《电气工程概论》PPT课件.ppt

电 气 工 程 导 论,主 讲： 彭春华 电气与电子工程学院,绪 论,关于课程： 课程名称：电气工程导论 课程性质：是电气工程及自动化专业的一门选修课程 考查依据：考勤0.2、课堂表现0.2、作业0.3、总结测验0.3 研究的内容： 介绍电气工程的基本概念、电力系统的基本计算、电力系统正常运行的潮流分布、电力系统运行状况的优化与调整、故障分析、稳定性分析等。通过学习使学生在有限的学时内较全面地学习和掌握电气工程的基本知识。 4. 与其他课程的联系： 先修课程：电路、电机学 后继课程：电力系统分析、继电保护、建筑供配电,相关参考书： 杨淑英主编，电力系统概论，中国电力出版社，2007 杨以涵 电力系统基础 中国电力出版社 1986 尹克宁 电力工程 中国电力出版社 2005 陈慈萱 电气工程基础 中国电力出版社 2003 王锡凡 现代电力系统分析 科学出版社 2003,教学计划(32学时 16周),第1章 电气工程概论 /4 1.1 电气工程的地位和作用 1.2 电机工程 1.3 电力系统工程 1.4 电力电子技术 1.5 高电压工程 1.6 电气工程新技术 第2章 电器设备 /2 2.1 电弧与灭弧 2.2 高压断路器 2.3 隔离开关、高压负荷开关、高压熔断器 2.4 低压电器 2.5 互感器 2.6 电气设备的选择 第3章 电气一次系统 /2 3.1 发电工程 3.2 电气主接线 3.3 配电装置 3.4 电力系统负荷,教学计划,第4章 电气二次系统 /2 4.1 电气二次回路基本概念 4.2 断路器的控制回路与信号回路 4.3 中央信号 4.4 发电厂变电所的操作电源 第5章 现代电力系统运行 /6 5.1 电力网的参数计算和等值电路 5.2 电力系统的稳态运行 5.3 电力系统的经济运行 5.4 电力系统故障分析 5.5 电力系统稳定性 5.6 远距离输电 第6章 继电保护与安全自动装置 /4 6.1 继电保护概述 6.2 电力线路的继电保护 6.3 变压器保护 6.4 发电机保护,第7章 电力系统自动化 /2 7.1 电力系统通信 7.2 电力系统调度自动化 7.3 电厂自动化系统 7.4 变电站综合自动化 第8章 高电压工程 /2 8.1 高电压绝缘 8.2 高压绝缘试验 8.3 电力系统过电压及其保护 8.4 电力系统绝缘配合 第9章 电气工程设计 /2 9.1 电气工程设计的基本知识 9.2 电气制图规范 9.3 电气工程设计的内容 9.4 电气设计AutoCAD简介 9.5 变配电工程设计示例 第10章 电气工程建设监理/2 第11章 电气工程管理/2,第一章 电气工程概论,1.1.1 电气工程在国民经济中的地位 电是能量的一种表现形式，是现代社会中最重要、最方便的能源，现代工农业生产、交通运输以及城乡人民生活等各个方面, 广泛地使用着电能。 电能为二次能源 煤炭、石油、天然气、水利等随自然界演化生成的动力资源是能量的直接提供者为一次能源。电能是由一次能源转换而成，称为二次能源。,1.1 电气工程的地位和作用,优点: 1、电能易于转换成其它形式的能量(光能、热能、机械能、化学能）,使用便利 2、电能便于生产、输送、分配、使用和易于控制。电能经过高压输电线路, 还可以输送很远的距离, 供给远方的用户, 输送与分配经济 3、自然界中具有丰富的电力资源，如煤、石油、天然气、水力、原子能、太阳能、风能等 4、另外, 许多生产部门利用电进行控制, 更容易实现自动化, 提高产品质量和经济效益。,电气工程（Electrical Engineering）是与电能生产和应用相关的技术，包括发电工程、输配电工程和用电工程。 发电工程根据一次能源的不同可以分为：火力发电工程、水力发电工程、核电工程、可再生能源工程等。 输配电工程可以分为输变电工程和配电工程。 用电工程可分为：船舶电气工程、交通电气工程、建筑电气工程等。 电气工程还可分为电机工程、电力电子技术、电力系统工程、高电压工程。 电气工程与土木工程、机械工程、化学工程及管理工程并称现代社会五大工程。,发电工程,发电厂是生产电能的核心，任务是将一次能源转换成电能 发电厂类型： 燃烧煤、石油、天然气发电的火力发电厂； 利用水能发电的水力发电厂； 利用核能发电的核动力电厂（又称核电厂）。 我国目前火力发电设备容量占的比重最大，超过70，水电设备容量约占20，核能发电设备容量则不足10。 另外还有太阳能发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂和地热发电厂等。,火电厂生产过程示意图,水电厂示意图,黄河三门峡水电站,长江三峡水电站,核 电 厂示 意 图,其它能源发电,1. 地热发电（地下热水） 2潮汐发电（潮涨潮落） 3. 风能发电 （电能质量较差、不稳定） 4. 太阳能发电,电力可持续发展问题,我国目前电力工业居世界第二位，电力供应中煤电占74，水电占24，核电仅占1.。通过大力发展水电、加快发展核电、积极发展非水可再生能源（尤其是风能）等举措，可逐步降低化石燃料的份额，改善能源结构。 2020年以后，预计我国石油对外依存度将达50以上；煤炭的开发规模又受到环境、运输等条件的制约；水电装机容量达到亿千瓦之后，进一步大规模持续开发的余地不大；非水可再生能源如风能和太阳能等，存在能量密度低和供能间断性等问题，尚无法大规模取代化石能源 ；综观各种能源，应大力发展核能才能满足我国2020年以后的能源需求。专家指出，到本世纪中叶，核电装机容量应进一步提高到2.4亿千瓦以上，核电份额将提高到1020，使核能与洁净煤电和水电共同成为我国能源的三大支柱之一。,输配电工程,电网按电压高低和供电范围大小可分为区域电网和地方电网。区域电网的供电范围大，电压一般在220kV及以上；地方电网的供电范围小，电压一般为35110kV。电网也往往按电压等级来称呼，如说10kV电网或10kV系统，就是指相互连接的整个10kV电压的电力线路。 根据供电地区的不同有时也将电网称为城市电网和农电网。,1.1.2 电气工程的发展 电气工程的发展历史（见书介绍） 至2007年底，我国发电装机容量达7.13亿kW，三峡水电及输变电工程、百万千瓦级超超临界火电工程、百万千瓦级核电工程，以及全长645km的交流1000kV晋东南南阳荆门特高压输电线路工程、世界第一条直流800kV云广特高压输变电工程等举世瞩目 发展智能电网: 可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的智能化电网 风力发电、太阳能光伏发电等可再生能源发电技术的产业化及规模化应用,电气应用领域 建筑电气与智能化在建筑行业中的比重越来越大，现代化建筑物、建筑小区，乃至乡镇和城市对电气照明、楼字自动控制、计算机网络通信，以及防火、防盗和停车场管理等安全防范系统的要求越来越迫切，也越来越高； 在交通运输行业，过去采用蒸汽机或内燃机直接牵引的列车几乎全部都要由电力牵引或电传动取代，磁悬浮列车的驱动、电动汽车的驱动、舰船的推进，甚至飞机的推进都将大量使用电力； 机械制造行业中机电一体化技术的实现和各种自动化生产线的建设； 国防领域的全电化军舰、战车、电磁武器等等。,1.1.3 电气工程学科分类 在我国高等学校的1998年本科专业目录中，电气工程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程与自动化 作为一宽口径综合性专业，它涉及电能的生产、传输、分配、使用全过程，电力系统(网络)及其设备的研发、设计、制造、运行、检测和控制等多方面各环节的工程技术问题，要求电气工程师掌握电工理论、电子技术、自动控制理论、信息处理、计算机及其控制、网络通信等宽广领域的工程技术基础和专业知识，掌握电气工程运行、电气工程设计、电气工程技术咨询、电气工程设备招标及采购咨询、电气工程的项目管理、电气设计项目和建设项目的监理等基本技能。 在研究生学科专业目录中，电气工程是工学门类中的一个一级学科，包含电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术等5个二级学科 由国家技术监督局于1992年11月1日发布的学科分类与代码中，电气工程是一级学科动力与电气工程下的二级学科，包含电工学 、电机学、电力电子技术、电力系统及其自动化等 18个三级学科。,1.2.1电机的作用 电能优点1：易于转换成其它形式的能量(光能、热能、机械能、化学能）,使用便利 电机是以电磁感应现象为基础实现机械能与电能之间的转换以及变换电能的装置，包括旋转电机和变压器两大类。,1.2 电机工程,电机的作用： 1电能的生产、传输和分配 由汽轮机或水轮机带动的发电机，将机械能转换成电能，然后用变压器升高电压，通过输电线把电能送到用电地区，再经变压器降低电压，供用户使用。发电厂的多种辅助设备，如给水机、鼓风机、传送带等，都需要电动机驱动。 2驱动各种生产机械和装备 在工农业、交通运输、国防等部门和生活设施中，极为广泛地应用各种电动机来驱动生产机械、设备和器具。例如，数控机床、纺织机、造纸机、轧钢机、起吊、供水排灌、农副产品加工、矿石采掘和输送、电车和电力机车的牵引、医疗设备及家用电器的运行等一般都采用电动机来拖动。 3用于各种控制系统以实现自动化、智能化 控制电机作为整个自动控制系统中的重要元件，可以在控制系统、自动化和智能化装置中作为执行、检测、放大或解算元件。例如，控制机床加工的自动控制和显示，阀门遥控，显示电梯的自动选层与显示，火炮和雷达的自动定位，飞行器的发射和姿态等。,1.2.2 电机的分类 1按照在应用中的功能来分 (1)发电机。由原动机拖动，将机械功率转换为电能的电机。 (2)电动机。将电能转换为机械能的电机。 (3)将电能转换为另一种形式电能的电机，又可以细分为： 变压器。其输出和输入有不同的电压。 变流机。输出与输入有不同的波形，如将交流变为直流。 变频机。输出与输入有不同的频率。 移相机。输出与输入有不同的相位。 (4) 控制电机。在机电系统中起调节、放大和控制作用的电机 2按照所应用的电流种类来分 电机可以分为直流电机和交流电机。 3按原理和运动方式类分 (1)直流电机。没有固定的同步速度。 (2)变压器。静止设备。 (3)异步电机。转子速度永远与同步速度有差异。 (4)同步电机。速度等于同步速度。 (5)交流换向器电机。速度可以在宽广范围内随意调节。,1.2.3 电机的应用领域,1.电力工业 发电机。汽轮发电机（用于火力发电厂和核电厂）；水轮发电机（用于水力发电厂）；由风力机驱动的称为风力发电机。 变压器。变压器只能改变交流电压或电流的大小，不改变频率；只能传递交流电能，而不能产生电能。 2.工业生产部门与建筑业 在机床、轧钢机、鼓风机、印刷机、水泵、抽油机、起重机、传送带、生产线等工业生产设备上广泛应用电动机作为动力 在高层建筑中的电梯、滚梯；宾馆的自动门、旋转门；建筑的供水、供暖、通风等需要水泵、鼓风机等。这些设备都是电动机驱动的。,3交通运输 电力机车与城市轨道交通。 电力机车与城市轨道交通系统的牵引动力是电能，机车依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机驱动机车前进。普通列车只有机车是有动力的(动力集中)，而高速列车的牵引功率大，一般采用动车组(动力分散)方式，即部分或全部车厢的转向架也有牵引电动机作为动力。 内燃机车。内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车。电力传动内燃机车的能量传输过程是由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引电动机供电使其旋转。,船舶。 汽车。内燃机驱动的汽车上，从发电机、起动机到雨刷、音响，都要用到大大小小的电机。一辆现代化的汽车，可能要用到几十台甚至上百台电机。 电动车。电动车包括纯电动车与混合动力车，由于目前电池的功率密度与能量密度较低，所以内燃机与电动机联合提供动力的混合动力车目前发展较快。 磁悬浮列车驱动。主要依靠电磁力实现传统铁路中的支承、导向和牵引功能。 直线电动机轮轨车辆驱动。直线感应电动机牵引车辆是介于轮轨与磁悬浮车辆之间的一种方案，兼有轮轨安全可靠和磁悬浮非黏着牵引的优点。,4医疗、办公设备与家用电器 在医疗器械中，如心电机、X光机、CT、牙科手术了具、渗析机、呼吸机、电动轮椅等等。在办公设备中，计算机的DVD驱动器、CD-ROM、磁盘驱动器主轴都采用永磁无刷电动机，打印机、复印机、传真机、碎纸机、电动卷笔刀等都用到各种电动机。在家用电器中，只要有运动部件，几乎都离不开电动机，如电冰箱和空调器的压缩机、洗衣机转轮与甩干筒、吸尘器、电风扇、抽油烟机、微波炉转盘、DVD机、磁带录音机、录像机、摄像机、全自动照相机、吹风机、按摩器、电动剃须刀等。 5电机在其他领域的应用 国防领域，航空母舰用直线感应电动机飞机助推器取代了传统的蒸汽助推器；电舰船、战车、军用雷达都是靠电动机驱动和控制。在战斗机机翼上和航空器中，用电磁执行器取代传统的液压、气动执行器，其主体是各种电动机。再比如：演出设备(如电影放映机、旋转舞台等)、运动训练设备(如电动跑步机、电动液压篮球架、电动发球机等)、家具、游乐设备(如缆车、过山车等)以及电动玩具。,电气传动(或称电力拖动)的任务，是合理地使用电动机并通过控制，使被拖动的机械按照某种预定的要求运行。电动机的起动、调速与制动是电气传动的重要内容，电机学对电气传动有详细的介绍。 在电气工程中，电器特指用于对电路进行接通、分断（断路器、隔离开关、熔断器等），对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制（电磁起动器、控制继电器等）、调节、切换、监测（互感器、传感器）和保护（熔断器、断路器、限流电抗器、避雷器等）等作用的电工装置、设备和组件。电机（包括变压器）属于生产和变换电能的机械设备，习惯上不包括在电器之列,1.2.4 电动机的运行控制,1.3.1电力系统的组成 发电厂、变电所、电能用户之间用电力线路连接起来，发电厂与热能用户之间用热力管道联系起来，构成电能和热能的统生产、输送、分配和使用的总体称为动力系统。 作为动力系统的一部分，包括发电厂的发电机、升压及降压变电站、电力线路及用电设备则称为电力系统。 而电力系统的一部分，包括变电站及不同电压等级的电力线路称为电力网。,1.3 电力系统工程,电力系统,1.3.2 电力系统运行的特点,1电能不能大量存储 电能生产是一种能量形态的转变，要求生产与消费同时完成，即每时每刻电力系统中电能的生产、输送、分配和消费实际上同时进行，发电厂任何时刻生产的电功率等于该时刻用电设备消耗功率和电网损失功率之和。 2电力系统暂态过程非常迅速 电是以光速传播的，所以电力系统从一种运行方式过渡到另外一种运行方式所引起的电磁过程和机电过渡过程是非常迅速的。通常情况下，电磁波的变化过程只有千分之几秒，甚至百万分之几秒，即为微妙级；电磁暂态过程为几毫秒到几百毫秒，即为毫秒级；机电暂态过程为几秒到几百秒，即为秒级。 3与国民经济的发展密切相关 电能供应不足或中断供应，将直接影响国民经济各个部门的生产和运行，也将影响人们正常生活，在某些情况下甚至造成政治上的损失或及其严重的社会性灾难。,1.3.3 对电力系统的基本要求,1保证供电可靠性（最基本的要求） 系统应具有经受一定程度的干扰和故障的能力，但当事故超出系统所能承受范围，应尽量所缩小故障范围和避免大面积停电，尽快消除故障，恢复正常供电。 按负荷对供电可靠性的要求可将负荷分为三级（或三类）。 一级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成政治或经济上造成重大损失，人身事故、设备损坏，产品报废，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱。 二级负荷。对这类负荷中断供电，将造成大量减产，将使人民生活受到影响。 三级负荷。所有不属于一、二级的负荷，如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等。 对一级负荷由两个独立电源供电，要保证不间断供电；对二级负荷，应尽量做到事故时不中断供电，允许手动切换电源；三级负荷在系统出现供电不足时首先被断电，以保证一、二级负荷供电。,2保证良好的电能质量 电能质量主要是以电压、频率和波形三个方面来衡量。检测电能质量的指标主要是电压偏移、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度、电压闪变和电压波动。 3保证系统运行的经济性 电力系统运行有三个主要经济指标：煤耗率（或油耗率、水耗率）；自用电率；线损率。合理规划设计、经济调度，发电负荷优化分配 4电力优先发展 电力工业必须优先于国民经济其他部门的发展否则会对国民经济发展起到制约作用。 5环保和生态要求 控制温室气体和有害物质的排放，控制冷却水的温度和速度，防止核辐射，减少高压输电线的电磁场对环境的影响和对通信的干扰，降低电气设备运行中的噪声等。开发绿色能源，保护环境和生态，做到能源的可持续利用和发展。,1.3.4 电力系统的电能质量指标,五个相关指标： 1）电压偏差 指长时间的偏离额定电压（不应超过5%UN ） 该问题属于基波无功的范畴，主要与电能传输的导线直径、供电距离、潮流分布、调压方式、无功补偿容量等因素有关。欠电压可导致设备工作不正常，例如鼠笼型电动机过热和接触器吸引线圈释放。过电压可使多种电子和电气设备永久性的(绝缘)损坏。 2）频率偏差 电压频率偏离额定频率（不应超过50 0.20.5Hz ）。属于基波有功问题，它与电力系统有功储备有关。频率降低（升高）引起电机转速下降（上升）,3）谐波 电压波形畸变。属于负荷特性问题，是非线性负荷造成的，与非线性负荷所固有的特性有关。与供电质量关系不大，网络的运行方式、结构参数、储能设备的配置对谐波问题有重要影响。只要有非线性负荷(电气化铁路、地铁、电弧炉、整流设备）接入电网，就会产生谐波。其结果造成变压器中由于涡流及磁滞损耗的加大而过热、电动机过热和转矩下降，以及中性线和补偿电容器过热。谐波电流增加了电网的能量损耗，降低旋转电机、变压器、电缆等电气元件的寿命，还将影响电子设备的正常工作，使自动化、远动、通迅都受到干扰。 4）三相不平衡度 三相电源各相的电压不对称的程度。是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。会使变压器内产生环流(及过热),并可使电动机的效率降低。发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。,5）电压允许波动和闪变 电压短时间超出规定范围的摆动或扰动，电网电压幅值（或半周波方均根值）的连续快速变化称为电压波动。由电压波动引起的灯光闪烁对人眼脑产生的刺激效应称为电压闪变。属于无功冲击问题，与负荷的启动特性有关，但网络的运行方式、参数及无功补偿类型对该问题也有相当影响。产生的原因有，如大电机重负荷启动及切断过程，在极端情况下可使设备断电或设备损坏，例如照明系统有感的闪烁现象。,1.3.5 电力系统的基本参数,三相电路的主要电气参数：电压、电流、阻抗（电阻、电抗、容抗）、功率（有功功率、无功功率、复功率、视在功率）、频率等。 表征电力系统的基本参数有：总装机容量、年发电量、最大负荷、年用电量、额定频率、最高电压等级、额定电压等。,电力系统的电压等级和规定,电力网应有自己的额定电压（3、10、35、110、220、330、500kV) ，并且规定电力网的额定电压和用电设备的额定电压相一致。 用电设备允许在额定电压的 5上下波动。 发电机总是接在电力网的首端，所以它的额定电压应比所接电网的额定电压高5。,变压器在一次侧可看成用电设备，二次侧可看成电源。一次侧额定电压等于电网的额定电压（接电源时应等于发电机额定电压） 。规定变压器二次侧的额定电压比用电器额定电压高10（变压器带负荷运行内部会有约5 的电压降）。如果变压器阻抗较小， 内部电压损耗也比较小，规定这种变压器的二次侧额定电压比用电器额定电压高5。,额定电压与传输功率和传输距离之间的关系,综合经济性：容量一定，额定电压高，则线路电流小，损耗小，可采用小面积导线，节约金属，但是同时线路绝缘要求高，加大投资。要平衡方案,1.3.6 电力系统的接线方式,选择电力系统接线方式时，应保证与负荷性质相适应的足够的供电可靠性、简明、安全、灵活性、经济性。 开式电力网：由一条电源线路向电力用户供电。接线简单、运行方便，保护装置简单，便于实现自动化，投资费用少，但供电的可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷，不适于向一级负荷供电。 闭式电力网：由两条（双回）及两条以上电源线路向电力用户供电。供电可靠性高，运行和检修灵活，但投资大，运行操作和继电保护复杂，适用于对一级负荷供电和电网的联络。,图1-7 闭式电力网 a）放射式 b）干线式 c）链式 d）树枝式 e）环式 f）两端供电式,图1-5 开式电力网 a）放射式 b）干线式 c）链式 d）树枝式,图1-6 企业总降压变电所放射式接线,图1-8 两侧电源供电的双回路高压配电网,1.3.7 电力系统运行,1电力系统分析 电力系统分析是用仿真计算或模拟试验方法，对电力系统的稳态和受到干扰后的暂态行为进行计算、考查，做出评估，提出改善系统性能的措施。分为电力系统稳态分析、故障分析和暂态过程的分析。（第五章） 电力系统分析的基础为电力系统潮流计算、短路故障计算和稳定计算。,电力系统稳态分析。主要研究电力系统稳态运行方式的性能，包括潮流计算、静态稳定性分析和谐波分析等。 潮流计算包括系统有功和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等。 静态稳定性分析主要分析电网在小扰动下保持稳定运行的能力，包括静态稳定裕度计算、稳定性判断等。 谐波分析主要通过谐波潮流计算，研究在特定谐波源作用下，电力网内各节点谐波电压和支路谐波电流的分布，确定谐波源的影响，从而制定消除谐波的措施。 故障分析。主要研究电力系统中发生故障（包括短路、断线和非正常操作）时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的的主要内容。 电力系统暂态分析。主要研究电力系统受到扰动后的电磁和机电暂态过程，包括电磁暂态过程的分析和机电暂态过程的分析。 电力系统分析工具有暂态网络分析仪、物理模拟装置和计算机数字仿真三种。,2电力系统继电保护和安全自动装置 是在电力系统发生故障或不正常运行情况时，用于快速切除故障、消除不正常状况的重要自动化技术和设备(装置)。电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，它们可及时发出警告信号，或直接发出跳闸命令以终止事件发展。用于保护电力元件的通常称为继电保护装置，用于保护电力系统安全运行的通常称为安全自动装置，例如自动重合闸等。（第六章） 3电力系统自动化 应用各种具有自动检测、反馈、决策和控制功能的装置，并通过信号、数据传输系统对电力系统各元件、局部系统、或全系统进行就地或远方的自动监视、协凋、调节和控制，以保证电力系统的供电质量和安全经济运行。须应用现代控制理论、电子技术、计算机技术、通信技术、图像显示技术等科学技术的最新成就来实现电力系统自动化。（第七章）,电力系统并网运行的优越性,随着高压输电技术的发展，各个不同地方的电厂逐步联系起来并列运行，规模越来越大，形成大的电力网络系统。 1减少总备用容量的比重（可共享备用容量） 2可以采用高效率的大容量机组 3可充分利用水电厂的水能资源（丰水期多发水电，枯水期多发火电） 4减少总负荷的峰值（不同地区负荷峰值会错开，从而减少需要的总装机容量） 5提高供电可靠性（风险分散）,中国电力体制改革,当前，中国电力行业正经历深刻的体制改革，电力改革主旨是实现“厂网分开，竞价上网”，打破电力行业原来的垂直一体化垄断经营体制，引入市场竞争机制，使电厂、电力集团成为一个独立企业，参与市场竞争。 2002年12月29日正式成立： 5大发电集团（中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司） 南北2大电网公司(南方电网公司和国家电网公司) 4大辅业集团（除了发电网以外的资产，包括研究院、设计院、驻京企业等） 随后在2003年3月20日承担宏观调控作用的中国国家电力监管委员会（简称电监会）也正式挂牌运行。 这一系列举措标志着中国的电力体制改革已经进入了一个崭新的阶段。,全国电网结构图,2004年全国电网联网示意图,通讯服务器,电力二次系统 示意图,电力二次系统安全防护管理体系,智能电网就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 从广义上来说，智能电网包括:a.可以优先使用清洁能源的智能调度系统、 b.可以动态定价的智能计量系统以及c.通过调整发电、 用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统。,智能电网 （smart power grids ）,电能不仅从集中式发电厂流向输电网、配电网直至用户，同时电网中还遍布各种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、燃料电池、电动汽车等等；此外，高速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了智能电网的安全、稳定和优化运行。,智能电网既是下一代全球电网的基本模式，也是中国电网现代化的核心. 2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，并规划了从2008年至 2030年的“三步走”战略，即：在2010年初步建成电网高级调度中心，2020年全面建成具有初步智能特性的数字化电网，2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。 2010年1月12日，国家电网公司制定了关于加快推进坚强智能电网建设的意见，确定了建设坚强智能电网的基本原则和总体目标。,1.4 电力电子技术,1.4.1 电力电子技术的作用 是以控制理论为基础、以微电子器件或微计算机为工具、以电子开关器件为执行机构实现对电能的有效变换，高效、实用、可靠地把能得到的电源变为所需要的电源，以满足不同的负载要求。 电力电子技术的主要作用如下： (1)节能减排。通过电力电子技术对电能变换后，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最优化。 (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。 (3) 向高频化方向发展，实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小，响应速度加快，无噪音，功能强。 (4) 提高电力系统稳定性。,1.4.2 电力电子技术的特点 电力电子技术是采用电子元器件作为控制元件和开关变换器件，利用控制理论实施控制，对电力(电源)进行控制变换。 概括起来，电力电子技术有如下几个特点：弱电控制强电；传送能量的模拟数字模拟转换技术；多学科知识的综合设计技术。 现代电力电子技术的发展方向：全控化、集成化、高频化、高效率化、变换器小型化、电源变换绿色化。,1.4.3 电力电子技术的研究内容 (1)电力半导体器件及功率集成电路。 (2)电力电子变流技术。 (3)电力电子应用技术。 其研究内容主要包括超大功率变流器在节能、可再生能源发电、钢铁、冶金、电力、电力牵引、舰船推进中的应用；电力电子系统信息与网络化；电力电子系统故障分析和可靠性；复杂电力电子系统稳定性和适应性等。 (4)电力电子系统集成。 其研究内容主要包括电力电子模块标准化；单芯片和多芯片系统设计；电力电子集成系统的稳定性、可靠性等。,1.电力半导体器件 电力半导体器件是电力电子技术的核心。与信息处理用器件不同，一是必须具有承受高电压、大电流的能力；二是以开关方式运行。因此，电力电子器件也被称为电力电子开关器件。 按照开通、关断的控制可分为：不控型、半控型和全控型，全控型器件在现代电力电子技术应用中起主导作用。按照电力电子器件的驱动性质，可分为电压型和电流型,图1-10 电力电子可控开关器件 （a）GTO；（b）IGBT；（c）IGCT,2电力电子变换器的电路 以电力半导体器件为核心，采用不同的电路拓扑结构和控制方式来实现对电能的变换和控制，这就是变流电路。 变换器电路结构的拓扑优化是现代电力电子技术的主要研究方向之一。 根据电能变换的输入输出形式，变换器电路可分为交流-直流变换（AC/DC）、直流-直流变换（DC/DC）、直流-交流变换（DC/AC）和交流-交流变换（AC/AC）四种基本形式。 3. 电力电子电路的控制 控制电路的主要作用是：为变换器中的功率开关器件提供控制极驱动信号。驱动信号是根据控制指令，按照某种控制规律及控制方式而获得的。控制电路应该包括时序控制、保护电路、电气隔离和功率放大等电路。,1.4.4 电力电子技术的应用,1. 工业电力传动 电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美。铁路牵引传动由直流传动到交流传动的转换。 2. 电源 如太阳能、风能、生物质能、海洋潮汐能及超导储能等可再生能源，受环境条件的制约，发出的电能质量较差，而利用电力电子技术可以进行能量储存和缓冲，改善电能质量。同时，采用变速恒频发电技术，可以将新能源发电与电力系统联网。,3. 电力系统工程 高压直流输电，其送电端的整流和受电端的逆变装置都是采用晶闸管变流装置，它从根本上解决了长距离、大容量输电系统无功损耗问题。 FACTS技术是利用现代电力电子技术改造传统交流电力系统的一项重大措施，已成为未来输电系统新时代的支撑技术之一。柔性交流输电系统（Flexible AC Transmission System）也称柔性输电技术或灵活输电技术，是指利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数或网络参数从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统输电能力的技术。 晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容量（TSC）都是重要的无功补偿装置。静止无功发生器（STATCOM）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更优越的无功和谐波补偿的性能。,4. 交通运输工程 电气化铁道中广泛采用电力电子技术，电气机车中的直流机车采用整流装置供电，交流机车采