电气工程研究领域与关键技术 (NXPowerLite).ppt

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1、电气工程研究领域与关键技术,1,电气工程研究领域及其关键技术,报告人：国老师,电气工程研究领域与关键技术,2,内 容:,电气工程专业简介电气工程专业方向及其技术电气技术发展前景我院电气工程专业培养方案,电气工程研究领域与关键技术,3,电气工程学科(专业代码0806)（Electrical EngineeringThe branch of engineering science that studies the uses of electricity and the equipment for power generation and distribution and the control o

2、f machines and communication）.它是工程科学的一个分支，主要研究电气系统的应用和发配电设备与机械的控制及通信。,一、电气工程专业简介,电气工程研究领域与关键技术,4,电气科学与工程学科分类电磁学与电路理论；电机电器学；电力系统；电工材料学；高电压与绝缘；电力电子学；脉冲功率技术；放电理论与放电等离子体；超导电工学；生物电磁学；电磁兼容；新能源与新发电技术。,一、电气工程专业简介,电气工程研究领域与关键技术,5,一、电气工程专业简介,电气工程研究领域与关键技术,6,一、电气工程专业简介,电气工程研究领域与关键技术,7,一、电气工程专业简介,电气工程研究领域与关键技术,

3、8,二、电气工程的专业领域简介,1.电力系统及其自动化2.电机与电器3.电力电子与电力传动4.高电压与绝缘技术5.电工理论新技术,电力系统及其自动化学科主要研究电力系统规划设计、特性分析、电网品质校正、运行管理、控制保护等理论和方法。,1.电力系统及其自动化,电力系统及其自动化方向主要研究电力系统规划设计、特性分析、电网品质校正、运行管理、控制保护等理论和方法。1）电力工业简介 2）电力系统构成3）发电厂类型4）电力网5）电力应用6）电力新技术,1.电力系统及其自动化,11,电力工业主要生产环节,电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造

4、、教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。,1.电力系统及其自动化电力工业简介,电气工程研究领域与关键技术,12,电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。为了发挥电力系统的功能和作用，应满足以下基本要求：满足用户需求；安全可靠性要求；经济性要求；环保和生态要求。,1.电力系统及其自动化电力工业简介,电气工程研究领域与关键技术,13,2、现代电力系统的特点 电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、高度自动化”为特征来描述；数字化、网络化、信息化、智能化技术日益提高电力系统的自动化水平；洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到

5、重视，新能源的开发利用，特别是可再生能源的开发利用也是现代电力技术的发展趋势；建立健全的电力市场机制是提高效率、降低成本，促进电力资产的合理利用与发展的有效保证。,1.电力系统及其自动化电力工业简介,电气工程研究领域与关键技术,14,3、电力资源与负荷 我国一次能源蕴藏量较为丰富，煤炭资源总蕴藏量为2.6亿万吨，列世界第2位；水力资源蕴藏量有6.76108kW，其中可供开发的就有3.7108kW，居世界首位；其他如石油、核料、风能、太阳能、地热等能源也较丰富。中国资源的分布（西部为主）、中国能源的结构（水、煤为主）、中国经济的发展格局（东部领先）决定了中国电网的发展格局：西电东送、南北互供、全

6、国联网。,1.电力系统及其自动化电力工业简介,电气工程研究领域与关键技术,15,总结：目前基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代；2010年年底，全国发电装机容量在9.5亿千瓦左右其中，水电2.1亿千瓦，火电7亿千瓦，核电1016万千瓦，并网风电3000万千瓦。,1.电力系统及其自动化电力工业简介,电气工程研究领域与关键技术,16,4、电力系统构成 电力系统是由发电厂、输配电系统及负荷组成的统一整体，通常覆盖广阔的地域。,1.电力系统及其自动化电力系统构成,电气工程研究领域与关键技术,17,电力系统和电力网,1.电力系统及其自动化电力系统构成,电气工程研究领域与关键

7、技术,18,电力系统示意图,1.电力系统及其自动化电力系统构成,电气工程研究领域与关键技术,19,一个具体的电力系统可以用以下基本参量来描述：总装机容量：系统中所有发电机组额定有功功率的总和。年发电量：系统中所有发电机组全年所发电能的总和。额定频率：交流电力系统的额定频率最高电压等级：系统中最高电压等级的电力线路的额定电压。,1.电力系统及其自动化电力系统构成,电气工程研究领域与关键技术,20,发电厂类型,1.电力系统及其自动化发电厂,电气工程研究领域与关键技术,21,火电机组现状大机组比重小 2000年100MW及以下机组的容量占火电机组容量31.7%火电厂煤耗高 2003年供电煤耗率平均为

8、380g/kWh，约比世界先进水平差50g/kWh火电机组品种单一 火电机组中95%是常规的燃煤火电机组,1.电力系统及其自动化发电厂之火电厂,22,制约因素石油、天然气资源量不足一次能源消费以煤炭为主，约占75%，煤电占总发电量的80%以上环境问题大气烟尘温室效应酸雨,1.电力系统及其自动化发电厂之火电厂,23,水力发电厂是利用河流、水库的水位能来发电的电厂。按照取水方式的不同，分为径流式、坝后式、河床式、抽水蓄能电厂。,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,电气工程研究领域与关键技术,24,三峡工程简介,三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。整个工程包括一座混凝重力式大坝，泄水闸，一座堤后式

9、水电站，一座永久性通航船闸和一架升船机。三峡工程建筑由大坝、水电站厂房和通航建筑物三大部分组成。大坝坝顶总长3035米，坝高185米，水电站左岸设14台，右岸12台，共装机26台，前排容量为70万千瓦的小轮发电机组，总装机容量为1820万千瓦时，年发电量847亿千瓦时。通航建筑物位于左岸，永久通航建筑物为双线五包连续级船闸及早线一级垂直升船机。,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,25,三峡工程简介（续）,举世瞩目的三峡工程，是迄今世界上最大的水利水电枢纽工程，具有防洪、发电、航运、供水等综合效益，2006年已全面完成了大坝的施工建设。截至2009年8月底，三峡工程已累计完成投资约1514.

10、68亿元。自2003年实现135米水位运行之后，三峡工程已累计发电3500多亿千瓦时，三峡船闸累计通过货运量已突破3亿吨，超过三峡蓄水前葛洲坝船闸运行22年的总和，初步实现了发电和航运效益。三峡工程历经17年的建设，已取得决定性的胜利，初步设计任务基本完成。随着175米试验性蓄水的顺利推进，三峡枢纽工程进入全面运行期，三峡工程建设已步入全面收尾阶段。,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,2010年10月26日，三峡水库水位涨至175米，首次达到工程设计的最高蓄水位，标志着这一世界最大水利枢纽工程的各项功能都可达到设计要求。三峡水电站装机总容量为1820万kW，年均发电量847亿kWh。三峡水

11、电站若电价暂按0.180.21/（kWh)计算，每年售电收入可达181亿219亿元，,26,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,电气工程研究领域与关键技术,三峡工程简介（续）,27,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,28,1780吨的三峡左岸电站4号机组转子顺利吊装就位,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,29,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,30,1.电力系统及其自动化发电厂之水电厂,31,原子能发电厂是用核燃料在反应堆中受控核裂变转化为热能，将水变为蒸汽推动汽轮机带动发电机发电的电厂。,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,32,核能被视为高效、清洁的能源。1954年苏联建成

12、世界第一座核电站,如今全世界有15%的电力依靠核能提供。核能被视为高效、清洁的能源。1954年苏联建成世界第一座核电站,如今全世界有15%的电力依靠核能提供。1991年，中国自主设计建设的第一座核电站秦山核电站建成投产；1994年建成大亚湾核电站；1996年开始，中国自主设计建设了秦山二期核电站；与国外合作建设了岭澳核电站、秦山三期核电站和田湾核电站。截至2004年7月，共有9台核电机组投入生产，总功率701万千瓦。,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,2011年，在中国运行的6座核电站共11台机组，总核电容量有9百多万千瓦，仅占全国总发电量的2%。2020年，中

13、国将增建成多座核电站，当前已经从广东、浙江、山东、江苏、辽宁、福建、广西等沿海城市确定了13个优先选择的厂址，预计到时总投产核电容量达到4000万千瓦，核电年发电量达到2600亿千瓦小时，可占全国发电量的6%以上。,33,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,34,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,35,我国核电站分布情况,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,36,广东大亚湾核电站,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,37,建设中的广东岭澳核电站,1.电力系统及其自动化发电厂

14、之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,电气工程研究领域与关键技术,38,秦山核电站位于杭州湾畔，一期工程是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的30万千瓦压水堆核电站。1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土，1991年12月首次并网发电，1994年4月设入商业运行，1995年7月通过国家验收。,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,电气工程研究领域与关键技术,39,中国自主设计建设的第一座核电站秦山核电站,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,电气工程研究领域与关键技术,1957年10月10日,英格兰西北部的温德斯凯尔(现改名塞拉

15、菲尔德)核电站的一座反应堆起火,释放出放射性云雾。核电站附近的农场产品被禁售一个月,数十人因遭受核辐射而罹患癌症死亡。1979年3月28日,美国宾夕法尼亚州三里岛核电站制冷系统出现故障,致使核反应堆部分熔化,最终造成美国最严重的一次核泄漏事故,至少15万居民被迫撤离。,40,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,核电危机,1986年4月26日,乌克兰切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸,造成30人当场死亡,8吨多强辐射物泄漏。此次核泄漏事故使电站周围6万多平方公里土地受到直接污染,320多万人受到核辐射侵害,造成人类和平利用核能史上最大一次灾难。该事故被认为是历史上最

16、严重的核电厂事故，也是国际核事件分级表中唯一的第七级事件。这次灾难所释放出的辐射线剂量是投在广岛的原子弹的400倍以上。,41,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,核电危机,1999年9月30日,日本茨城县东海村一家核燃料制造厂发生核物质泄漏事故,造成两名工人死亡,数十人遭到不同程度辐射,附近居民被疏散避难。2004年8月9日,日本关西电力公司位于东京以西约350公里处的反应堆发生涡轮机房内蒸气泄漏事故,导致4人死亡、7人受伤。虽然日本官方称,在核电站周围的监测辐射仪器没有发现异常,但此次事故仍被认为是日本迄今伤亡最惨重的核电站事故。,42,1.电力系统及其自动化

17、发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,核电危机,今年3月11日，日本本州东海岸附近海域发生里氏9.0级地震，地震导致日本福岛第一核电站和第二核电站发生事故。截至3月13日，福岛第一核电站1号机组厂房12日发生氢气爆炸，并出现核泄漏情况。目前核电站事故仍处于危险状态。该事故可能冲击全球核能产业，导致许多核电站建设计划搁置，并遏制对核燃料铀的需求。这是1986年苏联切尔诺贝利核泄漏以来最严重的一次核灾难，可能促使投资者重新考虑核电产业前景。,43,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,核电危机,福岛第一核电站3月12日下午4点左右发生爆炸,国务院总理温家宝16日主

18、持召开国务院常务会议，听取应对日本福岛核电站核泄漏有关情况的汇报严格审批新上核电项目。抓紧编制核安全规划，调整完善核电发展中长期规划，核安全规划批准前，暂停审批核电项目包括开展前期工作的项目。,45,1.电力系统及其自动化发电厂之核电厂,电气工程研究领域与关键技术,核电危机,46,新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源生产电能的发电厂。,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,47,地热发电厂,地热发电就是利用地表深处的地热能来生产电能。地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，是一门新兴的能源工业。地热

19、发电的基本原理与普通火力发电相似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，然后又把机械能变为电能。,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,地热发电,48,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,地热发电,49,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,地热发电,50,风力能源是由于太阳对大气层造成的温差和地球表面不规则而引起。利用风力的动能就叫风力发电。我国风能资源丰富，陆地理论储量亿千瓦，可 开发的装机容量约.亿千瓦，居世界首位，商业化、规模化发展潜力巨大。全国累计安装小型风力发电机近万台，用作

20、解决西部无电地区农牧民生产生活用电。在广东、福建、内蒙古、新疆等地已建成个风电场，总装机容量近万千瓦。,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,风力发电,51,中国最大的风力发电厂新疆达坂城风力发电厂,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,风力发电,52,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,风力发电,53,南澳风力发电厂,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,54,潮汐运动中蕴藏着巨大的能量。潮汐能的大小与水体大小及潮差大小有关；潮汐发电与水力发电的原理相似，潮汐发电

21、是利用潮差来推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电；潮汐发电必须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电；,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,电气工程研究领域与关键技术,潮汐发电,55,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,电气工程研究领域与关键技术,潮汐发电,56,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,潮汐发电,57,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,潮汐发电,58,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键

22、技术,潮汐发电,59,浙江温岭江厦潮汐发电站,1.电力系统及其自动化发电厂之新能源发电,电气工程研究领域与关键技术,60,电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电装置构成。电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通常以电压等级进行分层；输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心，其额定电压通常为220750kV，它是电力系统的主干网；配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为高压、中压、和低压配电网；高压配电网的电压一般为35110kV或更高；中压配电网的电压一般为135kV；低压配电网的电压一般为380/220V。,1.电

23、力系统及其自动化电力网,电气工程研究领域与关键技术,61,1.电力系统及其自动化电力网,62,1.电力系统及其自动化电力网,63,某电力系统地区调度室,1.电力系统及其自动化电力网,64,照明,照明大致分为两种：一是由电能转化成热能，然后再转化成光能的光源，如白炽灯等。另一种是利用放电而转化成光能的光源，如荧光灯、高压汞灯、霓虹灯等。,1.电力系统及其自动化电力应用,65,电加热,电加热是以电能为能源加热物料，并通过电炉、电焊机等来实现加热的一种方法。电加热大致分为两种：一是电能在电炉、电热器具上转变成热能后加热物料，如电炉、电弧炉、感应炉、微波炉、光波炉等。另一种是利用电能驱动热泵，把热能从

24、温度较高的物体输送给温度较低的物体,如热泵等。应用:工业领域：冶炼、热处理、焊接等农业领域：温室培育等家庭生活：烹饪、取暖等,1.电力系统及其自动化电力应用,66,电力拖动,电力拖动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种拖动方式，又称电气传动或电力传动。,电力拖动的应用领域极其宽广，从一般的家用电器到工业机床设备、电动交通工具等，在国防、国民经济和人民生活的方方面面都有应用，是电能最主要的应用方式之一。,1.电力系统及其自动化电力应用,67,电力拖动,电力牵引就是其中一个较大的应用领域。如：电气化铁路、地下铁道及其他电力牵引城市轨道交通、矿山电力机车、城市公共电车。,1.电力系统及其自动化

25、电力应用,68,我国发展能源的指导方针是：大力（优先）发展水电，继续发展火电，适当发展核电，积极发展新能源发电，同步发展电网，促进全国联网。电力技术属于传统技术的范畴，技术创新和出现重大突破的机会要比信息科学、生命科学、材料科学等新兴学科少得多。但是，应该看到，电力技术与其他学科的相互交叉和渗透的趋势越来越明显。电力研究的一些前沿课题反映了这种趋势。以下将对若干电力前沿技术的现状和未来发展前景进行简介:,1.电力系统及其自动化电力新技术,69,1 交流输电技术三相高压交流输电技术 常规的三相交流输电在远距离输电工程中占主导地位，在未来相当长的时间内仍然是输电和联网的主要方式；前苏联建成了900

26、km的1150kV特高压输电线路并经过了试运行，后因无电可送等原因而降压为500kV运行；未来交流输电发展的重点将是采用新技术充分利用线路走廊输送更多的电力。,1.电力系统及其自动化电力新技术,70,多相交流输电 多相交流输电以多相（相数大于3）交流电形式实现电能输送；特点：相同的线路走廊和占地面积，多相输电可提高由线路发热条件决定的负荷容量，可设计得更“紧凑”适合线路路径受限制的地区，可以接入三相交流输电系统，不需经过多相交流变电所；多相交流输电已经入工业性试验和试运行阶段。,1.电力系统及其自动化电力新技术,2、实践性教学,四、我院电气工程专业培养方案简介,71,3、教学安排（表三）,四、我院电气工程专业培养方案简介,72,4、学时、学分 比例表,四、我院电气工程专业培养方案简介,73,5 课程体系结构,四、我院电气工程专业培养方案简介,74,学科基础课程与专业基础基础课程,四、我院电气工程专业培养方案简介,75,核心课程,四、我院电气工程专业培养方案简介,76,方向课,四、我院电气工程专业培养方案简介,77,创新创业模块,四、我院电气工程专业培养方案简介,78,个性化拓展课程模块,四、我院电气工程专业培养方案简介,79,80,有志者事竟成,