电气前沿技术读书报告_电气工程前沿技术报告

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同济大学电子与信息工程学院

读书报告

课程名称：电气工程发展前沿

专业：电气工程 学号： 姓名：

前言

非常有幸在研究生一年级第一学期学习了电气工程发展前沿这门课。电气工程发展前沿这门课程介绍了电气工程各个领域的前沿研究方向，使我了解到电气工程相关领域的技术发展现状和前沿技术，使我对电气工程的理解达到了一个新的层次，为毕业后从事电气工程及相关领域的设计制造、运行维护和科学研究工作打下了认识基础。

前沿技术是指高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的重大技术，是未来高技术更新换代和新兴产业发展的重要基础，是国家高技术创新能力的综合体现。

选择前沿技术的主要原则：

一是代表世界高技术前沿的发展方向。

二是对国家未来新兴产业的形成和发展具有引领作用。三是有利于产业技术的更新换代，实现跨越发展。四是具备较好的人才队伍和研究开发基础。

部分内容如下：

牟龙华老师：分布式发电与微网关键技术、面向智能电网的区域集成保护 张逸成老师：大功率DC/DC变换器的关键技术及问题 林济铿老师：智能电网

金立军老师：电气绝缘与故障检测 李锐华老师: 新能源转换及应用新技术 朱琴跃老师: 高速列车

康劲松老师：电动汽车电驱动系统现状与发展 向大为老师：变流器在线监测与故障诊断技术 等。

在此，感谢所有讲课的15位老师的辛勤付出。

本次结课论文的要求是选取各位老师所讲的一个方面来谈谈体会，所以我决定谈谈我对我国电力系统以及分布式发电与微网的思考。

对电力系统的思考

一、关于电力系统发展现状 改革开放以来，我国电力行业发展迅猛，电源结构不断调整，火电优化水平提高，水电、核电开发力度加大，电网建设不断加强，电力环保成绩显著，电力装备技术不断提高，多项技术已经达到国际先进水平。进入21世纪，电力需求更加旺盛，发展潜力巨大，电力建设任务仍十分艰巨，电力系统的主要发展趋势是开发新能源，开发节能环保的新产品，降低设备的功耗，加快研究更高一级的电压输电技术，推广柔性输电技术，加快电网建设，优化资源配置，继续推进城乡电网建设与改造，形成可靠的配电网络。鉴于此，我对我国电力系统的发展认识概括为扩容、节能、环保。

二、关于电力系统容量的扩大 首先，我觉得我国电力系统容量扩大的需求从侧面反映了我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，这是让人值得兴奋的事。电力系统容量的不断增大不仅是因为我国生产力不断发展导致的能源需求增大，也反映了我国能源需求与实际分布的不对称。鉴于此，我觉得我国电力系统的发展应该着力于在一定程度上抑制电力系统向过“巨”发展，因为过于庞大的电力系统要相当高技术的维护和保障措施才能保证其较低的故障率，若其一旦故障会造成大面积停电，影响很大。需求增大而系统不能过大，则要求尽量结合当地的能源结构实现电力的自给自足。其次，建立小范围区域内的电力能源调动平衡。再次，建立全国性的主干能源线路以备大范围停电。

三、关于电力系统的节能 随着人类文明的不断进步，能源的消耗水平日益升高。尤其考虑到化石能源的不可再生性，在能源领域的节能倡导呼声越来越高。考虑到我国电力能源中，煤电的比例占到7成多，我国的电力系统节能更是负担重大，这关系到我国能源的安全和国民生活的稳定。电力系统的节能主要体现在电厂的厂用电率和输电时的线损率。这两项的优化主要体现在生产和输入电力的设备生产工艺以及结构原理设计。

四、关于电力系统的环保 在环境日益恶化的今天，环保一词无处不在。能源领域作为人类生产生活的基础领域，注重环保尤其重要。虽然电力作为能源家族中较为环保的存在，其在生产阶段对环保的要求同样不可丢弃。由于电力需求日益增大，导致电力生产对环境的影响逐步增大，甚至达到决定性水平。鉴于此，我国的电力生产要注重增大更加清洁的风电、水电、核电以及太阳能发电等的比重并加大新的清洁能源的开发。

五、结论

随着我国对电量需求的不断增大，我觉得我国电力系统将向着大网设计微网运行、更新设备完善设计以及提高技术环保节能的大方向发展。在我国一代代电力人的不懈努力下，我国电力系统的前景将无限光明。

对分布式发电与微网的思考

分布式发电系统是利用多种分散的能源进行发电的系统，如风能等可再生能源发电系统以及CCHP，分布式发电系统具有可利用丰富的清洁和可再生能源的优点，但一些可再生能源具有间歇性和随机性。分布式电源接入常规电网并网运行，易满足负荷需求，有助于可再生能源高效和规模化利用。目前分布式电网面临着不可调度，功率波动等问题。分布式发电技术是充分开发和利用可再生能源的理想发生，它具有投资小、清洁环保、供电可靠和发电方式灵活等优点，可以对未来大电网提供有力补充和有效支撑，是未来电力系统的重要发展趋势之一。

智能配电网就是以配电网高级自动化技术为基础，通过应用和融合先进的测量和传感技术、控制技术、计算机和网络技术、信息与通信等技术，利用智能化的开关设备、配电终端设备，在坚强电网架构和双向通信网络的物理支持以及各种集成高级应用功能的可视化软件支持下，允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行，鼓励各类不同电力用户积极参与电网互动，以实现配电网在正常运行状态下完善的监测、保护、控制、优化和非正常运行状态下的自愈控制，最终为电力用户提供安全、可靠、优质、经济、环保的电力供应和其它附加服务。传统的电力系统是一个刚性系统，柔性及可组性较差。智能电网可实现对电网的全景信息的获取和控制；与传统电网相比，智能电网将进一步优化各级电网控制。目前用户停电95％以上是由配电网的原因引起的，智能配电系统所具有的自愈功能将使事故发生时用户遭受的停电风险降至最低。

智能配电系统的双向性（双路通信、双向表计）将促进电网公司和客户之间的互动沟通，有利于促进电力需求侧管理，使客户享受更多的电价优惠，从而进一步提升电力服务水平。有利于提供更加优质的电能（定制电力）、用户分布式新能源大量接入以及各种新型电气设备的应用。

智能配电网可实现配电网优化运行，提供更加可靠的电能，推动新能源革命，促进环保和可持续发展。

现代“微网”的概念于2001年美国Laeter教授提出。是由负荷和微电源（分布式电源）及储能装置共同组成的有机系统。微电源主要通过电力电子技术实现能量转换和控制。

微网的形式和种类多种多样，能够整合多种形式的分布式电源，将微电源、电网和用电设备有机地整合，实现多种能量形式集中管控。微网对配电网来说是“柔性负荷”或“可控负荷” 众多的微网接入后对配电网及电网的影响不可忽视。微网可实现优化负荷特性，对智能用电的控制，同时微网是智能配电网的有力支撑，通过优化组合电源的运行方式减轻配电网的负担，利用网内通信条件引导用户参与优化过程。

微网的运行方式可分为孤岛运行与并网运行两种运行模式，运行方式转变是平滑、可控的，通过PCC点的开关进行。可以互为备用。微网的主要控制设备有分布式发电控制器、可控负荷控制器、中央能量管理系统、继电保护装置。控制策略主要有并网PQ控制、孤岛U/f下垂控制、可控负荷控制策略、虚拟同步发电机技术。

智能配电信息系统在智能电网中起到重要作用，是配电系统各部件实现相互联系的重要保障，是实现兼容、自愈、互动和优化的技术基础。

内容涵盖信息整合、设备管理、用户需求管理、业务流程管理、运行调度管理及信息安全等。

智能配电网的发展目标是实现电网自愈，以下问题需要集中研究、迫切解决： ①分布式与可再生能源的无缝接入与微网运行； ②提高供电可靠性和电能质量；

③降低扰动对电网的影响和停电对用户的影响；

④增强用户的互动作用，鼓励用户参与电网调峰，进行需求侧管理； ⑤降低运行和维护费用；

⑥为用户提供更多的用电选择和附加服务。

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。

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。

分布式发电接入配电网时，除基本要求外，还需要满足一些其他要求，主要包括对配电网事故情况下的响应要求、电能质量方面的要求、形成孤岛运行方式时的要求、控制和保护方面的要求以及投运试验的要求等。

1.分布式发电接入配电网的基本要求

（1）与配电网并网时，可按系统能接受的恒定功率因素或恒定无功功率输出的方式运行。分布式发电本身允许采用自动电压调节器，但在运行电压调节时应遵循已有的相关标准和规程，不应造成在公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）处的电压和频率频繁越限，更不应对所联配电网的正常运行造成危害。一般而言，不应由分布式发电承担PCC处的电压调节，该点的电压调节应由电网企业来负担，除非与电网企业达成专门的协议。

（2）采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波动。（3）分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的接地方式相协调。

（4）容量达到一定大小（如几百千伏安至1MVA）的分布式发电，应将其连接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电网的控制调度中心。

（5）分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列，并在条件允许时以孤岛方式运行。

（6）与配电网间的隔离装置应该是安全是，以免在设备检修时造成人员伤亡。

随着分布式发电技术水平的提高、各种分布式电源设备性能不断改进和效率不断提高，分布式发电的成本也在不断降低，应用范围也将不断扩大，可以覆盖到包括办公楼、宾馆、商店、饭店、住宅、学校、医院、福利院、疗养院、大学、体育馆等多种场所。目前，这种电源在我国仅占较小比例，但可以预计未来的若干年内，分布式电源不仅可以作为集中式发电的一种重要补充，而且将在能源综合利用上占有十分重要的地位。

相对电力系统而言，微电网类似于一个独立的控制单元，其中每一个微电源都具有尖端的即拔即插功能。对每一个微电源，最关键的是它本身的接口、控制、保护以及对微电网的电压控制，潮流控制和维持其运行稳定性。一个重要的功能是微电网的联网运行和孤岛运行方式见的平稳转移。在微网中，为了防止微电网与配电网解列时对微电网内负荷的冲击，微电网的配电结构需重新设计，将不重要的负荷接在同一条馈线上，重要或敏感的负荷接在另外馈线上。接敏感负荷的馈线上装有分布式电源、储能元件及相应的控制、调节和保护设备。如此，在微电网与主网解列时，通过隔离装置可甩去一些不重要负荷，但仍能保证一些重要负荷的正常、连续运行。

展望

如果在二十世纪中期以前，电工学的发展主要基于电磁场与固体的相互作用，电机学主要在发展旋转电机，则从新原理与新理论的角度看，二十世纪后半期电工新技术的重大进展则基于电磁场与流体的相互作用的研究和直线电机研究的深入。这时物理与天文研究中发展起来的等离子体物理学与电磁流体力学开始向工程应用方面蓬勃前进，与人类能源、电力、交通及其他工业发展的需要相结合，开创并推进着受控核聚变，半导体的发展为电工领域提供了多种电力器件与光电器件。电力电子器件为直流输电，电气铁路，各种节能电源和自动控制的发展做出了重大贡献。光电池效率的提高及成本的降低为光电技术的应用与发展提供了良好基础，使太阳能发电已在边远、缺电地区得到了实际应用，并有可能在未来电力提供中占有一定的份额。

受国际金融危机的影响，我国电力需求暂时放缓，这在客观上为调整和优化电力和能源结构提供了有利条件和机遇。智能电网为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图。通过对电力生产、输送、零售各个环节的优化管理，可以节省电费、实现智能管理、具有更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家电设备智能化。以智能电网的建设促进优化企业管理、全面节能减碳。

电力电子技术正在不断发展，新材料、新结构器件的陆续诞生，计算机技术的进步为现代控制技术的实际应用提供了有力的支持，在各行各业中的应用越来越广泛。电力电子技术在电力系统中的应用研究与实际工程也取得了可喜成绩。基于环境保护、节能减排和可持续性发展的要求，越来越多的新能源发电系统渗透在电力系统中。而投运的直流输电工程不断增加，产生了巨大效益；柔性交流输电技术尚未大范围使用，但效果显著，前景美好。配电网中用户电力技术作为一种新型的电力技术和先进的电力经营理念，将成为未来智能电网中不可缺少的重要组成部分，也必将极大的推进我国电力事业发展。

体会

通过对电气工程发展前沿课程的学习，我们对电气工程专业有了更进一步的了解，也了解到了目前电气工程发展的状况，和我国电力的现状，目前我国的电力发展还很低，相比较发达国家而言，还有很大的路要走，随着各行业对电力依赖越来越高，电力工业成为国民生产的基础命脉。怎样节约能源，和发展新的能源，方便的运用能源，是我们需要去研究的，电网的自动调节，新型能源的开放，都是新的发展方向。

最后，再次感谢电气工程系讲授这门课程的各位老师！