电气发展前沿技术..ppt

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： 电能和电力输配； 功率器件和电力电子技术； 电机与电力拖动； 电气测量与检测技术； 电器元件及电器控制、PLC控制技术； 新型电源与电力电子装置； 节能技术和谐波抑制； 家用电器与办公设备等。 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（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） 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） 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-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（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） 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： 发展互联电网的需要； 发展电力市场的需要； 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（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） 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： 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； 使用户外换流阀以节省阀厅的建设费用； 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-新型输电线路 3、新型输电线路