电气工程概论-第一章-绪论.ppt

热烈欢迎 同学们到电气工程及其自动化专业学习！,北京理工大学珠海学院,Beijing Institute of technology, Zhu Hai,电气工程及其自动化 专业简介,2019年6月,普通高等学校本科专业概况,我们现在执行的是国家教育部1998年颁布的普通高等学校本科专业目录和专业介绍 1.我国高等学校本科专业演变：,电气工程及其自动化专业的发展历史：,1著名高校设置该专业的时间 国外大学设置电气工程专业的时间 哥伦比亚大学 1889年 康乃尔大学 1883年 普林斯顿大学 1889年 德州大学 1895年 麻省理工学院 1882年,电气工程及其自动化专业的发展历史：,1著名高校设置该专业的时间 国内大学设置电气工程专业的时间 1908年，交大（南洋大学堂）设立了电机专科，这是我国最早的电机专业。 1912年，同济医工学堂（同济大学）设立电机科。 1920年，浙江大学（公立工业专门学校）设立电机科。,电气工程及其自动化专业的发展历史：,1著名高校设置该专业的时间 1923年，中央大学（后改为东南大学）设立电机工程系。 1932年，清华大学设立电机系。 1933年，北洋大学（天津大学）设立电机工程系。,1952年，我国进行大规模的院系调整，出现了一批以工科为主的多学科性大学，也出现了一批机电学院或电机系。 1966年，文革开始，大学正常招生暂停。,2高校专业整合过程,1977年，恢复高考制度，之后大部分学校的“电机工程系”改为“电气工程系”或“电力系”，90年代之后，又陆续改为“电气工程学院”。 1998年，我国高校进行了大规模专业目录调整，将电工类专业和电子与信息类专业合并为“电气信息类”，专业数大大减少，专业口径大大拓宽。,2高校专业整合过程,3部颁专业设置的演变,1993年 1998年（基本） 1998年（引导）,2001年教育部高等学校本科专业设置大全,149所大学设置 电气工程及其自动化专业 目前已达200余所,1.1 电气工程在国民经济中的地位,11,电气工程是与电能生产和应用相关的技术，同时它也是工程教育体系中的一个学科。 在我国高等学校的本科专业目录中，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。,12,“电气工程” 的英文定义是： The branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control of machines and communication。（工程科学的一个分支，研究电气的应用和发配电设备与机械的控制以及通信）。美国普林斯顿大学认知科学实验室英语词汇数据库WordNet（/perl/webwn) 目前，我国的电气工程及其自动化专业不包括通信。,13,电气工程专业是工科中历史最悠久的专业之一。 从电气工程专业中派生出庞大的电气信息专业群。 电气工程专业在我国至今仍保持着强大的生命力。,电气工程专业不仅给我国培养了一大批电气工程师，也曾经给我国培养了一大批国家领导人。,这一特殊的历史现象，在党的十四届中央政治局常委会时，达到了登峰造极的地步。 江泽民 交通大学电机系 李 鹏 莫斯科动力学院电力专业 朱鎔基 清华大学电机系 胡锦涛 清华大学（水电专业） 李瑞环、尉健行、李岚清 古今中外 空前绝后,2.专业目录概况：,专业目录分设哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学共11个大学科门类，下设71个二级学科，249种专业。其中工学门类下21个二级学科，70种专业。 “电气工程及其自动化”专业属“工学”门类中的“电气信息类”二级学科。 在“电气信息类”二级学科下设有7个专业： 电气工程及其自动化（专业代码 080601） 自动化（专业代码：080602） 电子信息工程（专业代码：080603） 通信工程（专业代码：080604） 计算机科学与技术（专业代码：080605） 电子科学与技术（专业代码：080606） 生物医学工程（专业代码：080607）,2019/6/7,18,清华大学 浙江大学 华中科技大学 西安交通大学 天津大学 华南理工大学 东南大学 重庆大学,华北电力大学 哈尔滨工业大学 山东大学 合肥工业大学 湖南大学 四川大学 河海大学,设立电气工程的重点院校,19,1998年国家颁布的大学本科专业目录,电机电器及其控制 电力系统及其自动化 高电压与绝缘技术 电气技术,电气工程及其自动化专业,注：在同时颁布的工科引导性专业目录中，把电气工程及其自动化专业和自动化专业中的部分合并为电气工程与自动化专业。,20,电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术称为电气工程。 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，包含五个二级学科: 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,电 气 工 程 及 其 自 动 化,电力系统及其自动化,高电压与绝缘技术,电气技术（部分）,电机电器及其控制,光源与照明,电气工程及其自动化,4.专业变化情况 （1）专业口径,电气工程是一个很宽泛的领域，内容广泛而复杂。最典型的就是电能的生产和利用。 电能是现代社会最重要、最方便的能源。它能方便的转化为其它形式的能，如机械能、热能、光能、化学能等；容易输送和分配，应用灵活。因此电能已被广泛应用于工农业，交通运输、国防以及人民的日常生活中。以电作为动力，可以促进生产自动化，保证产品质量，提高劳动生产率。 涉及学科：电气工程、控制科学与工程 、计算机科学与技术 关联学科：热能与动力工程、水利水电工程,电气工程及其自动化的内涵,电气工程-一级学科 下属二级学科：（研究生专业）,2019/6/7,23,电力系统及其自动化(Power System and its Automation) 高电压技术与绝缘(High Voltage Tech. and Insulations) 电机与电器(Electrical Machines and Apparatus) 电力电子与电气传动(Power Electronics and Electric Drives) 电工理论及电工新技术(Theories and New Tech. of Electric Engineering),电气工程及其自动化专业的招生及就业,以下数据来源于教育部高校学生司编写的升学与就业2002年高考填报志愿指南 1. 2001年科研设计单位接收本科毕业生最多的10个专业,2. 2001年国有企业接收本科毕业生最多的10个专业,3. 2001年三资企业接收本科毕业生最多的10个专业,4. 2001年本科毕业生考取研究生数量最多的10个专业,发电厂（发电公司） 输电系统（电网公司） 配电系统（电业局） 电力用户,电气工程及其自动化专业就业去向,发电厂 一次系统：运行、检修 二次系统：测量、保护、控制 五大发电集团：华电、国电、大唐、华能、 中电投 长江电力，二滩公司，中广核,输电网（330500kv） 一次系统：调度运行 二次系统：测量、保护、控制 国家电网、南方电网、网调、省调,配电网 一次系统：调度运行，检修 二次系统：测量、保护、控制 地调、县调,电力用户 大型国有企业：宝钢，首钢，北京石化,与电力系统紧密相关的行业 一次、二次设备制造 电力设计院 电力施工企业,非电力行业 非电力设计院 大中专学校,培养方案,按09级后执行,38,1、培养目标： 本专业培养具有电力系统及其自动化、继电保护及自动远动技术、电力市场、电力电子技术、电机及其控制、计算机应用等方面领域的基本理论素养、专业基本知识和较高综合素质,能够在电力部门、科研院所、国民经济管理部门、大专院校等机关和企事业单位从事电气工程领域有关的系统运行、自动控制、信息处理、试验分析、技术经济等方面的科学研究、工程设计、技术开发、技术管理、市场营销等工作的“复合型”高级工程技术人才。,2.业务培养要求,本专业学生主要学习电工技术、电子技术、信息控制、计算机技术等方面较宽广的工程技术基础和一定的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程技术分析与控制技术问题的基本能力。,毕 业 生 应 获 得 以 下 几 方 面 的 知 识 和 能 力,三、修业年限：四年 四、授予学位：工学学士,五、课程体系的构成,额定总学分=额定课内总学分+课外创新 额定学时=必修课（含实验）+选修课+实践性教学环节,实践性教学环节,其它,大学生数学建模竞赛,大学生电子设计竞赛,各种等级证书、资格证书考试,大学生课外科技作品竞赛,国家四、六级英语统考,积极准备考研,44,电气科学与工程的学科分类 电磁学与电路理论 电机电器学 电力系统 电工材料学 高电压与绝缘 电力电子学 脉冲功率技术 放电理论与放电等离子体 超导电工学 生物电磁学 电磁兼容 新能源与新发电技术,45,46,电气工程除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等），它与基础科学（如物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系，但又具有明显的差别。 基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律。 技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。 电工学科的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出现的新现象，而不是自然界固有存在的现象。还不能只限于现象的分析，而应包括实现所需现象的综合以及为此所需的代价，从而使方法和途径也占有重要地位。,47,电气测量技术在电气工程各分支学科的技术发展中具有耳目和神经的作用，它是定量研究电气工程技术问题的手段，随着各分支学科的发展而迅速发展。 电气测量技术及其仪器的自动化、微机化、智能化、多功能化等发展趋势，已深深渗透到电气工程各分支学科的测量技术中。 新原理、新技术和新仪器日新月异，例如测量、监视、控制等多功能新型装置以及现场测试或实时监测技术对整体系统精度的改进等，都对电气工程分支学科的发展起了重要作用。,专业方向及其特点简介,电力系统及其自动化 培养能掌握电能（电力）生产、输送和分配的理论和技术，能进行发电厂与电力系统及其保护、控制系统之设计、运行的高级工程技术人才。,继电保护及自动远动 发电厂和变电所的二次设备、对一次设备的保护、通信、调度自动化等,专业方向及其特点简介,电力市场 国务院20025号文件，电力体制改革方案 厂网分开，重组发电和电网企业；实行竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监督管理体系，初步建立竞争、开放的区域电力市场。 电力市场运作模式,竟价模式,结算规则,辅助服务等。,专业方向及其特点简介,电力电子 培养在强电与弱电相结合的电气技术方面从事设计、制造和运行以及研究的高级工程技术人才。,电机电器及其控制 培养电机电器及其控制装置的设计、制造、试验以及应用，开发研究工作的高级工程技术人才。,2 电气科学与工程的发展简史,51,52,53,54,带有莱顿瓶的起电机,55,56,57,58,59,安培与他的实验装置,60,欧姆与他的实验装置,61,法拉第与最早的发电机法拉第盘,62,63,皮克斯发明的直流发电机,64,雅可比发明的世界上第一台电动机模型与实用电动机,65,西门子与他的自激式发电机,66,麦克斯韦与他所著的电磁通论,67,电弧灯（左）与爱迪生发明的白炽灯,68,1882年，爱迪生在纽约建立发电厂,1.3 电气工程的发展前景,69,电气工程,70,线控汽车,71,全电旅游船电气设备布置,72,多电飞机电气设备布置,73,智能楼宇示意图,近年来的研究热点： 电力大系统、电力传动系统及电力电子变流系统中的各类问题； 生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术； 气体放电及多相混合体放电问题； 基于新材料、新原理或为开拓新应用领域的电机、电器； 反映各类电器设备电器或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术； 电能质量的理论及其测量、控制； 可再生能源发电、电能存储和电力变换技术； 现代测量原理及传感技术； 脉冲功率技术与低温等离子体应用基础； 电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、控制及规划的理论及其应用。,74,发电厂 电网（输电网+配电网） 用户,电力系统的组成,发电厂,House,输电网,配电网,发电：其它形式的能发电厂电能，变压器和线路输送，变压器和不同电压的线路配电：分配给用户的生产或生活设备。,发电,一、火力发电,世界上最大的汽轮发电机是瑞士BBC公司为美国制造的1300MW机组，1972年投入运行的； 最大的火力发电厂是苏联的别列佐夫-1火电厂，其中安装了8台800MW的汽轮发电机组。,我国最大的火电厂 ：内蒙古大唐托克发电公司 480万kW（60万kW 8） 最大的火电机组 100万kW,二、水力发电,目前，世界上最大的水轮发电机组是最早安装在美国大古力水电厂三厂、伊泰普水电厂和我国三峡水电厂的700MW机组；,目前已投入运行的最大水电厂是 我国三峡水电厂，装有26台700MW机组，总容量为18200MW。,二、核能发电,世界上第一台核电机组于1954年4月在莫斯科市近郊奥勃宁斯克核电厂投运； 最大核电厂是日本福岛第一沸水堆核电厂，总装机4540.6MW，单机容量最大的是原苏联的1500MW石墨沸水堆机组。,我国最大的核电厂 ： 岭澳核电厂 200万kW（100万kW 2） 在建阳江核电厂 600万kW（100万kW 6）,其它能源发电 太阳能 风力 地热 潮汐 燃料电池 垃圾 磁流体,太阳能发电,利用聚热装置，将太阳热能聚集以产生蒸汽，带动涡轮发电机产生电力。,太阳能的利用方式,利用光电效应来产生电力,风力发电,20KW变速恒频风力发电机组,地热发电 地热蒸汽电能,潮夕发电,潮夕发电示意图,波浪电站,燃料电池还被称为静止发电机,垃圾焚烧发电技术,磁流体发电,2009年底 全国装机87407万kW,2009年底 发电量36506亿kWh,我国未来20年电力发展规划,输 电,我国电网分布图,30000MW,30000MW,40000MW,40000MW,20000MW,10000MW,10000MW,10000MW,国外电网的发展趋势,智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，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。,国外电网的发展趋势,奥巴马上任后提出的能源计划，除了以公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入网管理；全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。,国外电网的发展趋势,欧洲的情况 欧洲的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发电的发展。 可再生能源，特别是风能、水电、太阳能和生物质能的发展，是欧盟委员会能源政策的中心目标 这种能源政策的引导下，欧洲以分散式电源作为发展的一个必然方向，而不强调电网规模的扩大。,国外电网的发展趋势,欧洲的情况 与电网的大容量和超高压发展方向相反，欧洲更多的是关心智能电网技术。 未来的电网必须建立电网信息化管理系统之上，特别是低压供电电网的信息化控制，流量平衡控制、网内分布式能源智能管制系统、智能保护系统等。其电网的发展目标是可靠、高效和灵活。,当前的电网,欧洲未来电网: 分散/自主 发电 和高度集成的网络管理,Storage,Photovoltaics power plant,Wind power plant,House with domestic CHP,Power quality device,Storage,Central power station,House,Factory,Commercial building,Local CHP plant,Storage,Storage,Power quality device,Flow Control,Transmission Network,Distribution Network,欧洲未来电网,?,中国电网,以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能电网的战略发展目标,特高压交流：1000KV 特高压直流: 800KV,一、特高压输电：,其他,1952年 瑞典世界上首条380kV输电线。,90年代初期 日本也建成一条1200kV 线路。,美国,1908年第一条110KV线路。 1923年第一条230KV线路。 1954年第一条345KV线路。 1964年第一条500KV线路。 1969年第一条765KV线路。,十九世纪初期 低压直流。 1885年 单相交流输电。 1891年 三相交流输电。 1891年 三相架空输电线。 15.2kV、75km。,发展历程：,初期,1972年第一条330kv输电线路534km投运（刘家峡-天水-关中） 1981年第一条500kv输电线路595km投运（平顶山-武汉） 2005年9月第一条750KV线路投入运行（官亭兰州东） 2009年1月我国第一条1000kV线路投入运行（山西湖北）654km,高压直流(HVDC)输电技术发展： 1950年， 前苏联直流试验线路 1954年，瑞典高特兰岛到瑞典本土的海底电缆。 1961年，英法两国采用海底电缆，连接两国交流电力系统。 1962年， 前苏联建成400kV工业性试验线路。 随后又建设了750kV长距离直流线路。 1970 年，美国第一条400kV HVDC线路投运 1985升压到500kV。 1990 加拿大 750kV级直流线路并向美国延伸。 巴西伊泰普水电站也用600kV直流线路送出。,长43km、电压200kV、输送功率为3万kW。,1989年第一条500kv直流输电线路投运（葛洲坝-上海）,电路理论的基本概念与基本定律 电路的基本物理量及其正方向； 欧姆定律； 基尔霍夫定律。,119,1.4 电气工程的理论基础,120,电磁场理论的基本概念与基本定律,1. MATLAB,121,1.5 电气工程常用的计算机程序简介,MATLAB是美国Mathwork公司自1984年开始推出的一种使用简便的工程计算语言，由于其强大的数值运算能力和开放灵活的应用界面而在科学技术和工程应用的各个领域得到广泛的应用.其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件几乎支持各个工程领域。,2. PSpice SPICE 是美国加州大学Berkely分校在20世纪70年代早期为集成电路仿真开发的，它是低功率等级电力电子最广泛应用的仿真程序。 微机版本的SPICE称为PSpice。,122,3.EMTP EMTP (Electro-Magnetic Transient Program) 是用于电力系统电磁暂态分析的仿真软件,是电力系统中高电压等级的电力网络和电力电子仿真应用最广泛的程序。 EMTP侧重的是系统级的运行工况而不是个别元件的细节。它包含电机、变压器、传输线、二极管、晶闸管和开关等元件的模型。 EMTP是一个不断发展的软件，拥有推动其发展的大量资源，成为美国电力系统和电力电子仿真方面的工业标准。,123,124,电气工程常用的软件还有混合信号及混合技术仿真软件Saber、电磁场分析计算软件Ansoft等。,电气工程常用网站,1）国际组织和学术会议 国际电工委员会（IEC，瑞士）：www.iec.ch; 美国电气与电子工程学会（IEEE）：: IEEE电力工程学会：/power/power.html; 国际大电网会议（CIGRE）：;； 电力论坛：; 世界能源会议(WEC)；; 国际能源机构(IEA): ； 中国电力发展促进会：/homepage/org/dlhc.htm; 太平洋电力协会Pacific Power Assosciation：.fj; 电力研究学会：。,2 ）期刊、学报 中国电机工程学报：.vn； 电力系统自动化：； 电网技术：/periodical/dwjs； 电力系统及其自动化学报/colleges/