電氣工程概論PPT

電氣工程概論河北科技大學電氣學院朱維璐河北科技大學電氣工程系二、太陽能光伏電池太陽能光伏發電是利用光生伏特效應原理、利用太陽能電池將光轉換為電能的。光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件），控制器和逆變其三大部分組成。所涉及到的原件是電力電子元件，不涉及機械部分。所以設備簡單，可靠性高，壽命長，無噪聲無污染。可應用于上至航天器，下至家電的電源，達到兆瓦級電站，小到家用電源。如下圖。太陽能光伏電池陣

太陽能光伏發電最基本的元件是太陽能電池，分為單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。單晶硅和多晶硅用量最大，非晶硅一般用于小系統和計算器輔助電源。國產晶體硅效率在10—13%左右，國外在12---14%。目前光伏發電主要用于三大方面：1）為無電場合提供電源：如為居民區供電，微波通訊電源，通訊，移動電源和備用電源。2）太陽能日用產品：各類同樣能充電器，路燈，草坪燈。

3）并網發電：我國對太陽能的研究取得了顯著的成果，如研制的單晶硅太陽能電池用于1971年發射的第二顆人造衛星上，1985.10第一作同樣能光伏電站在甘肅省榆中縣建成，完成同樣能的轉換和儲存，使一周內不出太陽也能照常供電。2005年投資750萬美元，裝機容量達到1MW的最大太陽能光伏并網發電系統在深圳投入運行。其覆蓋面積達5325m2，單晶和多晶光伏組件達4000多個。這也是世界上為數不多的兆瓦級太陽能光伏發電系統之一。§3.7磁懸浮列車技術

20世紀下半葉鐵路的電氣化是常規鐵路的運行速度達到了200多公里，為進一步提高時速，懸浮列車受到了廣泛的關注，它是一種采用磁懸浮、直線電機驅動的新型無輪高速地面交通工具。具有速度高，運客量大，對環境影響（噪聲、振動）小，能耗低，運行安全平穩，無脫軌危險，爬坡能力強的優點。高速列車有兩種技術方案：

1、常導磁懸浮列車：

2、超導磁懸浮列車：采用超導磁懸浮的優點是：懸浮氣隙大，軌道結構簡單，造價低，車身輕。隨著高溫超導的發展，將具有更大的優越性。目前常導磁懸浮列車的時速已達到500km/h，我國上海引進德國的捷運高速磁懸浮系統已投入運營，時速為400km/h。磁懸浮列車的運營要解決一下問題：磁懸浮、直線電動機驅動、車輛設計與研究、軌道設施、供電系統、列車檢測與控制等高新問題。磁懸浮列車主要依靠電磁力實現傳統鐵路中的支撐、導向和牽引功能。由于列車鐵路之間無機械接觸，從根本上突破了輪軌鐵路中輪軌關系和弓網關系的束縛。因而速度可提高到400-550km/h以上。任何磁懸浮列車都要解決三個問題：即磁懸浮、驅動與導向。磁懸浮的方式目前主要有三種：即電磁式（EMS）、電動式（EDS）和永磁式。驅動用的直線電動機主要分為同步直線電動機和異步直線電動機。導向分為主動（有源）導向和被動（無源）導向。下面給出了目前已運行的磁懸浮列車的分類:●長定子同步電機：同步電機的轉子在車上，由諧波發電機與電池給轉子磁場供電或采用超導線圈，避免了網軌接觸，可實現高速。同步電機的定子在地面，需要地面供電，結構復雜，成本高。典型代表是德國電磁懸浮和日本超導磁懸浮（電動懸浮）●短定子異步電動機：定子在車上，因此需要接觸網/軌供電，或采用額外的直線變壓器供電，速度受到限制。轉子在地面上，采用感應板（無轉子繞組）單邊激磁，結構簡單經濟，由于速度低，懸浮一般采用可靜態懸浮的電磁式（如日本的HSST），如果采用無接觸的直線變壓器供電，速度也可提高到400km/h以上，也可采用電動式磁懸浮（瑞士SwissMetro的一個方案），由于異步電動機的功率因數和效率較低，懸浮需要另外的電磁鐵，對大功率的高速列車一般不用。由于異步電動機是單邊激磁，轉子不需要供電，長定子比短定子在材料上要高得多，經濟性較差，除非特殊需要，一般不采用長定子。一、日本超導磁懸浮列車超導磁懸浮列車的車身上裝有超導磁體并構成感應動力設備，列車的驅動繞組和懸浮導向繞組安裝在地面導軌的兩側，地面導軌兩側的驅動繞組中通以三相交流電時，產生行波電磁場，列車上的超導磁體就會受到一個與移動磁場同步的推動力，推動列車前進。2003年，高速磁懸浮列車時速達到581km/h。在導軌的側壁上，排列著一組組的懸浮—導向線圈，當車輛高速通過時，車輛上的超導磁場在導軌的側壁的懸浮線圈中產生感應電流和感應磁場，控制每組懸浮線圈上側的磁場極性與車輛超導磁場的極性相反，從而產生引力。而下側二者的極性相同，產生排斥力，使得車輛懸浮起來。如下圖。二、德國常導磁懸浮列車懸浮和導向系統是利用裝在車底部的可控懸浮電磁鐵和安裝在路軌底面的電磁反應軌之間的吸引力工作的。懸浮磁鐵從路軌下面利用吸引力使列車懸浮，導向磁鐵從側面使車輛保持運行軌跡。每一節車輛由15個獨立的懸浮磁鐵和13個導向磁鐵。懸浮磁鐵和導向磁鐵安裝在列車的兩側，驅動和制動依靠同步長定子直線電動機拖動，如下圖：德國磁懸浮列車的導軌結構由于電磁是懸浮式不穩定的，必須在磁鐵和軌道之間設置傳感器，通過閉環控制使它們的間距控制在一定的范圍內。因此德國的磁懸浮列車實際上是一臺“懸浮轉子大型直線同步電動機”，轉子磁極兼懸浮磁鐵、同步勵磁和齒諧波發電機電樞的三項功能于一身。三、日本常導磁懸浮列車HSSTHSST的工作原理與德國的類似，均使用磁吸式工作原理，HSST將電磁鐵安裝在車輛上，導軌的下部是吸引用的軌道，電磁鐵從下方產生吸引軌道的吸力，列車利用此吸力而懸浮，鐵軌和軌道的間隙也必須采用閉環控制。

HSST與德國不同的是驅動電機，德國采用的是長定子同步電動機，而HSST則是采用的短定子異步電動機，電機定子安裝在車輛上，電機的鋁制長轉子（反應軌）沿列車前進方向鋪設在軌道上，車上裝有電源，利用車輛上電磁鐵的磁場與導軌磁場鋁板之間的電磁作用驅動列車行駛，但由于要通過導軌向車輛輸送電流，限制了速度。該鐵路已在名古屋建成了一條運營線，為2005年世界博覽會服務。如下圖。我國和韓國也在研制類似的磁懸浮列車，但還沒有正式運營。四、永磁式懸浮列車永久磁鐵雖然可以產生吸引力或排斥力，但完全采用永久磁鐵不能獨立實現穩定的磁懸浮，除非在空間的6個自由度中至少有一個其他的約束，這一點已在19世紀得到證明，稱為“Earnshaw”定律。但采取其他措施后，就可實現穩定懸浮，方法有：

1、定轉子全用永久磁鐵，利用吸引力或排斥力產生磁懸浮，由于不穩定可采用機械導向輪或限位輪。因為定轉子之間有摩擦，故稱為半懸浮。不適用于高速磁懸浮列車。如下圖為德國柏林曾運行過的“磁懸浮”城軌列車。2、定轉子全用永久磁鐵，利用吸引力或排斥力產生磁懸浮，或轉子用永久磁鐵，定子用鐵板，但均須在轉子（列車）上安裝補償電磁鐵，形成穩定的磁懸浮。3、用永磁材料代替磁懸浮的超導磁鐵，與地面感應線圈作用，產生懸浮力（屬于電動勢磁懸浮，是美國“磁飛機”的方案之一）。4、用永久材料作為軌道一邊（一般為定子），與超導材料相互作用，產生穩定的完全抗磁性懸浮力。5、在車上安裝用永久材料做成的高速自轉磁輪，與地面導電材料軌面產生懸浮力，也可以實現穩定懸浮。五、其他磁懸浮列車各國研究的類型很多，如美國的城市磁懸浮列車和磁飛機，瑞士的SwissMetro等，但目前還沒有運行或樣機。§3.8燃料電池技術

燃料電池的雛形是1839年英國科學家格羅夫提出的，（當時稱為氣體伏打電池），1932年，科學家在理論上進行了論證，為研制現代燃料電池打下了基礎，1958年燃料電池正式問世，其輸出功率5KW，工作溫度為200℃，20世紀60年代，燃料電池作為“阿波羅”等宇宙飛船的電源，為宇宙開發立下了汗馬功勞。眾所周知，水分解后可產生氫和氧，反之，氫和氧化合生成水。燃料電池正是利用水電解及其逆反應獲取電能的裝置，由天然氣、石油、甲醇、煤等原料為燃料制造氫氣，然后與空氣中的氧反應，便可輕易的得到所需的電源。燃料電池雖然也是電池家庭的成員，但它與干電池、蓄電池都不同，它的化學燃料不是裝在電池的內部，而是在外部，可以按需要，源源不斷的提供化學燃料，就像往煤膛里添加煤和油一樣，故稱它為燃料電池。下圖為一種電動汽車用燃料電池的結構。

組成：燃料電極：主要有過渡金屬和貴金屬鉑、鈀、鎳等。氧化劑電極：主要有銀、金、汞等燃料：主要有氫、甲醛、烴類和天然氣等氧化劑：主要有空氣和純氧氣工作原理：燃料電極和氧電極形成負、正兩級，兩極之間用電解質（堿溶液或酸溶液）隔開，燃料和化學劑分別通入兩個電極，在催化劑的催化作用下，通電介質一起發生氧化—還原反應。反應中產生的電子由導線引出產生電流。

因此只要向燃料工作室不斷的輸入燃料和氧化劑，燃料電池就能持續的向外供電。燃料電池的轉換效率比現在應用的火力發電還高，因此有人稱它為“新型發電機”。他不但能發電，還能供熱。與火力發電優點如下：1）發電效率高，且穩定。2)工作可靠，不產生污染和噪音。3）使用方便，電損耗低。4）建發電站用的時間短，可根據需要隨時擴大容量。5）體積小，重量輕。使用壽命長，單位體積輸出功率大。

20世紀70年代初，美國建成了一座1000KW的燃料電池發電裝置，并入電網運行了1千多個小時，目前人們正在研究高效的燃料電池，預計將用在汽車上作為動力使用，還可用于戰車，電動坦克，衛星上的電源。下圖為公計算機使用的燃料電池。§3.9飛輪儲能系統

一、原理飛輪儲能已有幾千年的歷史，古人就懂得用輪盤儲能來制造圓形的瓷器，在汽車、拖拉機中用飛輪來使旋轉更平穩。而現代的飛輪儲能是用電動機帶動飛輪使之高速旋轉，將電能轉換成動能，需要釋放時再帶動發電機將其轉換成電能。根據牛頓定律：

W=Jω2/2為使w最大，應使ω增大，現代的飛輪轉速至少都在幾萬轉/分以上。上世紀50年代就有人進行了飛輪實驗。如下圖。近年來，由于以下三方面的突破，給飛輪儲能帶來了新的活力。1、采用高強度玻璃纖維制造飛輪，使速度有了很大的提高。2、電力電子新技術，給其能量交換予以很大的支持。3、電磁懸浮、超導磁懸浮技術的發展，降低了摩擦。目前世界上轉速最高的飛輪轉速可達20萬轉/分，因此能量非常大，理論上是鉛酸電池的6倍，使用壽命15年以上，效率90%，且無污染。美國空軍研究所與航空航天局飛輪儲能項目的研究目標是：近期用于大型航天器軌道機車、客車、卡車，中期計劃用于戰車、航天器、航天飛機、民用飛機等。

二、應用

1、電力調峰

1996年德國研究儲能5MWh超導磁懸浮儲能飛輪電站，電站由10個飛輪模塊組成，每個模塊重30t，直徑3.5m，高6.5m，轉子轉速2250-4500r/min,輸入輸出采用電動機/發電機來實現，效率96%。美國馬里蘭大學一直致力于研究飛輪儲能系統，1991年研發出用于電力調峰的24KWh電磁懸浮系統。飛輪重172.8kg，轉速11610—46345r/min,系統輸出恒壓110/240V,全程效率81%.如下圖。

2、電動車輛飛輪電池將飛輪儲能系統安裝在純電動車里作為動力源，成為飛輪電池。研究表明：為維持200-250km的里程，和10s的10-96km/h的加速過程，大約需要78kwh的儲能量以及94kw的發電功率。

20世紀80年代初，瑞士研制成功完全由飛輪功能的第一輛汽車，飛輪直徑1.63m，重1.5t，載客70名，行程0.8km，在每一靠站停車時，需充電2min。美國研制的飛輪轎車，充電15min，可行駛560km。英國研制的飛輪有軌電車，充電90s，可行駛10km，比內燃機節能2/3。如下圖。3、飛輪儲能-再生制動系統過去的車輛在制動時，只能將多余的能量轉化為剎車片的熱能消化掉，電力機車與地鐵雖然可以采用再生制動，但在技術上有的問題。內燃機車與汽車由于沒有接觸網系統，無法采用再生發電制動。此時可采用飛輪再生制動系統。將飛輪能量釋放在內燃機上，與內燃發電機組配合，向牽引電動機供電。美國德克薩斯大學研發的飛輪儲能燃氣輪機輕型機車，被稱為下一代高速列車，已進行了多次試驗，效果良好德國也開發出類似的裝置，如下圖。論文2題目：電工新技術的發展趨勢及對國民經濟發展的推動作用要求：1、格式：中文題目（黑體小三號）中文班級

學號

姓名

（黑體小四號）

中文摘要：（100—200字，宋體五號）中文關鍵詞：（3—5個，宋體五號）

英文題目（小三號）英文班級

學號

姓名

（小四號）

英文摘要：（100—200字，五號）英文關鍵詞：（3—5個，五號）正文：（不低于3000字，小四號,分兩欄）2、時間：二周第四章電力系統及其自動化

§4.1電力系統簡介4.1.1電力系統的任務安全、可靠、優質、經濟的生產、傳輸和分配電能，滿足國民經濟和人民生活的需要。4.1.2現代電力系統的特點技術上發展的特征可用“大機組、大電網、高電壓”來描述，可靠性已成為電力系統規劃、設計、運行考慮的首要因素。20世紀60年代以來，以控制、通訊和計算機技術的引入與廣泛應用為標志。數字化、網絡化、信息化、智能化技術日益提高了電力系統的自動化水平，以電力電子技術為基礎，直流輸電技術成為成熟技術，靈活交流輸電也得到了重視和發展，這些構成了現代電力系統技術發展的新特征。電力市場的引入，可提高效率，降低成本，促進電力資源的合理使用，使用戶受益。4.1.3電力資源與負荷我國用于發電的一次性資源較為豐富，深埋在1000米以內的煤炭總資源為2.6萬億噸，居世界第二，水力資源儲藏量6.76×108kw，其中可利用的為3.7×108kw，70%的水資源集中在西南地區，其他如石油、核燃料、風能、太陽能、地熱等也較為豐富。中國資源的分布（西部為主），中國能源的結構（水煤為主），中國經濟發展的格局（東部領先），決定了西電東輸，南北互供，全國聯網。§4.2

發電廠

4.2.1能源與電力

發電廠（站）是將一次能源轉換為二次能源的工廠。按利用能源的類別不同可分為：火力發電廠，水力發電廠，核能發電廠，太陽能發電廠，風力發電廠，地熱發電廠，潮汐發電廠；處于研究階段的還有：磁流體發電，燃料電池等。大多數發電廠的特點為：由原動機將各種一次能源轉換成機械能，再帶動發電機將機械能轉換成電能（二次能源）；太陽能發電，磁流體發電、燃料電池則是將一次能源直接轉換成電能。4.2.2火力發電利用煤、石油、天然氣、油頁巖等為燃料的發電廠常稱為～。按發電方式又分為：汽輪機發電（蒸汽發電），燃氣輪機發電，內燃機發動，蒸汽-燃氣聯合發電。汽輪機發電是利用煤等燃料在鍋爐中燃燒，將水燒成高溫高壓的水蒸氣，推動汽輪機轉動，并帶動發電機工作。（如下圖）。已做過功的蒸汽排入冷凝器冷卻成水，重新送回鍋爐。在冷凝器中，大量的熱量被循環水帶走，所以效率較低。約為30-40%。若將做過功的蒸汽取出共給熱用戶使用，或經過熱交換器將水加熱，在供熱水給用戶，此時效率可達60-70%。

4.2.3水力發電利用河流的水位來發電的方式稱為～。其出力的大小與流量和落差成正比，按取水方式不同，分為：徑流式：是在有高落差的急流河道上修建堤堰，由引水渠道造成水頭，使水通過壓力鋼管進入水輪機來發電。●堤壩式：如下圖所示，在河流上建大壩，抬高上游水位，形成水頭進行發電。又分為壩后式與河床式。壩后式：水電廠建在大壩后，大壩承受水壓，由鋼管引水之水輪機，再帶動發電機發電。如下圖，適用于高中水頭的情況。河床式水電廠的廠房和壩連成一體，廠房也起阻擋水的作用，適合于低水頭。如下圖。

●抽水蓄能水電廠：即可蓄水又可發電，用電低谷時，機組已電動機-水泵的形式將水從下游抽回到上游存儲起來，用電高峰時機組工作在發電狀態，向外發電。此外還可以用作調相、調頻。

4.2.4原子能發電原子能發電（或稱核電）使用核燃料（釉235）在反應堆中進行核裂變轉化為熱能，在將水加熱成水蒸氣，推動汽輪機轉動，再帶動發電機發電，反應中以高壓水或重水作為慢化劑和冷卻劑，因而可分為壓水堆、重水堆等。下圖為我國秦山核電站的原理圖。4.2.5新能源發電

1、太陽能發電分為太陽光能發電和太陽熱能發電。如下圖為太陽熱能發電。

2、地熱發電其原理與火電類似，只是熱水來源于地下而已，如西藏的羊八井地熱發電廠，地下水溫約150℃，是一種低溫熱能發電方式。地球內蘊藏的熱能極大，機估算，全世界可供開采利用的地熱能相當于幾萬億噸煤。可見前景非常廣闊。3、風力發電前已敘述，不再累述。我國內蒙、新疆、甘肅、青藏高原風力資源豐富。4、潮汐發電利用海水漲潮、落潮中的動能、勢能進行發電。世界上可利用的潮汐能量有1×109kw以上，我國沿海的潮汐能量有1×108kw以上，潮汐發電廠一般建在海岸邊或河口地區，與水電產建造大壩一樣，形成足夠的潮汐潮差及較大的水容區。一般為雙向潮汐發電廠。如下圖。4.2.6發電設備基本控制基本的控制主要有：●頻率調節：目的是實現電力系統的有功功率控制，基本方法是在原動機上裝有自動轉速調節器，能將轉速控制在一定范圍內。●電壓調節：主要是實現電力系統的無功功率控制。§4.3電力網

4.3.1電網的構成與功能

由不同電壓等級的電力線路、變壓器和相應的配電裝置組成。其功能是傳輸和分配電能，并進行電壓變換。電網可分為：1、輸電網：其作用是將遠離用電中心的發電廠的大量電能經過變電，傳輸，送到用電中心附近的樞紐變電所，同時還有聯絡相鄰電力系統和相鄰變電所的作用，或向某些特大用戶直接供電。其電壓等級通常在220kv以上，是整個電力系統的骨架或主干電網。2、配電網：可分為：●高壓配電網：電壓等級35-110kv或更高。●中壓配電網：電壓等級1-35kv，●低壓配電網：電壓等級380/220v

下圖為我國電網分布示意圖4.3.2電力線路分為架空線路和電纜線路架空線路由導線、避雷線、桿塔、絕緣子串和金具組成。電纜主要用于地下、水中、溝槽等處。但其造價較高。4.3.3變電站的功能和構成變電站（如下圖）是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設施，它通過變壓器將各級電壓的電網聯系起來。變電站主要由變壓器、開關設備、匯集電流的母線、計量和控制用互感器、儀表、繼電保護裝置和防雷保護裝置、調度通訊裝置等組成。4.4.4電網的運行和調度電能作為一種特殊的商品，決定了電力系統運行的特點：1、電能目前還不能大量儲存，其生產、輸送必須和電能的即使消費一致，2、電力系統的暫態過程非常迅速，3、供電中斷有可能給國民經濟和人民生活造成重大損失，甚至影響國家安全和社會穩定，4、電能質量要求十分嚴格。由于以上特點，電力系統正常運行時，必須是所有運行設備的電流、電壓及頻率在允許的幅值范圍內保持穩定性，即同步穩定、電壓穩定、頻率穩定。電力系統的調度管理是指對影響電力系統全局安全，經濟運行和事故處理問題進行計劃、指揮、控制、協調等工作的總稱。主要任務是：1、充分利用發供電設備的能力和調節手段向用戶提供質量合格的電能；2、在發生不超過設計規定的事故條件下，使電力系統安全運行和向用戶連續不斷的提供電能；3、合理使用燃料、水利等資源，使電力系統在安全穩定運行的條件下，達到最大的經濟性和較小的環境污染。調度管理的主要內容包括：1、電力系統運行計劃的編制2、電力系統運行控制3、電力系統運行分析4、繼電保護、通訊和調度自動化等設備的運行管理5、有關規程制度的編制和人員培訓等的管理如下圖為地區調度室發電廠和變電所在調度的指揮下應完成以下主要工作：1、發電廠有功、無功出力的增減，頻率和電壓的調整；2、系統之間、發電廠與系統之間的并列和解列；3、輸電線路和變壓器的投入與停送電；4、網絡的合環與解環；5、母線接線方式的改變；6、中性點接地方式的改變和消弧線圈補償的調整；7、繼電保護和自動裝置使用狀態的改變；8、設備維護檢修等相關工作。§4.4電力應用4.4.1照明可分為：1、由電能轉化為熱能，再轉化為光能的光源，如白熾燈。2、利用放電而轉化為光能的光源，如熒光燈、高壓汞燈、霓虹燈等。4.4.2電加熱將電能轉化為熱能的設備，主要加熱方式有電阻加熱、電弧加熱、感應加熱、高頻電場加熱、紅外線加熱、等離子加熱、電子束加熱、激光加熱、熱泵加熱等。4.4.3電力拖動是以電動機作為動力對負載進行拖動的方式。如下圖，這方面的例子很多，不再一一累述。4.4.4電化學是研究化學能與電能之間轉化的一門科學。其應用主要有：一次電池（原電池），二次電池（蓄電池）、燃料電池、太陽能電池、電解、電鍍、電鑄、電解研磨等。4.5.5節約電能電力工業是能源轉換工業，也是耗能大戶，因此節能成效的大小，舉足輕重，目前電力企業的節能措施有：1、根據國家的資源條件，優化發電能源結構，限制燃油發電；2、煤電，采用高參數大機組，建設大電廠；3、采用超高壓輸電，優化網絡結構，減少輸配電損耗；4、建設大電網，實行電網經濟調度；5、逐步對老設備進行設備改造，淘汰中低壓機組；6、發展熱電聯產7、對發電廠主輔設備進行改造，消除相關設備大小不配套現象，改善保溫，消除滲漏，推廣節能新技術；8、加強燃料管理，消除儲運損失，防止虧噸虧卡，造成耗煤虛升等。§4.5電力市場簡介4.5.1電力市場的概念電力市場是采用經濟、法律等手段，本著公平競爭，自愿互利的原則，對電力系統中發電、輸電、供電、用電等各成員組織協調運行的管理機制和執行系統的總和。基本特征是：開放性、競爭性、計劃性和協調性。4.5.2電力市場的興起我國電力體制改革的三個階段：第一階段：1985年實施集資辦電政策----20世紀90年代初，解決缺點問題。第二階段：20世紀90年代初—98年撤銷電力部，提出逐漸實施電力體制改革，方案為：1）政企分開、廠網分開、輸供分離、實施公司化改組。2）統一開放、競價上網、建立電力交易市場。3）依法管理、競爭有序、健全市場法規體系和監管體系。第三階段：1998年---目前實施“廠網分開、競價上網”試點目前有兩種改革思路：1）橫向切割：承認目前的東北、華北、華東等六塊現狀，自由競爭。2）縱向切割：完全分出電廠，自由競爭，國電公司形成一個單獨的電網公司，構成一個競爭平臺，讓發電商競爭。措施有“廠網分開”，“競價上網”和同網、同價、同質。4.5.3電力市場的基本原則基本目標是：打破壟斷，引入競爭，提高效率，降低成本，健全電價機制，優化資源配置，促進電力發展，推進全國聯網，構建政府監管下的政企分開，公平競爭，開放有序，健康發展的電力市場體系。為保證電力市場公平競爭的原則，必須做到：1）電力市場要有公開性（包括成本、定價、計量、計劃）2）擴大自由選擇權利，保證電網的開放。3）必須建設有關法律法規、標準、規約、是競爭規范化。4.5.4電價和電力市場運行模式隨著經濟的發展，人們對電的依賴越來越強，電價對社會各方面的影響也越來越大。我國《電力法》第三十六條規定：“制定電價，應當合理補充成本，合理確定收益，依法計入稅金，堅持公平負擔，促進電力建設”。

以上說明制定電價的四條原則是：1）成本為主：供電企業依據發、供電成本制定電價。2）合理利潤：既保證供電企業具有擴大再生產的能力，同時保證用戶利益。3）公平負擔：對不同類型的用戶，按不同的供電成本制定電價，同一類型用戶一視同仁。4）促進用戶合理用電：將用電時間由高峰調至低谷，調整功率因數等。目前我國電力市場有兩種運行模式：1）統一市場：各省設結算中心和調度中心。2）聯合市場：以省為單位參加競爭，保留現存的省級市場的職能，在網級電力市場上競爭。4.5.5電力市場下的電力系統帶來的技術問題是如何靈活控制潮流最大限度的滿足電源與用戶的最優輸送能力并做到安全、穩定、可靠運行。電力市場中電網調度人員不僅要完成電網的控制運行功能，還要作為電力經紀人完成電力交易。§4.6電力新技術和發展趨勢

現代社會，人口增長和工業經濟發展更突出了能源供需的矛盾，傳統的發電方式（火力、水利）已不能滿足人們的需要，迫切開發新的途徑和新的方法開發新能源。我國發展新能源的指導方針是：大力（優先）發展水電，繼續發展火電，適當發展核電，積極開發新能源發電，同步發展電網，促進全國聯網。以三峽水電站（下圖）為契機，到2020年逐步建成全國統一的聯合電網，標志著電力事業進入一個新的發展時期。目前世界電力行業的發展趨勢是：一方面發達國家用電需求增長緩慢甚至停頓，而另一方面發展中國家的用電量迅速需求，特別是東南亞和南美洲地區大規模的電網建設正在蓬勃發展。20世紀電網的發展特征常常以“大機組、高電壓、大電網“來描述，到21世紀將會怎樣呢？國際大電網會議（CICRE）上專家們指出：機組的單機容量和輸電電壓等級在20世紀80年代后期出現了飽和趨勢，這除了電能需求變緩和環境保護制約以外，主要出自可靠性的考慮，大量統計表明：設備本身的可靠性隨著單機容量的增大而降低，而電網對設備要求的可靠性卻隨著單機容量的增加而增大，這兩條曲線的焦點決定了電機容量和電壓等級的臨界值，分別為130萬千瓦和800kv。另外輸電線路也受到輸電走廊和環境的制約，因此如何提高輸電效率，優化現有電網資源的配置受到人們的關注。4.6.1電力發展與環境保護我國人口眾多，人均資源有限，環境問題突出，能源效率低。聯合國在一份報告中指出：現行的能源生產、分配、使用方式是不可持續的。為了實現可持續發展，必須發展潔凈煤技術作為重點。人均指標是衡量現代化的一個粗略指標，據統計，1993年：西方發達國家及俄羅斯人均裝機容量超過1KW，北歐一些國家是它的幾倍，臺灣已超過1KW，但電力仍十分緊缺。說明對一個中等發達國家要求達到1KW的水平是有一定的道理的。我國按照”三步走“的發展戰略目標，要求到21世紀中葉裝機容量達到15億KW，人口也控制在15億以內。按照可持續發展的要求，首先應開發沒有污染的水電資源，我國的水電資源儲藏量為6.76億千瓦，可開發的約為5億千瓦左右，相應的發電量為3.24億千瓦，居世界第一，按發電量計算，占世界總量的15%，而我國人口占世界總量的21%，占世界均值得70%，即使是水資源全部開發（不考慮其它能源），煤電仍占65—70%，若發電效率沒有明顯的提高的話，到2050年將出現全國產煤量不能滿足發電用煤的局面。另外燃煤所產生的環境污染是一個嚴重的問題。最為迫切的控制是SO2的排放，我國SO2的排放量為0.03ppm（個別地區達到15ppm），是日本的3倍，酸雨將引起森林和農作物的破壞，水變質，土壤退化，將加速電力系統的金屬加速退化，甚至造成絕緣子閃絡事故。因此發展潔凈煤技術被列為重要的發展目標之一。潔凈煤技術的是最大限度的發揮煤炭的潛能作用，同時實現最少的污染排放，達到高效、清潔利用的目的。這是一個龐大的復雜的系統工程，主要研究開發項目包括：煤炭的加工、轉化、燃燒和污染控制問題。目前發展領域主要包括高效、低污染的開發和利用煤炭的全過程，可分為利用前的凈化技術、燃燒中的凈化技術、煙氣凈化技術和煤炭轉化技術。●利用前的凈化技術包括：選煤、型煤、潔凈優化動力配煤、水煤漿。●燃燒中的凈化包括：煤粉低污染燃燒技術、先進的燃燒器、流化床燃燒技術、煤綜合利用新技術、煤氣-蒸汽聯合循環發電技術。●煙氣凈化技術包括：煙氣除塵、脫硫、脫氮等。●煤炭轉化技術主要指煤炭汽化和煤炭液化。4.6.2發電新技術除了前面介紹的太陽能、風能、地熱、潮汐發電新技術外，其他發電新技術有：1、高爐頂壓發電：其原理是高爐煉鐵產生大量的且帶有一定壓力的煤氣，利用這些煤氣在給用戶之前，都得進行降溫減壓，可利用煤氣層在減壓前后的壓力差將發電裝置裝在煉鐵高爐頂上進行發電。2、垃圾發電：首先將垃圾中的有機物、玻璃、金屬、塑料等分開，然后將有機物送入密封鍋爐焚燒，利用產生的蒸汽發電。3、污泥發電：利用城市地下水道的污泥中的有機物作為能源來發電，日本東京大學發明了一種使污泥很快固化的方法，每公斤固化物泥有16.75kJ的熱量，相當于低質煤的發熱量，用來發電又節約能源又環保衛生。4、高溫巖體發電在高溫巖體上打深度為幾百米至上千米的井，一直通到高溫巖體層，然后從地面注入高壓水，利用噴出的高溫蒸汽發電。5、核聚變發電前已講過，不再累述6、生物質資源發電生物質資源是指可以轉換為能源的有機質能源，主要的生物質資源包括：薪柴、農作物秸稈、人畜糞便、釀酒廢醪、糖蜜廢水、屠宰廢水、豆制品廢水等工業有機廢水等，沼氣發電業屬于這一類。4.7.3電能存儲技術又稱儲能技術，一般要求是：儲能密度大，變換損耗小，運行費用低，維護較容易，不易污染環境。存儲技術大致可分為三類：1、直接儲存電磁能：如超導線圈儲能技術，超級電容器。2、把電能轉化為化學能儲存：如新型電池3、把電能轉化為機械能儲存：如壓縮空氣、高速飛輪、抽水蓄能。4.6.4靈活交流輸電技術與用戶電力靈活（柔性）交流輸電系統，其核心環節就是采用大功率電子器件作為大功率電子開關，與其他電力設備組成交流輸電系統，以實現更靈活的調控，從而大幅度的提高系統穩定性，降低輸電損耗。目前已制成的設備主要有：可控串聯補償器TCSC，靜止無功補償器，靜止調相機，制動電阻，統一潮流控制器等。如下圖用戶電力技術與靈活交流輸電技術一樣，也是采用電力電子技術，微處理機技術，控制技術等高新技術為基礎，用來提高電力系統運行的可靠性、可控性、運行性能和電力質量，以獲得大量節電效應的新型綜合技術。靈活交流輸電技術主要側重高壓系統，而用戶電力技術主要應用于中低壓配電系統，有不同的使用目的和經濟評價標準，但在使電網高度靈活化的效果上是一致的。用戶電力技術包括有功無功控制、電壓控制、高次諧波的消除、蓄能等方面，以開發的裝置主要有：靜止無功補償器、配電靜止補償器、電池蓄能站、超導儲能、有源電力濾波器、動態過電壓限制器、固態斷路器等。用戶電力技術的重要任務是：改善供電質量。電力系統的供電質量問題可分為：1、電壓質量問題：指會影響用戶設備正常運行不理想的系統電壓，包括電壓下垂或抬高、諧波畸變、各相電壓不平衡等。2、電流質量問題：指電力電子設備非線性負荷給電網帶來的電流畸變，包括流入電網的諧波電流、基波無功、平衡負荷電流、低頻負荷變化造成的閃爍等。針對以上問題可用串聯或并聯于系統負荷側的功率調節器來改善供電的質量。4.6.5大電網互聯在全球電力管理體制改革和新技術的推動下，我國電網的發展是2010年左右，將有初級階段（供電和地區電網）、中級階段（省網和大電網）進入高級階段（全國聯網和國際聯網）。將完成三峽巨型水電站上萬公里的500kV送變電工程，以及由俄羅斯伊爾庫茨克向華北送電2—3GW的2000多公里高壓直流輸電工程。此外還將建成多個舉行火電站和核電站，我國電網技術發展的趨勢是：1）靈活交流輸電技術2）先進能量管理系統3）配電系統自動化4）人工智能控制技術全國聯網宏觀方案要考慮的基本原則是：“西電東送和北電南送”將是我國相當一段時間內的能源流向；要做到”水火互補調劑，區域負荷錯峰，水電以豐補枯，減少備用裝機，緊急應付事故，保證系統穩定。實現2020年左右全國聯網的步驟是：1）長江流域（中部電網）：09年三峽建成后將形成沿長江流域，包括四川、重慶、華中、華東電網在內的東西方向的中部電網，裝機容量接近3.0億千瓦，約占當年全國裝機容量的1/3，2010-2020年進行溪洛渡和向家壩等長江上游，金沙江水電資源的滾動開發和三峽水電站的6臺備用設備投產，加大輸電能力。2）黃河流域（北部電網，華北、東北、西北電網互聯）：2000-2020年進行黃河上中游水電資源的滾動開發和“三西”煤炭資源開發，改變輸“煤”為輸“電”，把電能輸送到京津塘負荷中心，繼而擴展到東北，形成一條東西方向較長并向東北翹起的北部電網。3）南部電網：從2000-2020年開發怒江、瀾滄江水電資源和貴州的煤炭資源，加強云南、貴州和廣東、廣西聯營的南部電網。4）全國聯網：2020年左右，三者之間互聯成全國聯網（屆時裝機7.8-8.5億千瓦，發電量47000億千瓦時）。具體做法為：1）完成三峽水電站及預算范圍內的上萬公里500kV送便工程。2）建設三峽與華北和南方電網的互聯工程。3）完成裝機容量近2000萬千瓦的溪洛渡、向家壩水電站及其外送輸電工程。4）俄羅斯的伊爾庫茨克向我國東北、華北長達2000公里輸電200-300萬千瓦的直流輸電工程。5）建造多個巨型火電站、核電站。

配電系統自動化，由中國電機工程協會城市供電專業委員會在《配電系統自動化規劃設計導則》中提出的關于配電系統自動化的定義為：“配電系統自動化是利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術將配電網在線數據和離散數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成、構成完整的自動化系統，實現配電系統正常運行及事故情況下的監測、保護、控制、用電和配電管理的現代化”。國家電力公司在《10kV配網自動化發展規劃要點》中關于配電系統自動化的定義為：“利用現代通信和計算機技術，對電網在線運行的設備進行遠方監視和控制的網絡系統。它包括10kV饋線自動化開閉所和小區自動化、配電變壓器和電容器組成的檢測自動化等。”配電系統自動化的主要功能有：1）數據采集與控制2）變電站自動化3）饋線自動化4）自動繪圖/設備管理/地理信息系統5）配電系統高級應用軟件，包括網絡拓撲，狀態估計、潮流計算、負荷預報、短路電流計算、電壓無功、培訓仿真等。6）配電工作管理7）故障投訴8）用戶信息系統9）負荷管理10）遠方抄表系統

4.6.6分布式發電系統分布式發電系統是指功率為千瓦直50MW的小型、模塊式、與環境兼容的獨立電源。用于滿足電力系統和用戶特定的要求。如調峰、為邊遠用戶和商業區、居民區供電，節省輸變電投資，提高供電可靠性等。通過分布式發電和集中供電系統的配合應用有以下優點：1）由于可由用戶自行控制，不會發生大規模的停電事故2）可彌補大電網安全穩定性的不足，在意外災害發生時繼續供電，為一種不可缺少的重要補充。3）適合農村、牧區、山區、發展中的中小城市或商業區的居民供電，可減小環保壓力。4）無需配電站，沒有線損，可降低成本5）可滿足特殊場合的需要，如移動分布式發電車等6）調峰性能好，操作簡單。論文3題目：電力新技術的發展趨勢及對國民經濟發展的推動作用要求：1、格式：題目（小三號）班級

學號

姓名

（小四號）

摘要：（100—200字，五號）正文：（不低于3000字，小四號）

2、時間：一周第五章電機電器控制技術

§5.1電機的作用與發展簡史作用：1）電能的生產、傳輸和分配2）驅動各種生產機械和設備3）作為各種控制系統和自動化、智能化裝置的重要元件發展簡史§5.2電機的分類與結構

1、分類2、發電機3、電動機4、變壓器5、特種電機§5.3電機的應用領域1、電力工業2、工業生產部門與建筑部門3、交通運輸4、醫療、辦公設備與家電設備

4、醫療、辦公設備和家用電器在醫療器械中的心電機、X光機、CT、牙科手術工具、滲析機、呼吸機、電動輪椅等，都離不開電動機。而人的心臟人造器官，也常常用到微電動機驅動。下圖為無刷電動機驅動的左心室軸流式血泵。在辦公室中計算機的DVD、CD-ROM、磁盤驅動器主軸采用永磁無刷電動機，打印機、復印機、傳真機、碎紙機、電動卷筆刀等也用電動機。如下圖。家電中的電冰箱、空調、洗衣機、甩干機、吸塵器、電風扇、抽煙機、微波爐轉盤、錄像機、攝像機、全自動照相機、吹風機、按摩器、電動剃須刀、電動牙刷、攪拌機、開罐機、電鐘等。5、航空、航天、國防美國最近投入使用的航空母艦用直線感應電動機飛機取代了傳統的蒸汽推動器，不僅體積減小了，而且推力大大增加，如下圖。目前國外正在試用直線電動機直接發射航天飛機，稱為“太空電梯”。

在航空器中，目前的一個發展趨勢是用電磁執行器取代傳統的液壓、氣動執行器。

6、電機在其它領域的應用演出設備（電影放映機、旋轉舞臺），運動訓練設備（電動跑步機、電動液壓籃球架、電動發球機），家具、游樂設備（纜車、過山車等）以及電動玩具。§5.4電動機的選用與運行控制5.4.1、電動機的選用

1、電動機種類的選擇●當機械對起動、調速、制動要求不高時，應選三相籠式異步電動機。如功率不大的水泵、通風機、輸送機、傳送帶、機床的輔助運動。●對重載起動且工作不連續的機械：如起重機、卷揚機、鍛壓機及重型機床，應選用繞線轉子電動機。●對功率較大且連續工作的機械：當在技術上合理時，應采用同步電動機，也可采用異步電動機。

●當機械對起動、調速、制動有特殊要求時：可由技術、經濟指標確定，可考慮使用三相異步電動機加調速裝置或采用直流電動機。

2、電動機功率的選擇功率要根據具體的使用場合確定，要避免大馬拉小車和小馬拉大車的現象。5.4.2電動機的運行控制一、電動機的起動1、籠式異步電動機的起動方法

1）直接起動（7kw以下）

2）降壓起動包括：Y-△起動、自耦變壓器啟動、延邊三角形起動。

3）軟啟動器起動采用電力電子器件，按照一定的控制方式（電壓按一定的斜率或將電流控制在一定的范圍內）進行起動。如下圖的軟啟動器。2、直流電動機的起動

1）直接起動（1kw以下）

2）電樞回路串電阻起動

3）軟啟動（改變電源電壓起動）

3、同步電動機的起動同步電動機本身沒有啟動轉矩，于是在結構上采取措施，使之作為異步電動機起動。其方法很多，如同步電動機將阻尼繞組和實心磁極當成二次繞組而作為異步電動機起動，或將同步電動機的勵磁繞組和絕緣的阻尼繞組當成二次繞組而作為繞線式異步電動機進行起動。當速度接近同步轉速時投入勵磁，牽入同步運行。二、電動機的調速在交流調速中，雖然方法很多，但變頻調速是應用最多，最簡單，最成熟、性能最好的的一種方法。見下圖

三、電動機的制動

1、能耗制動

2、反接制動

3、回饋制動

4、渦流制動安裝一個利用渦流吸收能量的制動器。§5.5電機學的研究內容

是電氣工程及其自動化的專業基礎課，通過本課程的學習，能夠掌握各種電機的結構，電磁關系基本運行特性和一般分析方法的訓練，為學習后繼的專業課和將來從事專業工作打下良好的基礎。電機運行原理是基于電磁感應定律和電磁力定律。電機進行能量轉換時應具備的條件是:

具有磁場和導體運動（對發電機而言），或具有磁場和電流（對電動機而言）。

電磁轉矩是由氣隙磁場與被感應部件中的電流相互作用產生的。通過電磁轉矩發電機從機械系統中吸收機械功率，轉換成電功率；電動機從電系統中吸收電功率轉換成機械功率。在電機內部能量轉換中，存在電能、機械能、電磁能、熱能。熱能是由內部的損耗產生的。對電動機：輸入電能=耦合電磁場內儲存的能量+能量損耗+輸出機械能對發電機：輸入的機械能=耦合電磁場內儲存的能量+能量損耗+輸出電能對變壓器：輸入電能=耦合電磁場內儲存的能量+能量損耗+輸出電能在電機學中以下幾方面的內容非常重要：1）物理模型首先應了解基本結構，工作原理，機械特性，應用場合和使用方法。分析電機內部的物理現象，空載運行和負載運行時內部的電磁關系。2）數學模型能夠正確的建立電機的基本方程，牢固掌握穩態運行時的分析方法和運行特性。明確能量轉換關系，掌握電磁轉矩和轉矩平衡關系。3）實際運行了解電機的發熱和冷卻，電機的額定值、效率、功率因數、過載能力、等主要運行指標和指標的變化范圍。4）實驗測試試驗是研究電機的主要手段，要熟練掌握電機的基本試驗方法，電動機的起動和調速，并能正確分析和評價。電機的試驗方法有兩種：●直接法：電機在接近實際運行的條件下進行試驗，并把所測得的數據與理論計算結構進行比較以確定是否正確。●間接法：利用較為簡單的基本實驗（空載試驗、短路試驗）測出電機的參數，然后間接計算電機的性能。§5.6電器的發展史

廣義的講，電器是指所有用電的器具。但在電氣工程中，電器特制用于對電路進行接通、分斷、對電路參數進行變換，以實現對電路或用電設備的控制、調節、切換、檢測和保護等作用的電工裝置、設備和組件。因電機屬于產生、變換和消耗電能的機械，習慣上不包括在電器范圍之內。

18世紀就開始使用刀開關。

19世紀后期，各種電器相繼問世，但容量小，均為手動。

2