第1章电气控制技术概述

第1页电气控制技术主讲老师：樊金荣Email：[e-mail]教研室：自动化第2页主要内容及思路第一部分：供配电技术基础第四部分：可编程序控制器基础第二部分：低压电器控制技术主要内容第三部分：液压和气压控制低压电器元件电力系统组成与保护典型低压控制系统液压、气压元件典型液（气）压系统PLC控制技术思路进程40%15%20%25%第3页[1]唐志平.供配电技术（第2版）[M],北京：电子工业出版社，2008,6.[3]刘增良.电气控制与PLC应用技术[M],合肥：中国科学技术大学出版社，2013,8.[4]陈建明.电气控制及PLC应用（第3版）[M],北京：电子工业出版社，2014,1.[6]樊金荣.欧姆龙CJ1系列PLC原理及应用[M],北京：机械工业出版社，2009,1.[2]杨岳.供配电系统[M],北京：科学出版社，2007,12.参考文献[5]吴博主.液压与气压传动原理及应用[M],北京：中国电力出版社，2010,1.第4页要求1、准时上课，认真听讲作好笔记2、独立认真完成相关练习思考题3、实验预习、动手、动脑希望与要求准备工具1、图书馆借阅相关参考文献2、笔、白纸、直尺、橡皮等及资料袋3、实验报告册第5页1、每周周二5-6节(01-10周)114082、每周周五1-2节(01-10周)11408课程时间及地点3、实验时间(09-13周)94094、周四下午14:30-17:00时答疑，9409或9405第6页第1章电力系统概述第2章电力负荷计算及短路第3章供配电系统结构及电力线路第4章保护及安全第5章低压电器原理第7章液压及气动元件第6章电气控制电路设计第9章PLC概述第10章PLC基本电路分析与设计具体授课内容及思路第8章液压及气动传动电路分析1243第7页第1节电能与电力系统第2节电力系统的标准电压第3节电力系统中性点第1章电力系统概述第8页电气工程1供配电系统认识2电网3第一节电能与电力系统第9页1.18世纪卡文帝和库仑的静电研究2.19世纪麦克斯韦电磁波电磁现象的工程应用电信：电作为消息的载体进行信号传送电力：电作为能源加以应用一、电气工程MessagePower第10页电力系统二、供配电系统认识第11页电力系统及动力系统示意图1、构成及各环节?第12页发电厂又称“发电站”，是将自然界蕴藏的各种一次能源如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等，转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂第13页①火力发电（70%）③核电站②水力发电（20%）④风力发电风能→机械能→电能各种类型发电第14页压水反应堆核电站示意图反应堆核电站第15页返回风力发电站示意图风力发电站第16页⑤地热发电⑥潮汐发电⑦太阳能发电（地热蒸气）热能→机械能→电能引力势能→海水动能→海水势能→机械能→电能各种类型发电第17页2014年全国及五大发电集团装机构成单位总装机火电（含气电）水电风电太阳能、核、生物质及其它容量占比容量占比容量占比容量占比全国1360199156967.323018322.1995817.0446863.45华能151491186778.33204513.5011517.60860.57大唐12048900174.71197916.4310068.35620.51华电12254865973.11232919.018426.871241.01国电12520917773.30129710.36197615.78700.56中电投9667633365.61207121.426676.905966.175大集团合计616384533773.55972115.7756429.159371.52单位：万千瓦，%第18页发电量分布图发电量80.95%16.41%1.99%0.65%火电水电核电其它2008年数据第19页装机容量分布图装机容量75.87%21.64%1.12%1.37%火电水电核电其它2008年数据第20页中国规划目标第21页2010年世界各国发电量排名050001000015000200002500030000350004000045000亿千瓦时美国俄罗斯德国巴西其他国家2010世界各国发电量美国中国日本俄罗斯印度加拿大德国法国韩国巴西英国西班牙其他国家第22页2007--2012年世界各国发电量第23页地球上不可再生能源不可再生能源200020502100215022002250石油天然气煤铀世界中国204520152061203022302061208120712050第24页太阳能电池发展过程1839年：贝克雷尔（Becqure）发现一种奇特现象，即半导体在电解质溶液中会产生“光生伏打效应”，简称“光伏（PV,Photovoltaice)效应”；1883年：CharlesFntts制备了第一个太阳电池，效率为1%；1940年：美国工程师RusselOhl申请了第一个现代硅太阳电池专利；1954年：研制了第一个具有客观转换效率的太阳电池（6%）；1958年：第一次商业应用于卫星；20世纪70年代：石油危机后，开始接近家庭应用；20世纪80-90年代：众多科学家的努力为太阳能的大规模应用开辟了道路。第25页光伏阵列电力电子变换装置交流网络(或负荷)控制系统储能装置单二极管模型双二极管模型理想电路模型单级拓扑结构双级拓扑结构多级拓扑结构多种多样伏安特性蓄电池超级电容器光伏发电光伏发电系统基本组成：光伏阵列、储能装置、电力电子变换装置、控制系统等。典型的光伏并网发电系统拓扑结构：第26页光电转换效率单晶硅太阳能电池约25%硅体太阳能电池理论29%，实用级别25%-26%是极限值多晶硅体太阳能电池约20.4%铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CuInxGa(1-x)Se2,CIGS)约19.6%蹄化镉薄膜太阳能电池(CdTe)约为16.7%,非晶桂(无定形硅)薄膜电池约为10.1%。而在实际应用中效率会略低上述值。2013年6月14日，日本夏普（Sharp）选B研发出聚光三结化合物电池，效率为4404%第27页光伏发电系统现状随着化石能源的枯竭，人类面临着越来越大的能源压力，人们希望采用可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。太阳能资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际公认的理想替代能源。进入70年代后，由于两次石油危机的影响，光伏发电在世界范围内受到高度重视，发展非常迅速。从近期看，光伏发电可以作为常规能源的补充；从远期看，光伏发电将以分布式电源进入电力市场，并部分取代常规能源。第28页光伏发电的优点光伏发电的优点：替代矿物燃料，具有充分的清洁性具有绝对的安全性和相对的广泛性寿命长且免维护建设周期短，规模大小随意工程安装成本低，可以方便地与建筑物相结合光伏发电系统没有转动部件，不会产生噪音，是一种“安静”的能源。第29页并网发电系统离网发电系统光伏发电“离网和并网”光伏发电系统一般可以分为离网发电系统和和并网发电系统。离网发电系统：未与公共电网相连接，又称为独立光伏发电系统，主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊处所。并网发电系统：与公共电网相联接，使光伏发电进入大规模商业化发电阶段，并成为电力工业重要组成部分，是当今世界光伏发电技术发展的主流趋势，发展迅速，市场广阔，前景诱人。第30页国际发展现状国际发展现状：美国：政府在2005年制定了《联邦能源政策法案》，规定对光伏系统的投入可以用来抵扣税收。日本：2003年生效了《可再生能源比例标准》，规定电力公司的电力供应中必须有一部分为新能源。西班牙：2004年开始实施“皇家太阳能计划”，2006年提出购电补偿法。第31页国际发展现状韩国：2002年开始实施购电补偿法。该法规定为光伏系统的安装者提供15年固定购电补偿。2004年开始实施“10万屋顶计划”，政府提供的安装费用补贴最高可达系统价格的70%。韩国提出到2012年，光伏系统总装机量达到1300MW。意大利：对小于20kW的光伏系统，政府回购电的价格约为平均电价的6倍，20年有效，每年递减5%。意大利提出的光伏发展目标是到2015年，总安装量达到1000MW。等等第32页国内发展现状国内发展现状：2004年国家发改委起草了《中国可再生能源开发战略规划(2006—2020年)》(草案)。规划提出的发电能力预期目标为:到2010年可再生能源发电的总装机容量达到6000万kW，其中光伏发电达到45万kW。到2020年可再生能源发电的总装机容量达到1121亿kW，其中光伏发电装机容量达到100万kW。2006年中国光伏电池产量438MW组件，占世界总产量的17.1%，超过美国，成为继日本和欧洲之后的第三大光伏电池生产国。第33页国内发展现状从2007年世界主要国家和地区光伏电池生产和光伏市场的份额看，中国占了整个份额的27.2%，成为世界第一大光伏电池生产国。2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”安装了国内自主研发的光伏发电系统，总发电量达100KW。第34页国内发展现状国内发展现状：2009年财政部投200亿用于“金太阳工程”。财政部、科技部、国家能源局联合发布的《关于做好“金太阳”示范工程实施工作的通知》以及配套文件《金太阳示范工程基本要求》,“金太阳”示范工程将加快实施。第35页光伏发电原理光伏发电原理：基本原理：光生伏特效应光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差。首先由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量；其次，形成电压。有了电压，如果两者之间连通，就会形成电流回路。光伏电池是光伏发电系统中最基本的电能产生单元，其单体输出电压和输出电流都很低，功率也较小。第36页光伏发电原理光伏发电原理：光伏电池串、并联可构成光伏模块，其输出电压可提高到十几至几十伏；光伏模块又可经串、并联后得到光伏阵列，进而获得更高的输出电压和更大的输出功率。光伏发电系统的实际电源一般是指光伏阵列，是一种直流电源。光伏阵列经过电力电子变换装置并入交流网络或直接连接负荷。第37页光伏发电原理光伏发电原理：光伏发电系统中的储能装置用于储存从光伏阵列转换来的电力，或是当光伏阵列供电不足时，提供功率支撑。目前储能装置主要使用常规的铅酸蓄电池或是超级电容器。控制系统作用于整个系统的工作过程，实现光伏系统输出控制、系统并网控制等，控制器类型可以多种多样。第38页光伏发电系统模型phIsRshRDIV+_phIsRshRIV1D2D+_phIDIV+_()()12(1)(1)ssqVIRqVIRskTAkTphssshVIRIIIeIeR+++=−−−−−()(1)sqVIRsAkTphsshVIRIIIeR++=−−−(1)qVAkTphsIIIe=−−简化简化双二极管模型单二极管模型理想电路模型光伏阵列电力电子变换装置交流网络(或负荷)控制系统储能装置应用广泛第39页光伏发电系统模型第40页光伏发电系统展望第十届光伏会议通过《常州宣言》提出产业发展目标：2010年以后，中国光伏电池的年产量持续达到世界总产量的50%以上。摆脱高纯多晶硅材料依赖进口的困扰，使多晶硅材料的自给能力达到60%以上。2015年，中国光伏电池组件的制造成本下降，我国光伏技术达到国际先进水平，部分技术达到国际领先水平。积极启动国内市场，实现光伏市场大幅增长，到2020年使光伏发电占全国总发电量的1%。第41页其作用是输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户连接起来。从发电厂发出的电，需要经过较长距离的输送，才能到达各级电能用户，在整个电能输送过程中，电力线路电压等级确定、电力线路线径和规格型号选择，电力线路敷设所需要的相关附件等的选用，就是供配电技术的组成部分。2、电力线路第42页降压变电所根据其在电力系统中的地位和作用不同，又分为枢纽变电站、地区变电所和工业企业变电所等。变电所：受电—变压（升压或降压）—配电。配电所：受电—配电3、变配电所第43页电力负荷的含义：①用电设备③电力用户②用电负荷4、电力负荷第44页1、一级负荷(firs