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班级：电气1302学号：3130501108姓名：储厚成一.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，核能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：一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。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具有了鲁棒性并且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，人工神经网络、自适应控制状态观测器等方法已得到广泛采用。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。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，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。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。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：现代电子科学技术的不断发展进步，原有的电力传动控制概念已无法在全面概括现代生产自动化系统中承担第一线任务的全部控制。5．新能源及发电技术：随着能源的发展，社会的进步，科技和信息化水平的不断提高以及全球资源与环境问题的日益突出，能源的开发利用面临着新的挑战。当今世界正在进行一场以新能源大规模开发利用为显著标志的能源产业革命。与长期广泛使用，技术上较为成熟的常规能源（如煤、石油、天然气、水能等）相比，新能源是指在科学技术基础上开发利用的非常规能源，包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核聚变能。从世界来看，一次化石能源是有限的，从长久来看，新能源将是未来人类的主要能源来源，新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。我国当前在新能源发电及接入技术和技术管理层面存在的问题主要为以下几个方面：由于电源结构而导致的调峰能力问题；电网资源配臵能力难以满足风电基地远距离电力外送问题；新能源发电及接入技术标准与检测认证体系问题；新能源发电功率预测及调度决策支撑系统问题；及配电网建设适应新能源发电分布式接入问题。二.电气工程的发展趋势：概述：1．信息技术的决定性影响。2.与物理科学的相互交叉面拓宽。3.快速变化。4.进一步实现接口的标准化。5.实现数字化与自动化的有机结合。6.充分发挥现场总线技术的作用。1.电机的控制及驱动:电力半导体工业的发展进步始于二十世纪六十年代，其发展直接影响到了电机驱动器行业的发展。沿着这条直接的纽带，可以说正在进行中的新型开关半导体装置（如砷化镓、碳化硅、氮化镓等）的研究和实验将很快主宰电机驱动器行业。将实现更高的开关频率和更小的电能损失。冷却系统的主要改变有希望彻底改变电机驱动器行业。在电机驱动行业中应用的理念、想法和设备很适用于从代用能源如太阳能和风能中获取能量。因此，电力电子学在这些设备中起着重要作用并不惊奇。电机驱动行业在解决未来的能源危机中将成为主力军，同时也将对环境保护贡献卓。2.电力电子技术的应用: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。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，在不断的发展中促进了现代电力电子技术的广泛应用。电力电子技术在1947年晶体管诞生开始形成，接着1956的晶闸管的出现标志电力电子技术逐渐形成一门学科开始发展，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。电子电力技术具有全控化、电路形式弱电化、集成化、高频化和数字化的特点。更能带来节能、节省材料和减少污染的经济效益和生态效益，能控制精度高、避免模拟信号的畸变失真，减小杂散信号的干扰，改善了工作条件。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。3.电力系统及其自动化: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。1.当今电力系统的自动控制技术正趋向于:(1)在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区域化发展。(2)在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。(3)在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。(4)在控制手段上日益增多了微机、电力电子器件和远程通信的应用。(5)在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。2.整个电力系统自动化的发展则趋向于:(1)由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到AGC(自动发电控制)。(2)由高电压等级向低电压扩展,例如从EMS(能量管理系统)到DMS(配电管理系统)。(3)由单个元件向部分区域及全系统发展,例如SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。(4)由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。(5)装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。(6)追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。(7)由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。近20年来,随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展,现代电力系统已成为一个计算机、控制、通信和电力装备及电力电子的统一体,简称为“CCCP”。其内涵不断深入,外延不断扩展。电力系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能够闭环控制的对象越来越丰富。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。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好的基础。在市场经济的竞争环境下，各个企业要依据生产实际不断提高自动化水平。综合分析我国电气工程自动化发展趋势，可以看出在以后的发展过程中，这种技术将朝着自动化、统一化以及规范化的方向发展。电气自动化水平是社会经济发展程度的重要指标。电气的自动化能够有效将大部分人力解放出来，提高工业生产的效率，保证工业产品生产的精确性。目前，我国电气自动化取得了较高的发展成就，随着我国科学技术水平的不断提高，这种技术将会取得更好的发展成就。参考文献：[1]许建国.电机与控制[M].武汉：武汉测绘大学出版社，1998.[2]王永.―反电势法‖无刷直流电机控制系统研究[D].南京：东南大学，2004：2-3.[3]杨贵杰.永磁感应子式无刷直流电动机及其位置控制系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2000：2-3.[4]于彭波.无刷直流电机的发展与应用.才智，2008：214-267.[5]周意成，朱平平，张相军等．位置传感器的方波无刷直流电机压缩机负载的控制．电气自动化，2000(3)：