)的快速發(fā)展也引

16、起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第二次革命。 近10多年來，可控整流器(SCR)、可關(guān)斷的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘管(MCT)、絕緣門極雙極性三極管(IGBT)等大功率高壓開關(guān)器件的開斷能力不斷提高。,電氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),目前，已經(jīng)生產(chǎn)出6kA、6kV的GTO，單個元件的開斷功率可達(dá)到30MW左右，這無

17、疑是一個巨大的進(jìn)步。 近年來，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)。晶閘管(晶閘管)用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長的歷史。 大功率電子器件應(yīng)用于靈活的交流輸電(FACTS)、定質(zhì)電力技術(shù)(Custom Power)以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。 新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將成為下世紀(jì)的電力研究前沿課題。,電氣工程概論

18、 7.3 大功率電力電子技術(shù),二、 靈活交流輸電技術(shù)（FACTS）,靈活的交流輸電系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的新技術(shù)，近年來在世界上發(fā)展迅速。未來這項技術(shù)將在電力輸送和分配方面將引起重大變革，對于充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源和實行電能的高效利用將會發(fā)揮重要作用。靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與控制技術(shù)結(jié)合以實行對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)（如線路阻抗）、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸

19、電損耗。,電氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),隨著電力電子器件的性能提高和造價降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價會降低，可能會在不遠(yuǎn)的將來比常規(guī)的輸配電方案更具競爭力。 FACTS技術(shù)也在不斷改進(jìn)，一些新的FACTS裝置被開發(fā)出來。 電力電子器件的發(fā)展趨勢是:一方面研制經(jīng)濟(jì)性能好的器件，以便降低設(shè)備造價；另一方面

20、，研制開斷功率更大的高性能器件。,電氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),三、 定質(zhì)電力技術(shù),定質(zhì)電力(Custom Power)技術(shù)是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為實現(xiàn)電能質(zhì)量控制，為用戶提供用戶特定要求的電力供應(yīng)的技術(shù)。 為提高配電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)的質(zhì)量，已開發(fā)出用于配電網(wǎng)的靜止無功發(fā)生器(D-STATCOM)。是“定質(zhì)電力”的關(guān)鍵設(shè)備之一

21、 靜止無功發(fā)生器由儲能電路、GTO或IGBT變換電路和變壓器組成。它的功能是快速調(diào)節(jié)電壓,發(fā)生和吸收電網(wǎng)的無功功率,同時可以抑制電壓閃變。 另一關(guān)鍵設(shè)備是動態(tài)電壓恢復(fù)器(Dynamic Voltage Restorer),它由直流儲能電路、變換器和次級串聯(lián)在供電線路中的變壓器構(gòu)成。,電氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),四、 同步開斷技術(shù)

22、,同步開斷(Synchronized Switching)是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。 在理論上，應(yīng)用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣,由操作過電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低,由于操作引起設(shè)備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少。 高壓開關(guān)屬于機(jī)械開關(guān),開斷的時間長、分散性大,難以實現(xiàn)準(zhǔn)確的定相開斷。目前的同步開斷設(shè)備是應(yīng)用一套復(fù)雜的電子控制裝置,代價昂貴，而且還不能做到準(zhǔn)確的定相開斷。,電

23、氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),電氣工程概論 7.3 大功率電力電子技術(shù),第四節(jié) 狀態(tài)維修技術(shù),電氣工程概論 第七章電力工程新技術(shù)發(fā)展,一、 應(yīng)用背景,狀態(tài)維修技術(shù)

24、(Condition Based Maintenance)可以包涵可靠性為中心的維修技術(shù)(RCM)和預(yù)測維修技術(shù)(PDM)。 電力系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設(shè)施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對供電可靠性要求的提高,維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來。維修費用占電力成本的比例也不斷提高。 如何采取合理的維修策略和正確決定維修計劃,以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費用,便成為電力部門或負(fù)責(zé)設(shè)備維修的公司面臨的重要課題。,電氣

25、工程概論 7.4 狀態(tài)維修技術(shù),二、 主要技術(shù)內(nèi)容,以可靠性為中心的維修(RCM)和預(yù)測性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個技術(shù)領(lǐng)域。 以可靠性為中心的維修(Reliability-centered Maintenance)是在對元件的可能故障對整個系統(tǒng)可靠性影響評估的基礎(chǔ)上決定維修計劃的一種維修策略。 預(yù)測性維修(Pred

26、ictive Maintenance)是根據(jù)對潛伏故障進(jìn)行在線或離線測量的結(jié)果和其他信息來安排維修的技術(shù) 綜上所述,電力設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)涉及復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性評價、先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)、模式識別技術(shù)、故障嚴(yán)重性分析、壽命估計等領(lǐng)域。,電氣工程概論 7.4 狀態(tài)維修技術(shù),三、先進(jìn)傳感器,先進(jìn)的傳感器(A

27、dvanced Sensor)是實現(xiàn)預(yù)測性維修的重要手段,是一個長盛不衰的研究熱點。 為了提高故障診斷水平,研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點。 原來用于軍事的傳感技術(shù),也有一部分移植到電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測上來。 美國電力研究院已開發(fā)出一種直接測量分析油中氣體的金屬絕緣子半導(dǎo)體傳感器,它可在線直接測量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢,現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器。 研究人員還在研究利用偏振光遙測電場和磁場的技術(shù),研究用壓

28、電材料的薄膜來測量腐蝕和積塵,傳感器測得數(shù)據(jù)的無線傳輸也是需要解決的一個重要問題。,電氣工程概論 7.4 狀態(tài)維修技術(shù),四、 故障診斷的信息處理技術(shù),對采集到的信號加工處理,要比采集信號本身更為困難。 為抑制現(xiàn)場測量中不可避免的干擾,除了應(yīng)用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)以外,近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術(shù)可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號(如現(xiàn)場

29、測試中經(jīng)常遇到的載波信號干擾和噪雜聲干擾),可以把有用信號從比信號強(qiáng)幾個數(shù)量級的干擾中提取出來。 故障信號的分類則是更為困難的研究課題。在研究的故障分類方法有:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。 基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬電力設(shè)備醫(yī)院（VPEH），能夠有效地檢索信息、保存和擴(kuò)展有關(guān)電力設(shè)備維護(hù)方面的論述資料、提供信息互動的詳細(xì)資料。,電氣工程概論

30、 7.4 狀態(tài)維修技術(shù),第五節(jié) 電工新技術(shù),電氣工程概論 第七章電力工程新技術(shù)發(fā)展,電工新技術(shù)是電工與其它學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。它的基礎(chǔ)是電工基礎(chǔ)理論與其它學(xué)科基礎(chǔ)理論相結(jié)合而形成的。 電工新技術(shù)牽涉的領(lǐng)域很廣，從學(xué)術(shù)內(nèi)容以及研究的問題來說，可以歸納為以下幾個方面：,一、高功率脈沖技術(shù),高功率脈沖技術(shù)是把儲存在電場或磁場中的能量迅

31、速地以脈沖形式釋放出來，加以利用。 主要用于：電子束及離子束的產(chǎn)生與加速；強(qiáng)γ射線及X射線，核爆炸發(fā)生的γ射線；熱核聚變；高功率激光器；電磁脈沖輻射。,電氣工程概論 7.5 電工新技術(shù),二、環(huán)境保護(hù)中的電工新技術(shù),在70年代初，世界上不少國家開始了利用強(qiáng)磁技術(shù)對煤脫除無機(jī)硫和脫灰的實驗研究。 磁分離技術(shù)還可用于廢水

32、凈化和處理，目前已在鋼廠廢水處理方面得到實際應(yīng)用。 靜電除塵技術(shù)已進(jìn)而發(fā)展到抑制各種開放性塵源；靜電技術(shù)還可應(yīng)用于去除空氣中超微塵粒，以達(dá)到超凈環(huán)境的要求，這對超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)有特別重要的作用。 利用高電壓技術(shù)還可以進(jìn)行消毒和滅菌。 利用高壓脈沖電暈放電技術(shù)（過程后）和磁分離技術(shù)（過程前）進(jìn)行煤脫硫研究在我國已開展。,電氣工程概論

33、 7.5 電工新技術(shù),三、生物中的電工新技術(shù),目前電工新技術(shù)已是發(fā)展高技術(shù)所不可缺少的一環(huán)，它在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域已獲得廣泛的應(yīng)用。 目前利用核磁共振原理制成的核磁共振儀（NMR）已廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)等領(lǐng)域。 高梯度磁分離技術(shù)是70年代初發(fā)展起來的一項技術(shù)，由于它具有很高的磁場梯度，這項技術(shù)便很快地引入到生物醫(yī)學(xué)研究中。 利用磁場對水進(jìn)行處理近年來也引起人們關(guān)注。水受磁場處理后，其活性增強(qiáng)，表能力減小、

34、滲透性增強(qiáng)，有利于水向細(xì)胞膜的滲透，從而促進(jìn)新陳代謝。,電氣工程概論 7.5 電工新技術(shù),利用高電壓脈沖放電，產(chǎn)生沖擊波，可利用體外沖擊波破碎人體內(nèi)泌尿系統(tǒng)和膽道系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)石。 利用電磁熱效應(yīng)可以治療癌癥。 利用電磁非熱效應(yīng)可以治療各種疾病。 電磁波輻射對人體也有顯著的生物學(xué)作用；電離輻射強(qiáng)度超過一定水平就可