電氣前沿技術(shù)讀書報告

1、同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院讀 書 報 告課程名稱：電氣工程發(fā)展前沿 專業(yè)：電氣工程學(xué)號：姓名：前言非常有幸在研究生一年級第一學(xué)期學(xué)習(xí)了電氣工程發(fā)展前沿這門課。電氣工程發(fā)展前沿這門課程介紹了電氣工程各個領(lǐng)域的前沿研究方向，使我了解到電氣工程相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和前沿技術(shù)，使我對電氣工程的理解達到了一個新的層次，為畢業(yè)后從事電氣工程及相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計制造、運行維護和科學(xué)研究工作打下了認(rèn)識基礎(chǔ)。前沿技術(shù)是指高技術(shù)領(lǐng)域中具有前瞻性、先導(dǎo)性和探索性的重大技術(shù)，是未來高技術(shù)更新?lián)Q代和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是國家高技術(shù)創(chuàng)新能力的綜合體現(xiàn)。選擇前沿技術(shù)的主要原則：一是代表世界高技術(shù)前沿的發(fā)展方向。二是對國家

2、未來新興產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展具有引領(lǐng)作用。三是有利于產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新?lián)Q代，實現(xiàn)跨越發(fā)展。四是具備較好的人才隊伍和研究開發(fā)基礎(chǔ)。部分內(nèi)容如下：牟龍華老師：分布式發(fā)電與微網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、面向智能電網(wǎng)的區(qū)域集成保護張逸成老師：大功率DC/DC變換器的關(guān)鍵技術(shù)及問題林濟鏗老師：智能電網(wǎng)金立軍老師：電氣絕緣與故障檢測李銳華老師: 新能源轉(zhuǎn)換及應(yīng)用新技術(shù)朱琴躍老師: 高速列車康勁松老師：電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展向大為老師：變流器在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)等。在此，感謝所有講課的15位老師的辛勤付出。本次結(jié)課論文的要求是選取各位老師所講的一個方面來談?wù)勼w會，所以我決定談?wù)勎覍ξ覈娏ο到y(tǒng)以及分布式發(fā)電與微網(wǎng)的思考。對

3、電力系統(tǒng)的思考一、 關(guān)于電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀改革開放以來，我國電力行業(yè)發(fā)展迅猛，電源結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，火電優(yōu)化水平提高，水電、核電開發(fā)力度加大，電網(wǎng)建設(shè)不斷加強，電力環(huán)保成績顯著，電力裝備技術(shù)不斷提高，多項技術(shù)已經(jīng)達到國際先進水平。進入21世紀(jì)，電力需求更加旺盛，發(fā)展?jié)摿薮?，電力建設(shè)任務(wù)仍十分艱巨，電力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢是開發(fā)新能源，開發(fā)節(jié)能環(huán)保的新產(chǎn)品，降低設(shè)備的功耗，加快研究更高一級的電壓輸電技術(shù)，推廣柔性輸電技術(shù)，加快電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化資源配置，繼續(xù)推進城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，形成可靠的配電網(wǎng)絡(luò)。鑒于此，我對我國電力系統(tǒng)的發(fā)展認(rèn)識概括為擴容、節(jié)能、環(huán)保。二、 關(guān)于電力系統(tǒng)容量的擴大首先，我覺得我國電力

4、系統(tǒng)容量擴大的需求從側(cè)面反映了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，這是讓人值得興奮的事。電力系統(tǒng)容量的不斷增大不僅是因為我國生產(chǎn)力不斷發(fā)展導(dǎo)致的能源需求增大，也反映了我國能源需求與實際分布的不對稱。鑒于此，我覺得我國電力系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)該著力于在一定程度上抑制電力系統(tǒng)向過“巨”發(fā)展，因為過于龐大的電力系統(tǒng)要相當(dāng)高技術(shù)的維護和保障措施才能保證其較低的故障率，若其一旦故障會造成大面積停電，影響很大。需求增大而系統(tǒng)不能過大，則要求盡量結(jié)合當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)電力的自給自足。其次，建立小范圍區(qū)域內(nèi)的電力能源調(diào)動平衡。再次，建立全國性的主干能源線路以備大范圍停電。三、 關(guān)于電力系統(tǒng)的節(jié)能隨著人類文明的

5、不斷進步，能源的消耗水平日益升高。尤其考慮到化石能源的不可再生性，在能源領(lǐng)域的節(jié)能倡導(dǎo)呼聲越來越高。考慮到我國電力能源中，煤電的比例占到7成多，我國的電力系統(tǒng)節(jié)能更是負(fù)擔(dān)重大，這關(guān)系到我國能源的安全和國民生活的穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的節(jié)能主要體現(xiàn)在電廠的廠用電率和輸電時的線損率。這兩項的優(yōu)化主要體現(xiàn)在生產(chǎn)和輸入電力的設(shè)備生產(chǎn)工藝以及結(jié)構(gòu)原理設(shè)計。四、 關(guān)于電力系統(tǒng)的環(huán)保在環(huán)境日益惡化的今天，環(huán)保一詞無處不在。能源領(lǐng)域作為人類生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)領(lǐng)域，注重環(huán)保尤其重要。雖然電力作為能源家族中較為環(huán)保的存在，其在生產(chǎn)階段對環(huán)保的要求同樣不可丟棄。由于電力需求日益增大，導(dǎo)致電力生產(chǎn)對環(huán)境的影響逐步增大，甚至達到?jīng)Q

6、定性水平。鑒于此，我國的電力生產(chǎn)要注重增大更加清潔的風(fēng)電、水電、核電以及太陽能發(fā)電等的比重并加大新的清潔能源的開發(fā)。五、 結(jié)論隨著我國對電量需求的不斷增大，我覺得我國電力系統(tǒng)將向著大網(wǎng)設(shè)計微網(wǎng)運行、更新設(shè)備完善設(shè)計以及提高技術(shù)環(huán)保節(jié)能的大方向發(fā)展。在我國一代代電力人的不懈努力下，我國電力系統(tǒng)的前景將無限光明。對分布式發(fā)電與微網(wǎng)的思考分布式發(fā)電系統(tǒng)是利用多種分散的能源進行發(fā)電的系統(tǒng)，如風(fēng)能等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)以及CCHP，分布式發(fā)電系統(tǒng)具有可利用豐富的清潔和可再生能源的優(yōu)點，但一些可再生能源具有間歇性和隨機性。分布式電源接入常規(guī)電網(wǎng)并網(wǎng)運行，易滿足負(fù)荷需求，有助于可再生能源高效和規(guī)?；?。目前

7、分布式電網(wǎng)面臨著不可調(diào)度，功率波動等問題。分布式發(fā)電技術(shù)是充分開發(fā)和利用可再生能源的理想發(fā)生，它具有投資小、清潔環(huán)保、供電可靠和發(fā)電方式靈活等優(yōu)點，可以對未來大電網(wǎng)提供有力補充和有效支撐，是未來電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢之一。智能配電網(wǎng)就是以配電網(wǎng)高級自動化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用和融合先進的測量和傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息與通信等技術(shù)，利用智能化的開關(guān)設(shè)備、配電終端設(shè)備，在堅強電網(wǎng)架構(gòu)和雙向通信網(wǎng)絡(luò)的物理支持以及各種集成高級應(yīng)用功能的可視化軟件支持下，允許可再生能源和分布式發(fā)電單元的大量接入和微網(wǎng)運行，鼓勵各類不同電力用戶積極參與電網(wǎng)互動，以實現(xiàn)配電網(wǎng)在正常運行狀態(tài)下完善的監(jiān)測、保護

8、、控制、優(yōu)化和非正常運行狀態(tài)下的自愈控制，最終為電力用戶提供安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、環(huán)保的電力供應(yīng)和其它附加服務(wù)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是一個剛性系統(tǒng)，柔性及可組性較差。智能電網(wǎng)可實現(xiàn)對電網(wǎng)的全景信息的獲取和控制；與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)將進一步優(yōu)化各級電網(wǎng)控制。目前用戶停電95以上是由配電網(wǎng)的原因引起的，智能配電系統(tǒng)所具有的自愈功能將使事故發(fā)生時用戶遭受的停電風(fēng)險降至最低。智能配電系統(tǒng)的雙向性（雙路通信、雙向表計）將促進電網(wǎng)公司和客戶之間的互動溝通，有利于促進電力需求側(cè)管理，使客戶享受更多的電價優(yōu)惠，從而進一步提升電力服務(wù)水平。有利于提供更加優(yōu)質(zhì)的電能（定制電力）、用戶分布式新能源大量接入以及各種新

9、型電氣設(shè)備的應(yīng)用。智能配電網(wǎng)可實現(xiàn)配電網(wǎng)優(yōu)化運行，提供更加可靠的電能，推動新能源革命，促進環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)代“微網(wǎng)”的概念于2001年美國Lasseter教授提出。是由負(fù)荷和微電源（分布式電源）及儲能裝置共同組成的有機系統(tǒng)。微電源主要通過電力電子技術(shù)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和控制。微網(wǎng)的形式和種類多種多樣，能夠整合多種形式的分布式電源，將微電源、電網(wǎng)和用電設(shè)備有機地整合，實現(xiàn)多種能量形式集中管控。微網(wǎng)對配電網(wǎng)來說是“柔性負(fù)荷”或“可控負(fù)荷”眾多的微網(wǎng)接入后對配電網(wǎng)及電網(wǎng)的影響不可忽視。微網(wǎng)可實現(xiàn)優(yōu)化負(fù)荷特性，對智能用電的控制，同時微網(wǎng)是智能配電網(wǎng)的有力支撐，通過優(yōu)化組合電源的運行方式減輕配電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，

10、利用網(wǎng)內(nèi)通信條件引導(dǎo)用戶參與優(yōu)化過程。微網(wǎng)的運行方式可分為孤島運行與并網(wǎng)運行兩種運行模式，運行方式轉(zhuǎn)變是平滑、可控的，通過PCC點的開關(guān)進行?？梢曰閭溆谩Ｎ⒕W(wǎng)的主要控制設(shè)備有分布式發(fā)電控制器、可控負(fù)荷控制器、中央能量管理系統(tǒng)、繼電保護裝置?？刂撇呗灾饕胁⒕W(wǎng)PQ控制、孤島U/f下垂控制、可控負(fù)荷控制策略、虛擬同步發(fā)電機技術(shù)。智能配電信息系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中起到重要作用，是配電系統(tǒng)各部件實現(xiàn)相互聯(lián)系的重要保障，是實現(xiàn)兼容、自愈、互動和優(yōu)化的技術(shù)基礎(chǔ)。內(nèi)容涵蓋信息整合、設(shè)備管理、用戶需求管理、業(yè)務(wù)流程管理、運行調(diào)度管理及信息安全等。智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)是實現(xiàn)電網(wǎng)自愈，以下問題需要集中研究、迫切解決：

11、分布式與可再生能源的無縫接入與微網(wǎng)運行；提高供電可靠性和電能質(zhì)量；降低擾動對電網(wǎng)的影響和停電對用戶的影響；增強用戶的互動作用，鼓勵用戶參與電網(wǎng)調(diào)峰，進行需求側(cè)管理；降低運行和維護費用；為用戶提供更多的用電選擇和附加服務(wù)。隨著能源的發(fā)展，社會的進步，科技和信息化水平的不斷提高以及全球資源與環(huán)境問題的日益突出，能源的開發(fā)利用面臨著新的挑戰(zhàn)。當(dāng)今世界正在進行一場以新能源大規(guī)模開發(fā)利用為顯著標(biāo)志的能源產(chǎn)業(yè)革命。與長期廣泛使用，技術(shù)上較為成熟的常規(guī)能源（如煤、石油、天然氣、水能等）相比，新能源是指在科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)利用的非常規(guī)能源，包括風(fēng)能、太陽能、海洋能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、氫能、核聚變能。從世界來看

12、，一次化石能源是有限的，從長久來看，新能源將是未來人類的主要能源來源，新能源發(fā)電是指把新能源轉(zhuǎn)換為電能的過程。我國當(dāng)前在新能源發(fā)電及接入技術(shù)和技術(shù)管理層面存在的問題主要為以下幾個方面：由于電源結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的調(diào)峰能力問題；電網(wǎng)資源配臵能力難以滿足風(fēng)電基地遠(yuǎn)距離電力外送問題；新能源發(fā)電及接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與檢測認(rèn)證體系問題；新能源發(fā)電功率預(yù)測及調(diào)度決策支撐系統(tǒng)問題；及配電網(wǎng)建設(shè)適應(yīng)新能源發(fā)電分布式接入問題。光伏發(fā)電將呈現(xiàn)大規(guī)模集中接入與分散接入并舉的發(fā)展態(tài)勢。一是需要建設(shè)完備的新能源發(fā)電的資源數(shù)據(jù)平臺和運行數(shù)據(jù)平臺；二是要進行新能源電站模型的深化研究，掌握風(fēng)電、光伏等新能源電站的參數(shù)辨識技術(shù)；三是結(jié)合新能

13、源發(fā)電并網(wǎng)運行調(diào)度對仿真分析提出的新要求，研究適用于不同時空尺度下的時序仿真技術(shù)；四是新能源并網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的工具軟件。一是分布式新能源的配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計技術(shù)；二是分布式新能源接入配電網(wǎng)運行控制技術(shù)，三是在分布式儲能、用戶側(cè)的能源高效利用方面進行研究，使得現(xiàn)有配電網(wǎng)能夠適應(yīng)供電結(jié)構(gòu)變化帶來的運行方式差異，逐步實現(xiàn)分布式新能源的即插即用。分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)時，除基本要求外，還需要滿足一些其他要求，主要包括對配電網(wǎng)事故情況下的響應(yīng)要求、電能質(zhì)量方面的要求、形成孤島運行方式時的要求、控制和保護方面的要求以及投運試驗的要求等。1. 分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)的基本要求（1）與配電網(wǎng)并網(wǎng)時，可按系統(tǒng)能

14、接受的恒定功率因素或恒定無功功率輸出的方式運行。分布式發(fā)電本身允許采用自動電壓調(diào)節(jié)器，但在運行電壓調(diào)節(jié)時應(yīng)遵循已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，不應(yīng)造成在公共連接點（Point of Common Coupling，PCC）處的電壓和頻率頻繁越限，更不應(yīng)對所聯(lián)配電網(wǎng)的正常運行造成危害。一般而言，不應(yīng)由分布式發(fā)電承擔(dān)PCC處的電壓調(diào)節(jié)，該點的電壓調(diào)節(jié)應(yīng)由電網(wǎng)企業(yè)來負(fù)擔(dān)，除非與電網(wǎng)企業(yè)達成專門的協(xié)議。（2）采用同期或準(zhǔn)同期裝置與配電網(wǎng)并網(wǎng)時，不應(yīng)造成電壓過大的波動。（3）分布式發(fā)電的接地方案及相應(yīng)的保護應(yīng)與配電網(wǎng)原有的接地方式相協(xié)調(diào)。（4）容量達到一定大小（如幾百千伏安至1MVA）的分布式發(fā)電，應(yīng)將其連接處的

15、有功功率、無功功率的輸出量和連接狀態(tài)等方面的信息傳給配電網(wǎng)的控制調(diào)度中心。（5）分布式發(fā)電應(yīng)配備繼電器，以使其能檢測何時應(yīng)與電力系統(tǒng)解列，并在條件允許時以孤島方式運行。（6）與配電網(wǎng)間的隔離裝置應(yīng)該是安全是，以免在設(shè)備檢修時造成人員傷亡。隨著分布式發(fā)電技術(shù)水平的提高、各種分布式電源設(shè)備性能不斷改進和效率不斷提高，分布式發(fā)電的成本也在不斷降低，應(yīng)用范圍也將不斷擴大，可以覆蓋到包括辦公樓、賓館、商店、飯店、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、福利院、療養(yǎng)院、大學(xué)、體育館等多種場所。目前，這種電源在我國僅占較小比例，但可以預(yù)計未來的若干年內(nèi)，分布式電源不僅可以作為集中式發(fā)電的一種重要補充，而且將在能源綜合利用上占有十

16、分重要的地位。相對電力系統(tǒng)而言，微電網(wǎng)類似于一個獨立的控制單元，其中每一個微電源都具有尖端的即拔即插功能。對每一個微電源，最關(guān)鍵的是它本身的接口、控制、保護以及對微電網(wǎng)的電壓控制，潮流控制和維持其運行穩(wěn)定性。 一個重要的功能是微電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運行和孤島運行方式見的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。在微網(wǎng)中，為了防止微電網(wǎng)與配電網(wǎng)解列時對微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的沖擊，微電網(wǎng)的配電結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計，將不重要的負(fù)荷接在同一條饋線上，重要或敏感的負(fù)荷接在另外饋線上。接敏感負(fù)荷的饋線上裝有分布式電源、儲能元件及相應(yīng)的控制、調(diào)節(jié)和保護設(shè)備。如此，在微電網(wǎng)與主網(wǎng)解列時，通過隔離裝置可甩去一些不重要負(fù)荷，但仍能保證一些重要負(fù)荷的正常、連續(xù)運行。展望

17、如果在二十世紀(jì)中期以前，電工學(xué)的發(fā)展主要基于電磁場與固體的相互作用，電機學(xué)主要在發(fā)展旋轉(zhuǎn)電機， 則從新原理與新理論的角度看， 二十世紀(jì)后半期電工新技術(shù)的重大進展則基于電磁場與流體的相互作用的研究和直線電機研究的深入。這時物理與天文研究中發(fā)展起來的等離子體物理學(xué)與電磁流體力學(xué)開始向工程應(yīng)用方面蓬勃前進，與人類能源、電力、交通及其他工業(yè)發(fā)展的需要相結(jié)合，開創(chuàng)并推進著受控核聚變，半導(dǎo)體的發(fā)展為電工領(lǐng)域提供了多種電力器件與光電器件。電力電子器件為直流輸電，電氣鐵路，各種節(jié)能電源和自動控制的發(fā)展做出了重大貢獻。 光電池效率的提高及成本的降低為光電技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)，使太陽能發(fā)電已在邊遠(yuǎn)、缺電

18、地區(qū)得到了實際應(yīng)用，并有可能在未來電力提供中占有一定的份額。受國際金融危機的影響，我國電力需求暫時放緩，這在客觀上為調(diào)整和優(yōu)化電力和能源結(jié)構(gòu)提供了有利條件和機遇。智能電網(wǎng)為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，可以節(jié)省電費、實現(xiàn)智能管理、具有更強的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動力車的接入，以及使家電設(shè)備智能化。以智能電網(wǎng)的建設(shè)促進優(yōu)化企業(yè)管理、全面節(jié)能減碳。電力電子技術(shù)正在不斷發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)器件的陸續(xù)誕生，計算機技術(shù)的進步為現(xiàn)代控制技術(shù)的實際應(yīng)用提供了有力的支持，在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究與實際工程也取得了可喜成績?；诃h(huán)境保護、節(jié)能減排和可持續(xù)性發(fā)展的要求，越來越多的新能源發(fā)電系統(tǒng)滲透在電力系統(tǒng)中。而投運的直流輸電工程不斷增加，產(chǎn)生了巨大效益；柔性交流輸電技術(shù)尚未大范圍使用，但效果