電氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1、電氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)班級(jí)：電氣1302 學(xué)號(hào):3130501108 姓名：儲(chǔ)厚成 一、電氣工程的發(fā)展現(xiàn)狀：概論：我國(guó)電力工業(yè)正以“大機(jī)組，大電網(wǎng)，高電壓，高參數(shù)，高度自動(dòng)化”等 “三大三高”的現(xiàn)代電力系統(tǒng)的模式超長(zhǎng)規(guī)模的建設(shè)與發(fā)展，因此對(duì)工程技術(shù)員 的素質(zhì)與能力提出了更新與更高的要求。未來(lái)的幾十年，我國(guó)電力系統(tǒng)與電氣工 程會(huì)依然保持較快發(fā)展趨勢(shì)，核能與其她可再生資源將得到快速發(fā)展新的電力電 子技術(shù)，電工材料，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，控制與管理手段具有巨大影響潛力。1、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制：一個(gè)多世紀(jì)以前電動(dòng)機(jī)的發(fā)明使其成為工業(yè)革命以后的主要驅(qū)動(dòng)力之一。它 在各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的廣泛應(yīng)用使生活變得簡(jiǎn)單

2、并最終推動(dòng)了人類(lèi)的進(jìn)步。逆變器的出現(xiàn)推動(dòng)了交流電機(jī)速度與轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展 ，這使得電機(jī)在僅僅30年就應(yīng)用 到了不可思議的領(lǐng)域。功率半導(dǎo)體元件與數(shù)字控制技術(shù)的進(jìn)步使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有 了魯棒性并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置與速度控制。交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用也帶來(lái)了 能源節(jié)約與系統(tǒng)效率的提高。電機(jī)本體及其控制技術(shù)在近幾年取得相當(dāng)大的進(jìn)步。這要?dú)w功于半導(dǎo)體技術(shù) 的空前發(fā)展帶來(lái)的電力電子學(xué)領(lǐng)域的顯著進(jìn)步。電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的利處已經(jīng)觸及各種各樣的設(shè)備，從大型工業(yè)設(shè)備像鋼鐵制造廠、造紙廠的軋鋼機(jī)等，到機(jī)床與 半導(dǎo)體制造機(jī)中使用的機(jī)電一體化設(shè)備。交流電機(jī)控制器包括異步電機(jī)控制器與 永磁電機(jī)控制器，這兩者在電機(jī)驅(qū)動(dòng)業(yè)的全過(guò)程

3、中起著關(guān)鍵性作用。：目前，異步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)乃至無(wú)傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)已實(shí) 用化，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制狀態(tài)觀測(cè)器等方法已得到廣泛采用。2、電力電子技術(shù)的應(yīng)用：半導(dǎo)體的出現(xiàn)成為20世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)的一項(xiàng)最重大的突破，標(biāo)志著電子技 術(shù)的誕生。而由于不同領(lǐng)域的實(shí)際需要，促使半導(dǎo)體器件自此分別向兩個(gè)分支快 速發(fā)展，其中一個(gè)分支即就是以集成電路為代表的微電子器件，而另一類(lèi)就就是電力電子器件，特點(diǎn)就是功率大、快速化。自20世紀(jì)五十年代末第一只品閘管問(wèn) 世以來(lái)，電力電子技術(shù)開(kāi)始登上現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)舞臺(tái)，以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的可控硅整流裝置，就是電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的一次革命，使電能的變換與控制

4、從旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組與靜止離子變流器進(jìn)入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代，這標(biāo)志著電力電子的誕生。電子電力技術(shù)包括電力電子器件、變流電路與控制電路3部分，就是以電力 為處理對(duì)象并集電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的綜合性學(xué)科。電力技術(shù)涉及發(fā)電、輸電、配電及電力應(yīng)用，電子技術(shù)涉及電子器件與由各種電子 電路所組成的電子設(shè)備與系統(tǒng)，控制技術(shù)就是指利用外加的設(shè)備或裝置使機(jī)器設(shè) 備或生產(chǎn)過(guò)程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。電力電子器件就是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行控制與轉(zhuǎn)換就就是電子電力技術(shù)的 利用。在21世紀(jì)已經(jīng)成為一種高新技術(shù)，影響著人們生活的各種領(lǐng)域，因此對(duì)對(duì) 電子電力技術(shù)

5、的研究具有時(shí)代意義。傳統(tǒng)電力電子技術(shù)就是以低頻技術(shù)處理的，現(xiàn)代電力電子的發(fā)展向著高頻技 術(shù)處理發(fā)展。其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代與變頻器時(shí)代，在不斷的發(fā)展中促進(jìn)了現(xiàn)代電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。電力電子技術(shù)在1947年晶體管誕生開(kāi)始形成，接著1956的晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志電力電子技術(shù)逐漸形成一門(mén)學(xué)科 開(kāi)始發(fā)展,以功率MOS-FETf IGBT為代表的、集高頻、高壓與大電流于一身的功 率半導(dǎo)體復(fù)合器件的出現(xiàn)，表明已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電子電力技術(shù)發(fā)展時(shí)代。20世紀(jì)以來(lái)，電力電子作為自動(dòng)化、節(jié)材、節(jié)能、機(jī)電一體化、智能化的基 礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、產(chǎn)品性能綠色化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化的現(xiàn)代化方向發(fā) 展。3、

6、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化控制：電力系統(tǒng)自動(dòng)化即對(duì)電能生產(chǎn)、傳輸與管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)度與自動(dòng) 化管理。電力系統(tǒng)就是一個(gè)地域分布遼闊，由發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)與用 戶(hù)組成的統(tǒng)一調(diào)度與運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化的領(lǐng)域包括生產(chǎn)過(guò)程的 自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)與控制，系統(tǒng)與元件的自動(dòng)安全保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)信息的自動(dòng)傳輸，系統(tǒng) 生產(chǎn)的自動(dòng)調(diào)度，以及企業(yè)的自動(dòng)化經(jīng)濟(jì)管理等。電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要目標(biāo)就 是保證供電的電能質(zhì)量（頻率與電壓），保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，提高經(jīng)濟(jì)效益 與管理效能。電力系統(tǒng)自動(dòng)化就是電力系統(tǒng)一直以來(lái)力求的發(fā)展方向，它包括：發(fā)電控制的 自動(dòng)化，電力系統(tǒng)信息傳輸自動(dòng)化，電力調(diào)度的自動(dòng)化，電力系統(tǒng)反事

7、故自動(dòng)裝置 配電自動(dòng)化，電力工業(yè)管理系統(tǒng)自動(dòng)化。4、工業(yè)電氣控制：現(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，原有的電力傳動(dòng)控制概念已無(wú)法在全 面概括現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制。5.新能源及發(fā)電技術(shù)：隨著能源的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步科技與信息化水平的不斷提高以及全球資源 與環(huán)境問(wèn)題的日益突出，能源的開(kāi)發(fā)利用面臨著新的挑戰(zhàn)。當(dāng)今世界正在進(jìn)行一 場(chǎng)以新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用為顯著標(biāo)志的能源產(chǎn)業(yè)革命。與長(zhǎng)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,新能源就是指在科學(xué) 技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)利用的非常規(guī)能源，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、地?zé)崮?、生?質(zhì)能、氫能、核聚變能。從世界來(lái)瞧，一次

8、化石能源就是有限的，從長(zhǎng)久來(lái)瞧，新能 源將就是未來(lái)人類(lèi)的主要能源來(lái)源，新能源發(fā)電就是指把新能源轉(zhuǎn)換為電能的過(guò) 程。我國(guó)當(dāng)前在新能源發(fā)電及接入技術(shù)與技術(shù)管理層面存在的問(wèn)題主要為以下 幾個(gè)方面：由于電源結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的調(diào)峰能力問(wèn)題 ；電網(wǎng)資源配谿能力難以滿足風(fēng) 電基地遠(yuǎn)距離電力外送問(wèn)題；新能源發(fā)電及接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)認(rèn)證體系問(wèn)題；新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)及調(diào)度決策支撐系統(tǒng)問(wèn)題 ；及配電網(wǎng)建設(shè)適應(yīng)新能源發(fā)電分 布式接入問(wèn)題。二、電氣工程的發(fā)展趨勢(shì)：概述：1 .信息技術(shù)的決定性影響。2、與物理科學(xué)的相互交叉面拓寬。3、快速變 化。4、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)接口的標(biāo)準(zhǔn)化。 5、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。6、 充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)

9、總線技術(shù)的作用。1、電機(jī)的控制及驅(qū)動(dòng)：電力半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步始于二十世紀(jì)六十年代 ，其發(fā)展直接影響到了電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器行業(yè)的發(fā)展。沿著這條直接的紐帶 ，可以說(shuō)正在進(jìn)行中的新型開(kāi)關(guān)半導(dǎo) 體裝置（如神化錢(qián)、碳化硅、氮化錢(qián)等）的研究與實(shí)驗(yàn)將很快主宰電機(jī)驅(qū)動(dòng)器行業(yè)。 將實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)關(guān)頻率與更小的電能損失。冷卻系統(tǒng)的主要改變有希望徹底改變 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器行業(yè)。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)中應(yīng)用的理念、想法與設(shè)備很適用于從代用能源如太陽(yáng)能與風(fēng)能中獲取能量。因此，電力電子學(xué)在這些設(shè)備中起著重要作用并 不驚奇。電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)在解決未來(lái)的能源危機(jī)中將成為主力軍，同時(shí)也將對(duì)環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)卓。2、電力電子技術(shù)的應(yīng)用：傳統(tǒng)電力電子技術(shù)就是以

10、低頻技術(shù)處理的，現(xiàn)代電力電子的發(fā)展向著高頻技 術(shù)處理發(fā)展。其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代與變頻器時(shí)代，在不斷的發(fā)展中促進(jìn)了現(xiàn)代電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。電力電子技術(shù)在1947年晶體管誕生開(kāi)始形成，接著1956的晶閘管的出現(xiàn)標(biāo)志電力電子技術(shù)逐漸形成一門(mén)學(xué)科 開(kāi)始發(fā)展,以功率MOS-FETf IGBT為代表的、集高頻、高壓與大電流于一身的功 率半導(dǎo)體復(fù)合器件的出現(xiàn)，表明已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電子電力技術(shù)發(fā)展時(shí)代。20世紀(jì)以來(lái)，電力電子作為自動(dòng)化、節(jié)材、節(jié)能、機(jī)電一體化、智能化的基 礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、產(chǎn)品性能綠色化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化的現(xiàn)代化方向發(fā) 展。電子電力技術(shù)具有全控化、電路形式弱電化、集成化

11、、高頻化與數(shù)字化的特 點(diǎn)。更能帶來(lái)節(jié)能、節(jié)省材料與減少污染的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，能控制精度高、 避免模擬信號(hào)的畸變失真，減小雜散信號(hào)的干擾，改善了工作條件。故電力電子器件的高頻化就是今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)方向 ，而硬件 結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)模塊就是器件發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前先進(jìn)的模塊，已經(jīng)包括開(kāi)關(guān)元件與 與其反向并聯(lián)的續(xù)流二極管在內(nèi)及驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路多個(gè)單元 ，并都以標(biāo)準(zhǔn)化與生產(chǎn) 出系列產(chǎn)品，并且可以在一致性與可靠性上達(dá)到極高的水平。3、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化：電力系統(tǒng)自動(dòng)化就是電力系統(tǒng)一直以來(lái)力求的發(fā)展方向 ，它包括：發(fā)電控 制的自動(dòng)化，電力系統(tǒng)信息傳輸自動(dòng)化，電力調(diào)度的自動(dòng)化，電力系統(tǒng)反事故自動(dòng) 裝置，配

12、電自動(dòng)化，電力工業(yè)管理系統(tǒng)自動(dòng)化。1、當(dāng)今電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)正趨向于：(1)在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。(2)在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對(duì)多機(jī)系統(tǒng)模型來(lái)處理問(wèn)題。(3)在理論工具上越來(lái)越多地借助于現(xiàn)代控制理論。(4)在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件與遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用。(5)在研究人員的構(gòu)成上益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。2、整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展則趨向于：(1)由開(kāi)環(huán)監(jiān)測(cè)向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到 AGC白動(dòng)發(fā)電控 制)0(2)由高電壓等級(jí)向低電壓擴(kuò)展，例如從EMS能量管理系統(tǒng))到DMS配電管 理系統(tǒng))。(3)由單個(gè)元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，

13、例如SCAD頌測(cè)控制與數(shù)據(jù)采集) 的發(fā)展與區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展。(4)由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動(dòng)化的發(fā) 展。(5)裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護(hù)技術(shù)的演變。(6)追求的目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵(lì)磁控制、潮流控制。(7)由以提高運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)、效率為完成向管理、服務(wù)的自動(dòng)化擴(kuò)展，例如MIS(管理信息系統(tǒng))在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。近20年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已 成為一個(gè)計(jì)算機(jī)、控制、通信與電力裝備及電力電子的統(tǒng)一體，簡(jiǎn)稱(chēng)為“CCCP。 其內(nèi)涵不斷深入，外延不斷擴(kuò)展。電力系統(tǒng)自動(dòng)化處理的信息量越來(lái)越大，考慮

14、的因素越來(lái)越多，直接可觀可測(cè)的范圍越來(lái)越廣，能夠閉環(huán)控制的對(duì)象越來(lái)越 豐富。4、工業(yè)電氣控制：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別就是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，以及新型控 制策略的出現(xiàn)，使電氣控制系統(tǒng)從控制結(jié)構(gòu)到控制理念均發(fā)生了根本的變化。利 用工業(yè)電氣自動(dòng)化，我們能夠有效的節(jié)約資源，降低成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì) 效益。其未來(lái)將向現(xiàn)代分布就是式，開(kāi)放被信息化發(fā)展。5、新能源及發(fā)電技術(shù)：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(shì)。一就是需要建設(shè)完備的新能源發(fā)電的資源數(shù)據(jù)平臺(tái)與運(yùn)行數(shù)據(jù)平臺(tái)；二就是要進(jìn)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(shí)技術(shù)；三就是結(jié)合新能源發(fā)電并網(wǎng)

15、運(yùn)行調(diào)度對(duì)仿真分析提出的新要求，研究適用于不同時(shí)空尺度下的時(shí)序仿真技術(shù)；四就是新能源并網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工具軟件。一就是分布式 新能源的配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)；二就是分布式新能源接入配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù) 三就是在分布式儲(chǔ)能、用戶(hù)側(cè)的能源高效利用方面進(jìn)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(lái)的運(yùn)行方式差異，逐步實(shí)現(xiàn)分布式新能源的即插即用。 三、結(jié)論：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電氣工程自動(dòng)化取得了良好的發(fā)展成就， 這為我國(guó)工業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，各個(gè)企業(yè)要依 據(jù)生產(chǎn)實(shí)際不斷提高自動(dòng)化水平。綜合分析我國(guó)電氣工程自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)，可以瞧出在以后的發(fā)展過(guò)程中，這種技術(shù)將朝著自動(dòng)化、統(tǒng)一化以及規(guī)范化的方向發(fā) 展。電氣自動(dòng)化水平就是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的重要指標(biāo)。電氣的自動(dòng)化能夠有效 將大部分人力解放出來(lái)，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，保證工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的精確性。目前, 我國(guó)電氣自動(dòng)化取得了較高的發(fā)展成就，隨著我國(guó)