电气工程的发展现状与发展趋势

电气工程的发展现状与发展趋势 一 电气工程的发展现状 概论 我国电力工业正以 大机组 大电网 高电压 高参数 高度自动 化 等 三大三高 的现代电力系统的模式超长规模的建设与发展 因此对工 程技术设计人员的素质和能力提出了更新和更高的要求 未来的几十年 我国 电力系统和电气工程会依然保持较快发展趋势 光伏发电和其他可再生资源将 得到快速发展 新的电力电子技术 电工材料 计算机及网络技术 控制与管 理手段具有巨大影响潜力 1 电机的驱动及控制 逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展 这使得电机在仅仅 30 年就应用到了不可思议的领域 功率半导体元件和数字控制技术的进步使得 电机驱动能够实现高精度的位置和速度控制 交流驱动技术的应用也带来了能 源节约和系统效率的提高 电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步 这要归功于半导体技术 的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步 电机驱动产业发展的利处已经 触及各种各样的设备 从大型工业设备像钢铁制造厂 造纸厂的轧钢机等 到 机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备 交流电机控制器包括异步电机 控制器和永磁电机控制器 这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用 目前 异步电动机矢量控制技术 直接转矩控制技术乃至无传感器的直接转 矩控制技术已实用化 2 电力电子技术的应用 半导体的出现成为 20 世纪现代物理学的一项最重大的突破 标志着电子 技术的诞生 而由于不同领域的实际需要 促使半导体器件自此分别向两个分 支快速发展 其中一个分支即是以集成电路为代表的微电子器件 而另一类就 是电力电子器件 特点是功率大 快速化 自 20 世纪五十年代末第一只晶闸管 问世以来 电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台 以此为基础开发的 可控硅整流装置 是电气传动领域的一次革命 使电能的变换和控制从旋转变 流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代 这标志着电 力电子的诞生 电子电力技术包括电力电子器件 变流电路和控制电路 3 部分 是以电力 为处理对象并集电力 电子 控制三大电气工程技术领域之间的综合性学科 电力技术涉及发电 输电 配电及电力应用 电子技术涉及电子器件和由各种 电子电路所组成的电子设备和系统 控制技术是指利用外加的设备或装置使机 器设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律运行 电力电子器件 是电力电子技术的基础 电力电子器件对电能进行控制和转换就是电子电力技 术的利用 在 21 世纪已经成为一种高新技术 影响着人们生活的各种领域 因 此对对电子电力技术的研究具有时代意义 传统电力电子技术是以低频技术处理的 现代电力电子的发展向着高频技 术处理发展 以功率 MOS FET 和 IGBT 为代表的 集高频 高压和大电流于一身 的功率半导体复合器件的出现 表明已经进入现代电子电力技术发展时代 20 世纪以来 电力电子作为自动化 节材 节能 机电一体化 智能化的 基础 正朝着应用技术高频化 产品性能绿色化 硬件结构模块化的现代化方 向发展 3 电力系统及其自动化控制 电力系统自动化即对电能生产 传输和管理实现自动控制 自动调度和自 动化管理 电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测 调节和控制 系统 和元件的自动安全保护 网络信息的自动传输 系统生产的自动调度 以及企 业的自动化经济管理等 电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量 频率和电压 保证系统运行的安全可靠 提高经济效益和管理效能 电力系统自动化是电力系统一直以来力求的发展方向 它包括 发电控制的 自动化 电力系统信息传输自动化 电力调度的自动化 电力系统反事故自动 装置 配电自动化 电力工业管理系统自动化 4 工业电气控制 随着科学技术的不断发展 特别是计算机和网络技术的应用 以及新型控制 策略的出现 使电气控制系统从控制结构到控制理念均发生了根本的变化 利 用工业电气自动化 我们能够有效的节约资源 降低成本 获得更大的经济和 社会效益 其未来将向现代分布是式 开放被信息化发展 5 新能源及发电技术 光伏发电将呈现大规模集中接入与分散接入并举的发展态势 一是需要 建设完备的新能源发电的资源数据平台和运行数据平台 二是要进行新能源电 站模型的深化研究 掌握风电 光伏等新能源电站的参数辨识技术 三是结合 新能源发电并网运行调度对仿真分析提出的新要求 研究适用于不同时空尺度 下的时序仿真技术 四是新能源并网规划技术 开发相应的工具软件 一是分 布式新能源的配电网的规划设计技术 二是分布式新能源接入配电网运行控制 技术 三是在分布式储能 用户侧的能源高效利用方面进行研究 使得现有配 电网能够适应供电结构变化带来的运行方式差异 逐步实现分布式新能源的即 插即用 二 针对电气工程发展趋势 本专业的应对及应用 1 针对电机驱动的发展趋势 现在本院在设计过程中 对有节能要求的设备均 采用了电动机变频调速技术 电气专业配合自控专业 共同实现电机的控制 以实现节能目标 如 空调送风机的变频调速控制 冷冻水泵 冷却水泵的变 频调速控制等在工程设计中大量采用 2 针对电力电子技术的发展 有源滤波技术的发展和应有 新型补偿滤波装置 SVG 的逐渐采用 均是新技术发展的实际成果 电力谐波对电力网 包括用户 危害是十分严重的 它是一种电力污染 一 种人们看不见 嗅不到 摸不着的污染 所以往往不被人们注意 谐波的危害 主要表现在 加速电容器老化 甚至使电容器爆炸 导致继电保护误动作 影响电 动机效率和正常运行 缩短电动机寿命 增加变压器和线路损耗 影响和干扰 测量控制仪器 通讯系统工作 静止无功发生器 SVG Static Var Generator 的基本原理是指将自换相 桥式电路通过电抗器直接并联在电网上 适当地调节桥式电路交流侧输出电压 的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流 就可以使该电路吸收或者发出满足 要求的无功电流 实现动态无功补偿的目的 低压电力有源滤波和无功综合补偿装置通过数字化控制系统对电网的无功 电流及谐波电流进行实时计算分析 控制装置内的补偿单元准确输出系统所需 要的无功功率和谐波电流 达到同时补偿和滤波的目的 该产品补偿单元由可 控硅 电容电感元件和 IGBT 智能模块组成 根据系统需要实时调节补偿容量 装置采用优化特定消谐技术 自身不产生谐波 不会对电网造成谐波污染 3 电力系统及自动化的应有 现在本专业设计工程中 高压综合保护系 统的应有 低压电网络综合保护仪表的广泛应 微机保护监控产品是为了适应智能化 信息化要求而推出的新产品 微 机保护装置适合用于变电站综合自动化系统 需与综合自动化系统软件配套使 用 是全新的面向电力系统对象设计的电网信息管理系统平台 它包含从数据 采集 数据库管理 系统管理到图形界面在内的作为支撑系统的所有功能 产 品配备双高速工业以太网通讯接口 彻底解决了信息互联时所存在的所有瓶颈 问题 大量故障录波数据瞬间即可传至上位机 低压系统中 多功能网络智能仪表得到广泛应有 多功能网络智能仪表是一 种集可编程 自动化测量 LCD 显示 电能累加 数字通讯 带模拟量输出 对 应参变量可编程 数字量输出等功能为一体的智能综合电力监测仪表 可以实 现电能管理 对节能减排有很大的作用 另外 现在综合计量管理也逐渐成为设计的发展方向 即把水 电 汽 冷 等能源计量均采用带网络通信的仪表进行计量管理 实现全方位的节能管理措 施 4 工业电气控制在设计中也广泛应有 电气专业在设计过程中通常配合自 控专业完成设备的自动控制 在电气设计中 通常给自控专业预留控制节点 实现所有需要自动控制的电气设备均可实现手自动转换 5 新能源及发电技术 在电气设计中应用不是很广泛 但是随着新技术的 发展成熟和国家对节能减排的鼓励措施 越来越多的企业在筹建过程中 考虑 到了新能源的应有 现在本专业设计到的主要是光伏发电的应有 分布式光伏发电并网系统主要由 1 光伏电池组件 2 并网逆变器 3 输配电系统 4 双向电表 5 公共电 网等组成 光伏电池组件将光能转化为直流电能 并网逆变器以最有效的 方式 将直流 电转换为与公共电网完全同步的交流电 通过输配电系统即可实现光伏电能的 并网输送 由于技术发展 现在光伏发电可以直接并网 简化了系统设计 能够实现即 发即用 并且很多对方政府对应用光伏发电的企业有补贴 造价也比最初降低 了很多 所以有很多企业现在有意愿采用光伏发电并网应有 我们设计的项目 中 珠海丽珠集团整体搬迁项目 设计了 1000KW 的光伏发电系统 并且并网 运行 实际运行效果很好 三 结论 随着我国经济发展水平的不断提高 电气工程自动化取得了良好的发展成 就 这为我国工业发展奠定了良