电气工程概论课件.ppt

1、电气工程概论11.电网的构成和功能电网的构成和功能电气工程概论2电气工程概论330000MW30000MW10000MW40000MW20000MW10000MW40000MW10000MW电气工程概论42.电力线路电力线路p电力线路分为架空线路和电缆线路电力线路分为架空线路和电缆线路p架空线路主要由导线、避雷线（又架空线路主要由导线、避雷线（又称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金称架空地线）、杆塔、绝缘子串合金具等部分组成。具等部分组成。p导线用来传导电流，输送电能。导线用来传导电流，输送电能。p避雷线用来将雷电流引入大地，保避雷线用来将雷电流引入大地，保护线路免遭直击雷的破坏。护线路免遭直击雷

2、的破坏。p杆塔用来支撑导线和避雷线。杆塔用来支撑导线和避雷线。p绝缘子用来使导线与导线、导线与绝缘子用来使导线与导线、导线与杆塔之间保持绝缘状态。杆塔之间保持绝缘状态。p金具用来固定、悬挂、连接和保护金具用来固定、悬挂、连接和保护架空线路各主要元件的金属器件的总架空线路各主要元件的金属器件的总称称电气工程概论5电气工程概论6电气工程概论73.变电站的功能和构成变电站的功能和构成电气工程概论8电气工程概论9电气工程概论10变压器变压器 电气工程概论114.配电系统的功能和构成配电系统的功能和构成电气工程概论125.电网调度和运行电网调度和运行电气工程概论13某电力系统地区调度室某电力系统地区调度

3、室 电气工程概论146.电网的安全稳定控制电网的安全稳定控制电气工程概论15电气工程概论16电气工程概论171.照明照明(d)(a)(b)(e)(c)铝蒸镀面钨灯丝灯丝支架石英玻璃Ar气体+卤素化合物钼箔红外反射膜石英玻璃可见光红外线钨灯丝（a）（b）（c）（d）（e）荧光粉水银原子电子氩原子可见光镇流器启辉器电气工程概论182.电加热电加热电气工程概论193.电力拖动电力拖动电动机功率开关控制器件电源传递机构工作机械机械连接电连接电气工程概论203.电力拖动电力拖动电气工程概论211.电力市场的概念电力市场的概念p 电力市场是采用经济、法律等手段，本着公平竞争、自愿互电力市场是采用经济、法律

4、等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用电等各组成员协调运行的管理机制和执行系统的总和。员协调运行的管理机制和执行系统的总和。p 电力市场的基本特征：开放性、竞争性、计划性和协调性。电力市场的基本特征：开放性、竞争性、计划性和协调性。p 电力市场首先是一种管理机制，同时还是体现这种管理机制电力市场首先是一种管理机制，同时还是体现这种管理机制的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信的执行系统。包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。系统等。p 电价是电力市场的杠杆和核心内容。电价是电力市场的杠杆

5、和核心内容。p 转运业务是电力市场重要的贸易形式。转运业务是电力市场重要的贸易形式。电气工程概论222.电力市场的兴起电力市场的兴起电气工程概论233.电力市场的基本原则电力市场的基本原则电气工程概论244.电价和电力市场运行模式电价和电力市场运行模式电气工程概论255.电力市场下的电力系统电力市场下的电力系统电气工程概论26p 我国发展能源的指导方针是：大力（优先）发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，促进全国联发展新能源发电，同步发展电网，促进全国联网。网。p 电力技术属于传统

6、技术的范畴，技术创新和出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、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，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越来越明显。电力研究的一些前沿课题反映了这种趋势。这种趋势。电气工程概论271 1 高压交流输电技术高压交流输电技术三相高压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常规的三相交流输电在远距离输电工程中占主导地位，在

7、未来相当长的时间内仍然是输电和联网的主要位，在未来相当长的时间内仍然是输电和联网的主要方式；方式；前苏联建成了前苏联建成了900km900km的的1150kV1150kV特高压输电线路并经过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了试运行，后因无电可送等原因而降压为500kV500kV运行；运行；未来交流输电发展的重点将是采用新技术充分利用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。线路走廊输送更多的电力。电气工程概论28多相交流输电多相交流输电 多相交流输电以多相（相数大于多相交流输电以多相（相数大于3 3）交流电形式实现）交流电形式实现电能输送；电能

8、输送；特点：相同的线路走廊和占地面积，多相输电可提特点：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，可设计得更高由线路发热条件决定的负荷容量，可设计得更“紧紧凑凑”适合线路路径受限制的地区，可以接入三相交流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；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。多相交流输电已经入工业性试验和试运行阶段。电气工程概论29灵活交流输电灵活交流输电灵活交流输电（灵活交流输电（FACTSFACTS）是基于电力电子技术与现）是基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、

9、相位实代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位实施灵活快速调节的输电技术；施灵活快速调节的输电技术；出现背景：出现背景：发展互联电网的需要；发展互联电网的需要；发展电力市场的需要；发展电力市场的需要；电力电子器件的快速发展使灵活交流输电的设想成为电力电子器件的快速发展使灵活交流输电的设想成为现实。现实。灵活交流输电技术的核心就是利用电力电子器件可灵活交流输电技术的核心就是利用电力电子器件可以按照控制系统的要求，应用现代换流技术和控制以按照控制系统的要求，应用现代换流技术和控制技术，实现电压技术，实现电压、阻抗或相位大幅度灵活控制。阻抗或相位大幅度灵活控制。电气工程概论302 2 高压直流输电

10、技术高压直流输电技术p端对端直流输电端对端直流输电该技术是一项成熟的远该技术是一项成熟的远距离输电技术，预计端距离输电技术，预计端对端直流输电在未来仍对端直流输电在未来仍是远距离输电和联网的是远距离输电和联网的重要方式。重要方式。p多端直流输电技术多端直流输电技术 为了解决直流输电多电为了解决直流输电多电源供电、多落点受电问源供电、多落点受电问题，研究出多端直流输题，研究出多端直流输电技术。电技术。电气工程概论31新一代直流输电技术新一代直流输电技术未来直流输电技术的发展趋势是在应用可关断器件未来直流输电技术的发展趋势是在应用可关断器件组成的换流器进一步改善输电性能的同时，大幅度组成的换流器进

11、一步改善输电性能的同时，大幅度简化设备，减少换流站的占地，降低造价，以便在简化设备，减少换流站的占地，降低造价，以便在技术经济上比其它输电方式更具竞争力；技术经济上比其它输电方式更具竞争力；典型例子是：典型例子是：所谓轻型直流输电（所谓轻型直流输电（HVDC LightHVDC Light），它采用），它采用IGBTIGBT等等可关断的器件组成换流器；可关断的器件组成换流器；使用户外换流阀以节省阀厅的建设费用；使用户外换流阀以节省阀厅的建设费用；应用连续调节交流滤波器、有源滤波器等技术大幅应用连续调节交流滤波器、有源滤波器等技术大幅度减少户外场的占地。度减少户外场的占地。电气工程概论323 3

12、 新型输电线路新型输电线路 p紧凑型线路紧凑型线路紧凑型线路是指增加分裂导线数、缩短相间距离、合紧凑型线路是指增加分裂导线数、缩短相间距离、合理排列相导线等措施以降低线路波阻抗，从而提高线理排列相导线等措施以降低线路波阻抗，从而提高线路输送能力的输电线路。研究的主要目的是提高线路路输送能力的输电线路。研究的主要目的是提高线路的输送能力，节省线路走廊；的输送能力，节省线路走廊；从从2020世纪世纪6060年代起，美国、前苏联、法国、巴西等国年代起，美国、前苏联、法国、巴西等国建成了各种电压等级的紧凑型线路，我国也建成了一建成了各种电压等级的紧凑型线路，我国也建成了一条条500kV500kV的紧凑

13、型线路，正在试运行中。的紧凑型线路，正在试运行中。电气工程概论33p气体绝缘线路气体绝缘线路气体绝缘输电线路（气体绝缘输电线路（GILGIL）是以六氟化硫气体绝）是以六氟化硫气体绝缘的、带有与导体同轴的接地金属外壳的输电线缘的、带有与导体同轴的接地金属外壳的输电线路，与电缆相比，其优点是绝缘击穿后可恢复、路，与电缆相比，其优点是绝缘击穿后可恢复、承载电流大；承载电流大；气体绝缘输电线路已在美国、德国的水力发电厂气体绝缘输电线路已在美国、德国的水力发电厂的出线等场合得到了应用。的出线等场合得到了应用。未来由于输电线路走廊的获得越来越困难，气体未来由于输电线路走廊的获得越来越困难，气体绝缘输电线路

14、的研究和开发受到重视绝缘输电线路的研究和开发受到重视。电气工程概论34p超导输电线路超导输电线路超导输电线路是一种低损耗的输电超导输电线路是一种低损耗的输电方式；方式；日本正在开发日本正在开发6kV6kV、1000MVA1000MVA的超导的超导电缆；电缆；美国也制造出美国也制造出12.4kV12.4kV、1250A1250A的三相的三相超导电缆系统；超导电缆系统；我国也有超导输电线路在南方电网我国也有超导输电线路在南方电网试运行；试运行；超导电缆的价格很高，冷冻系统的超导电缆的价格很高，冷冻系统的可靠性有待检验，用于长距离输电可靠性有待检验，用于长距离输电工程的前景还不明朗。工程的前景还不明

15、朗。电气工程概论354 4 洁净煤发电技术洁净煤发电技术 当今我国的火力发电机组效率低，污染物排放量大，与当今我国的火力发电机组效率低，污染物排放量大，与先进国家相比有较大差距，所以要大力推广洁净煤发电先进国家相比有较大差距，所以要大力推广洁净煤发电技术，建设大型循环流化床锅炉，增压硫化燃气技术，建设大型循环流化床锅炉，增压硫化燃气-蒸汽蒸汽联合循环和整体煤气化燃气联合循环和整体煤气化燃气-蒸汽联合循环示范工程，蒸汽联合循环示范工程，采用高效脱硫脱硝装置，以使之达到世界先进水平。采用高效脱硫脱硝装置，以使之达到世界先进水平。火电厂生产流程主要包括四大系统：燃烧系统、汽水系火电厂生产流程主要包括

16、四大系统：燃烧系统、汽水系统、电气系统和控制系统。后面的两个系统和本专业关统、电气系统和控制系统。后面的两个系统和本专业关系密切。系密切。电气工程概论365 5 分布式发电技术分布式发电技术当今的分布式电源主要是当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内指用液体或气体燃料的内燃机燃机(IC-(IC-internal-internal-combustion enginecombustion engine)、微、微型燃气轮机（型燃气轮机（Micro-Micro-turbinesturbines）和各种工程用）和各种工程用的燃料电池的燃料电池（Fuel CellFuel Cell）。）。因其具有良

17、好的环保性能，因其具有良好的环保性能，分布式电源与分布式电源与“小机组小机组”已不是同一概念。已不是同一概念。电气工程概论37应用背景应用背景 a)a)输电线路建设费用增加。由于公众对输电线路可能产生输电线路建设费用增加。由于公众对输电线路可能产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。例的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。例如，北美和西欧许多国家已决定一般不再兴建新的输电如，北美和西欧许多国家已决定一般不再兴建新的输电线路。于是，直接安置在用户近旁的分布式发电装置便线路。于是，直接安置在用户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。成为一种替代方案。b)b)与大电网配合提高供电

18、可靠性。分布式电源可大大地提与大电网配合提高供电可靠性。分布式电源可大大地提高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害（例如地震、高供电可靠性，可在电网崩溃和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，维持重要用户的供暴风雪、人为破坏、战争）情况下，维持重要用户的供电。加拿大魁北克省电。加拿大魁北克省19971997年冰雪灾造成输配电线路灾难年冰雪灾造成输配电线路灾难性破坏，引起大面积停电，许多重要用户长期不能恢复性破坏，引起大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电。供电。电气工程概论38p微型燃气轮机微型燃气轮机微型燃气轮机（微型燃气轮机（Micro TurbineMicro Turbin

19、e）,是功率为几千瓦至几十千瓦，转速是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为为96 000 r/min96 000 r/min，以天然气、甲烷、，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度机，工作温度500 500，其发电效率，其发电效率可达可达30%30%。目前国外已进入示范阶段。目前国外已进入示范阶段。其技术关键是高速轴承、高温材料、其技术关键是高速轴承、高温材料、部件加工等。可见，电工技术的突部件加工等。可见，电工技术的突破常常取决于材料科学的进步破常常取决于材料科学的进步。电气工程概论39p燃料电池燃料电池燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装

20、置。燃料电池是直接把燃料的化学能转换为电能的装置。它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为称为2121世纪的分布式电源。世纪的分布式电源。燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料燃料电池的工作原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料送入燃料电池的阳极送入燃料电池的阳极(电源的负极电源的负极)转变为氢离子，空转变为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极电源的正极)，负氧，负氧离子通过离子通过2 2极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子极间离子导电的电解质到达阳极与氢离子结合成水，外电路则形成电流。结合成水

21、，外电路则形成电流。电气工程概论40p分散的电能储存技术分散的电能储存技术由于分布式的电源的应用及由于分布式的电源的应用及提高电网可靠性和调峰的需提高电网可靠性和调峰的需要，分散的储能系统的重要要，分散的储能系统的重要性日益增加。性日益增加。如：电池储能系统如：电池储能系统、超导储超导储能系统能系统、飞轮储能系统飞轮储能系统、燃燃料电池储能系统等。料电池储能系统等。电气工程概论416 6 定质电力技术定质电力技术定质电力（定质电力（Custom PowerCustom Power）技术是应用现代电力电子技术和控制）技术是应用现代电力电子技术和控制技术为实现电能质量控制，为用户提供用户特定要求的

22、电力供应的技术为实现电能质量控制，为用户提供用户特定要求的电力供应的技术。技术。在现代企业中，由于变频调速驱动器、机器人、自动生产线、精密在现代企业中，由于变频调速驱动器、机器人、自动生产线、精密的加工工具、可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用，对的加工工具、可编程控制器、计算机信息系统的日益广泛使用，对电能质量的控制提出了日益严格的要求。这些设备对电源的波动和电能质量的控制提出了日益严格的要求。这些设备对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下各种干扰十分敏感，任何供电质量的恶化可能会造成产品质量的下降，产生重大损失。降，产生重大损失。重要用户为保证优质的

23、不间断供电，往往自己采取措施，如安装不重要用户为保证优质的不间断供电，往往自己采取措施，如安装不间断电源间断电源(UPS)(UPS)，但是这并不是经济合理的解决办法。根本的出路，但是这并不是经济合理的解决办法。根本的出路在于供电部门能根据用户的需要，提供可靠和优质的电能供应。在于供电部门能根据用户的需要，提供可靠和优质的电能供应。电气工程概论42为提高配电网无功调节的质量，已开发出用于配电为提高配电网无功调节的质量，已开发出用于配电网的静止无功发生器。它由储能电路、网的静止无功发生器。它由储能电路、GTOGTO或或IGBTIGBT变换电路和变压器组成。变换电路和变压器组成。它的功能是快速调节电

24、压，发生和吸收电网的无功它的功能是快速调节电压，发生和吸收电网的无功功率，同时可以抑制电压闪变。这是功率，同时可以抑制电压闪变。这是“定质电力定质电力”的关键设备之一。的关键设备之一。此外，静止无功发生器和固态开关配合，可在电网此外，静止无功发生器和固态开关配合，可在电网发生故障的暂态过程中保持电压恒定。发生故障的暂态过程中保持电压恒定。另一关键设备是动态电压恢复器（另一关键设备是动态电压恢复器（DVRDVR），它由直），它由直流储能电路、变换器和级次串联在供电线路中的变流储能电路、变换器和级次串联在供电线路中的变压器构成。变换器根据检测到的线路电压波形情况，压器构成。变换器根据检测到的线路电压波形情况，产生补偿电压，使合成的电压动态保持恒定。无论产生补偿电压，使合成的电压动态保持恒定。无论是短时的电压低落或过电压，通过是短时的电压低落或过电压，通过DVRDVR均可以使负均可以使负载上的电压保持动态恒定。载上的电压保持动态恒定。