电气工程新技术参考资料.docx
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电气工程新技术参考资料
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智能电网（smartpowergrids），就是电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通肈信网络的基础上，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。
“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。
智能电网必须更加可靠—智能电网不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力供应。
它对电网可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。
智能电网必须更加安全—智能电网能够经受物理的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不会付出高昂的恢复费用。
它更不容易受到自然灾害的影响。
智能电网必须更加经济—智能电网运行在供求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。
孙元章智能电网的研究与发展趋蚈势
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广域测量系统（WideAreaMeasurementSystem,WAMS）是以同步向量测量技术为基础，以聿具有异地高精度同步向电力系统动态过程检测、分析和控制为目标的实时监控系统。
WAMS尤其是我国互联电网的动高速通信和快速反映等技术特点，非常适合大跨度电网，量测量、可直接反映系统的各种扰动监测，采用PMU技术能方便地实现相量测量、态过程实时监控。
可实现将现有的监测由静态提高到动态水平。
扰动，检测和记录电力系统的非常运行状态，是加强电网最大程度地减小事故范围，动态电网安全稳定预警，最早时间内实现预先调整，、计算分监测、提高安全预警能力和趋势分析的重要手段，同时也可为能量管理系统（EMS）为电网的安全稳定运行和电力市场服析软件等提供实时数据，从而提高系统监测的实时性，务。
直接测量母线电压角度WAMS实时监测是广域测量系统应用到调度台上的重要功能。
根据螇数据密度大，WAMS;根据的优势，实现与角度相关的静态和动态过程监视、发电机功角监视实时性强的优势，应重点实现功率、频率、电压等调度常规监测物理量的动态过程监视。
电力系统广域量测系统技林涛肄术
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电力系统可靠性评估（ReliabilityEvaluationofElectricSystem）是指对电力系统设袂或各种性能改进措施的效果是否满足规定的可靠性准则进,施或网架结构的静态或动态性能对工作包含基于系统偶发故障的概率分布及其后果分析，行分析、预计和认定的系列工作。
找出影响系统可靠性水平的薄弱环节以寻求改善系统持续供电能力进行快速和准确的评价，电力系统可靠性评估分为充裕度为电力系统规划和运行提供决策支持。
可靠性水平的措施，发电设备可靠性评估或电源可靠性评充裕度评估可分为以下三个层次：
评估和安全性评估。
；整体可靠性评估，包括发电、输电和配电三估；发输电系统（大电力系统）可靠性评估安全性评估也称动态可靠性评估，即在电力系统承受突然发生扰动的动态条件下个部分。
（例如发生短路），评估电力系统经受住突然扰动时能否不间断地向用户供电的能力。
电力系统可靠性评估技术及应丁坚勇莈用
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物联网的定义是：
通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信羇以实现对息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
智能电网的实现，首先依赖于电物联网作为推动智能电网发展的信息网各个环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，感知和“物物互联”重要技术手段，已经在电力设备状态监测、智能巡检、用电信息采集、可利用物联网技术在常规机组内部布置传感监测点，智能用电等方面得到一定范围的应用。
利用包括各种技术指标与参数，从而提高常规机组状态监测的水平。
了解机组的运行情况，并很好地结合信息通可以提高对输电线路、高压电气等电网设备的感知能力，物联网技术，信网络，实现联合处理、数据传输、综合判断等功能，提高电网的技术水平和智能化水平。
可以提高电网设备的自动化和数字化水平、设备检修水平及自动诊断水利用物联网技术，运行状态信息进行实时监测和预机械状态信息、平。
通过物联网可对设备的环境状态信息、警诊断，提前做好故障预判、设备检修等工作。
物联网及其在电力系统应孙云莲蒄用
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风力发电的原理,简单来说：
风力发电原理是把风的动能转换为风轮轴的机械能最后到电袁下面根据讲具有其独特的优点。
能！
双馈电机是在大型风电机组应用最为广泛的一种电机，就是通过叶轮将:
座的内容简略的介绍一下双馈电机。
现代变速双馈风力发电机的工作原理通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的（风轮转动惯量），风能转变为机械转距转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。
如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。
在风力发电中，由于风速变幻莫测，使对其最充分地利用提高风力发电机组的效率，的利用存在一定的困难。
所以改善风力发电技术，任何一个风力发电机组都包括作为原动机的风力机和将机有着十分重要的意义。
风能资源，其效率在很大程度上决定了整个风作为原动机的风力机，械能转变为电能的发电机。
其中，力发电机组的效率，而风力机的效率又在很大程度上取决于其负荷是否处于最佳状态。
大型风力发电机组及其控制系机电能量转换（应黎明蝿统）
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永磁发电机与励磁发电机的最大区别在于它的励磁磁场是由永磁体产生的。
永磁体在电机蚆还与永又是磁路的组成部分。
永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关，中既是磁源，而且永磁具体性能数据的离散性很大。
磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关，尺寸和电机运行状态体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、控制其磁但也造成从外部调节、而变化。
永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，等电力IGBTTMOSFET、场极为困难。
这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。
但是，随着电子器件的控制技术的迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。
永磁发电机的优点：
体积小、重量轻、比功率大；结构简单、可靠性高；中、低速发电稀土永磁同步电机的开发与应用能显著地延长蓄电池寿命，减少蓄电池维护工作。
性能好；高性稀土永磁电机最显著的性能特点是轻型化、扩大了永磁同步电动机在各个行业的应用，它与电力电子技高效节能。
高性能稀土永磁电机是许多新技术、高技术产业的基础。
能化、加如数控机床，术和微电子控制技术相结合，可以制造出各种性能优异的机电一体化产品，工中心，柔性生产线，机器人，电动车，高性能家用电器，计算机等等。
电磁分析新技术（永磁电机概樊亚东蚀述）
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等离子体广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子薈等离子利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
体是一种很好的导电体，体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
等离子体是物质的第四态，即电离子的“气体”，它呈现出高度激发的不高温等离子体只有在温、电子、原子和分子。
稳定态，其中包括离子（具有不同符号和电荷）％。
低温等离度足够高时发生的。
太阳和恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99低温等离子体可以被用于氧化、（虽然电子的温度很高）。
子体是在常温下发生的等离子体等离子体与气体的性质差异很变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。
等离子体中起主导作用的是长分子之间相互作用力是短程力，局部短程碰撞才有效果，大，而且电子程的库仑力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，的质量很小，可以自由运动，因此等离子体中存在显著的集体过程，如振荡与波动行为。
脉然后它是一个研究在相对较长的时间里把能量储存起来，冲功率技术又称高功率脉冲技术，脉冲功率技术在技术上的特征最后有效释放给负载的新兴科技领域。
经过快速压缩、转换，高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。
脉冲功率技术的研究内容主要是能是：
电容储能、量的储存、高功率脉冲的产生和应用。
一般包括下列内容。
（1能量的储存：
。
炸药等）化学能储能（蓄电瓶、机械储能电感储能、（脉冲发电机组、单极脉冲发电机等）、如何提高储能密度和高效率地把储存的能量传输给形成线，这是能量储存研究中的重要课Blumlein常用的是用传输线方法获得高压纳秒级高功率脉冲，
（2）高功率脉冲的产生：
题。
陡化电容器发生器及Marx传输线和单传输线技术、大容量电容器组并联放电技术、Marx
）开），并高效率地把能量传输给负载。
（3技术以及如何获得更高功率的脉冲（如1000TW开关是脉冲功率装置中的关键器件之一。
要求开关通流能力大、固有电感小、放关技术：
场畸变火花开关、多极多通道开关、激光开电时延及其分散性小等。
开关种类繁多，如：
水开关和等离子体断路开关等，主要研究开关的放电过程及关、磁开关、光导半导体开关、作为负载的真空二极管、纳秒级高电压脉脉冲功率装置及其相关技术：
）物理特性。
（4冲下介质的绝缘特性及相关的测量与诊断技术。
等离子体与脉冲功率新技陈仕修螈术
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所谓绝缘就是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，以对触电起保护作用的一种安蒂防止人身触电事故的发生是最基良好的绝缘对于保证电气设备与线路的安全运行，全措施。
在实际应用中，绝缘通常可分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘三类。
本的和最可靠的手段。
绝缘物质可能被有强电作用下，固体绝缘仍是最为广泛使用，且最为可靠的一种绝缘物质。
一旦去掉外界因在上述三种绝缘物质中，气体绝缘物质被击穿后，击穿而丧失其绝缘性能。
素（强电场）后即可自行恢复其固有的电气绝缘性能；而固体绝缘物质被击穿以后，则不可电气线路与设备的绝缘选择必须与电压等级相配合，因此，逆地完全丧失了其电气绝缘性能。
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而且须与使用环境及运行条件相适应，以保证绝缘的安全作用。
内绝缘：
设备内部绝缘的固体、液体、气体部分，基本不受大气、污秽、潮湿、异物等外界条件影。
外绝缘：
暴露在大气环境中的空气间隙及设备固体绝缘的外露表面（的绝缘）。
其绝缘耐受强度随大气环境条件（如气压、温度、湿度、淋雨、污秽、覆冰等）的变化而变化。
接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。
同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。
随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。
王建国绝缘与接地技芀术
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纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是蚈大约是在纳米材料：
当物质到纳米尺度以后，以许多现代先进科学技术为基础的科学技术。
这种既具不同于纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。
0.1—100随着也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。
原来组成的原子、分子，对接地网的我国经济飞速发展，新建变电站容量不断增加及投入运行的输电线路越来越多，要求接地网与大地的接触电阻越小配电等电力系统中，要求也越来越严格。
在输电、变电、带电设备在运行满足不了要求时就会发生短路而烧断接地假如接地网遭受严重腐蚀，越好。
因此接地网是电力系统安全运造成人身设备事故，网，导致电位升高，高压窜入二次回路，从而保护人身和设备安全。
它能防止电网高压窜入二次回路及操作系统，行的重要保障之一，电力系统接地网的腐蚀与防护研究关乎电力工业安全生产，其对电力系统的重要性不言而其在电而导电涂料在对接地网腐蚀的保护中发挥着重要的作用，随着纳米技术的发展，喻。
纳米材料的表面效应在能量储存和转换上有很大的应用力系统中将会得到更加广泛的应用。
空间。
促进了新型电池的发展以及能源的利用率，提高电池的寿命和功率密度。
纳米技术及其在电力系统应蓝磊芆用
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能源以煤炭为主，可再生资源开发利用程度很低。
在世界能源由煤炭为主向油气为主的结肅能源消费总量不断增中国仍是世界上极少数几个能源以煤为主的国家之一。
构转变过程中，
长，能源利用效率较低。
随着经济规模的不断扩大，中国的能源消费呈持续上升趋势。
能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧，优质能源供应不足。
中国经济发展主要建立在国产能源生产与供应基础之上，能源技术装备也主要依靠国内供应。
核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染。
核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，没有其他的用途。
核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送。
核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。
核能发展对安全要求高，核岛对扰动敏感——电压，频率的稳定性要求高；核能的停堆换料时间长——有足够的备用容量；功率调节复杂，调节速度慢——暂态动态稳定性；大机组扰动，对电网冲击大——调峰、调频容量；要坚持“安全第一”的核电发展原则。
刘涤尘核电新技术及接入电网技膅术
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电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸袇等）对电能进行变换和控制的技术。
电力电子技术所变换的“电力”功率可IGBT管，GTO，以下，和以信息处理为主的信息电子技术不1W，也可以小到数W甚至大到数百MW甚至GW以大功率硅二极管、年代末，年代中到70同电力电子技术主要用于电力变换。
从20世纪5070的电力电子技术发展比较成熟。
双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）其一为微机的发展对电力两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。
年代末以来，其二为微电今后还将继续发展;电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用,这些新器光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。
子技术、使电力电子且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，件均具有门极关断能力，性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更效率、装置的体积、重量、电力电子电路和电力电子装置的计算机模拟和仿真技电力电子器件、新的阶段。
与此同时，术也在不断发展。
电力电子新技査小明肈术
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现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机（微处理器）技术和袆是电磁技术的多学科边缘交又技术。
在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,现代电力电子技术的具体应用。
当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技芅电力电子技术将术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。
在不远的将来,,实现高效率和高品质用电相结合。
使电源技术更加成熟、经济、实用
节
1.电力电子技术的发展肇
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现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向莅电力电子技术起始于五十年代末六十以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。
并促进了电,,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代年代初的硅整流器件MOSFET以功率力电子技术在许多新领域的应用。
八十年代末期和九十年代初期发展起来的、表明传统电力电子,集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件和IGBT为代表的、技术已经进入现代电力电子时代。
整流器时代1.1蚃
的电能是以直流形式但是大约,20%大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供蝿电传动（电气机车、有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引消费的,其中最典型的是电解（三大领域。
大功率硅轧钢、造纸等）的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（大功率硅整因此在六十年代和七十年代,整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,股各地大办硅整流器厂的流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。
当时国内曾经掀起了-,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
热潮
逆变器时代1.2蚈
交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发,七十年代出现了世界范围的能源危机蒄随,展。
变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。
在七十年代到八十年代和门极可关断晶闸管（GTR）大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管着变频调速装置的普及,静止式无功功率动态,成为当时电力电子器件的主角。
类似的应用还包括高压直流输出（GT0）仅局限在中低频范但工作频率较低,这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变补偿等。
围内。
1.3变频器时代螀
为现代电力电子技术的,进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展蒁出现了一批,发展奠定了基础。
将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合而,,导致了中小功率电源向高频化发展全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世和又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。
MOSFET后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现,功,1995年底,IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。
据统计到在电GTR代替而用在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步和率M0SFETGTR,IGBT使其性,力电子领域巳成定论。
新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率．
能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
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2.现代电力电子的应用领域薄
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2.1计算机高效率绿色电源罿
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发膆接着开关电源技术相率先完成计算机电源换代。
计算机全面采用了开关电源,展。
八十年代继进人了电子、电器设备领域。
提出绿色电脑和绿色电源。
绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑,计算机技术的发展蚄6年,根据美国环境保护署l992和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源在睡眠状态下的耗电量若,,桌上型个人电脑或相关的外围设备日能源之星计划规定月17提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。
就目前效率,,就符合绿色电脑的要求小于30瓦瓦的能源。
电源自身要消耗50的200瓦开关电源而言,为75%
2.2通信用高频开关电源薂
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。
高频小型化的开关电源及其技术已蚁直流而将直流-成为现代通信供电系统的主流。
在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,变换器称为二次电源。
一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为（DC/DC）传统的相控式稳压电源己被高频开关的直流电源。
目前在程控交换机用的一次电源中,48V开关频,或IGBT的高频工作MOSFET,高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过电源取代开关整流器的功率容量不断,,实现高效率和小型化。
近几年率一般控制在50-100kHz范围内。
、48V/400A48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A单机容量己从扩大,
在通信供电系统中其电源电压也各不相同,,因通信设备中所用集成电路的种类繁多羅变换成所需直流）从中间母线电压（一般为48V采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,一般都可直接装增加非常方便。
方便维护,且安装、这样可大大减小损耗、的各种直流电压,通信电源容量也,,对二次电源的要求是高功率密度。
因通信容量的不断增加在标准控制板上将不断增加。
（DC/DC）变换器2.3直流-直流蚄
这种技术被广泛应用于,DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压羃同时使上述控制获得加速平稳、快速响应无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,。
直流（20~30）%的性能,并同时收到节约电能的效果。
用直流斩波器代替变阻器可节约电能同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的）,（斩波器不仅能起调压的作用开关电源作用。
．
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在聿要求电源模块实现小型。
随着大规模集成电路的发展,,功率密度为5W~20W/in3500kHz左右目前已有一些公司研制生产了采因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,化,,功率密度有较大幅度的提高。
用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块
（UPS）2.4不间断电源羈
是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可（UPS）不间断电源螄另一部分,交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电靠、高性能的电源。
经转换开关送到负载。
为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量能量经逆变器变成交流,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
电源的,、IGBT等现代电力电子器件现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET肀的智UPS,可以实现对噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。
微处理器软硬件技术的引入进行远程维护和远程诊断能化管理,
、0.5kVA,已经有600kVA。
超小型UPS发展也很迅速的最大容量已可作到目前在线式UPS袀等多种规格的产品。
、3kVAlkVA、2kVA
2.5变频器电源螇
,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要变频器电源主要用于交流电机的变频调速袄工频电源通过整流-交流方案。
已获得巨大的节能效果。
变频器电源主电路均采用交流-直流将直流电压逆高频变换器,IGBT组成的PWM器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或用于驱动交流异步电动机实现,频率可变的交流输出变成电压、,电源输出波形近似于正弦波无级调速。
日本东芝公司最,国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。
八十年代初期蒀以70%,其占有率已达到日本家用空调的先将交流变频调速技术应用于空调器中。
至1997年年引进生,9690年代初期开始研究变频空调上。
变频空调具有舒适、节能等优点。
国内于变2000年左右将形成高潮。
预计到产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。
精选功能组优化控制策略,频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。
是空调变频电源研制的进一步发展方向。
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高频逆变式整流焊机电源2.6芈
代表了当今焊,高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源薅这种电源更有着广阔的应用前景。
大容量模块的商用化,机电源的发展方向。
由于IGBT
交流电50Hz（AC-DC-AC-DC）变换的方法。
直流直流逆变焊机电源大都采用交流--交流-羄,的高频矩形波PWM组成的高频变换部分将直流电逆变成20kHz,IGBT经全桥整流变成直流,,
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