电气工程专题讲座报告

太原科技大学

专题讲座报告

学院:电子信息工程学院

班级：电气081501班

姓名：古昕

学号：200815010108

2011年01月15日

电力系统的基本知识

主讲师：于少娟一、电力工业的发展概况

电力发展和应用的程度，是衡量国民经济发展水平和社会现代化水平高低的重要标志之一。电力发展必须超前国民经济的增长。

我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67 年发展装机容量只达到185万kW，年发电量 43 亿kW·h，分别居世界第 21 位和第 25 位。

2003年全国总装机容量达到38450万kW，年发电量 19080 亿kW·h。从1996年起，我国发电机装机容量和年发电量均居世界第二位，2004年全国总装机容量达到44700万kW。

目前我国最大的水力发电厂，也是世界上最大的水力发电厂是三峡水力发电厂，装有26台单机容量为70万kW的水轮发电机组，总装机容量1820万kW，年均发电量 847亿kW·h 。三峡大坝采用混凝重力坝，坝高185m，坝长(轴线长)2309m，坝顶总长3035m，总投资约2039亿。

我国最大的火力发电厂是北仓港电厂，装机容量300万kW，单机容量60万kW。

我国最大的核能发电厂是岭澳核电厂，装机容量200万kW，单机容量100万kW。

二、发电厂的基本类型

发电厂是把各种一次能源转换成二次能源（即电能）的场所。按照发电厂所消耗一次能源的不同，发电厂分为以下几种。

1. 火力发电厂

⑴凝汽式火电厂：只生产电能，热效率低，仅为30 % ~ 40%。

⑵热电厂 :既生产电能又生产热能。热电厂的热效率高达60 % ~ 70%。

⑶燃气轮机发电厂：燃气轮机与汽轮机工作原理相似，所不同的是燃气轮机的工质是高温高压的气体而不是蒸汽。这些作为工质的气体可以是用清洁煤技术将煤炭转化成的清洁煤气，也可以是天然气等。

2．水力发电厂

定义：水电厂是将水的位能和动能转换成电能的场所，也称水电站。水电站的类型可以分为：堤坝式、引水式水电站。

(1) 堤坝式:一般河流水位的落差沿河流是分散的，为提高落差就需要在河流的上游修建拦河坝，将水积蓄、提高水头，进行发电。通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种

⑵引水式水电站: 建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。

3．抽水蓄能电站

抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站，具有水轮机-发电机和电动机-水泵

两种可逆的工作方式。

在目前的技术层面下，电能还不能储存的，只能以发电介质的能量储存，如水的位能。为了缓解用电高峰时段的用电量，弥补用电少的时段发电量的浪费。因此出现了抽水蓄能电站。示意图如下：

抽水蓄能电站示意图

工作流程如下：

(1) 夜晚或周末低负荷时，抽水蓄能电站的机组作为电动机运行，利用电力系统富余的电能将下库的水抽到上库，以位能的形式将电能储存起来。

(2) 在电力系统的峰荷期间，抽水蓄能电站的机组又作为发电机运行，将上库的水放下来通过水轮机发电，用以担任电力系统峰荷中的尖峰部分，即起到调峰作用。

4．核电厂

核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。

目前，中国有4座核电站11台机组运行

浙江秦山核电站广东大亚湾核电站

江苏田湾核电站岭澳核电站

中国在建中核电站

广东阳江核电站浙江南部的三门核电站

辽宁红沿河核电厂江西彭泽核电厂

核电站特点：

a.消耗燃烧少

b.燃烧时不需要空气助燃

c.容量越大越经济

d.有放射性污染

在21世纪新能源发电也在逐渐新起：

太阳能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。

二、变电所的基本类型

根据变电所在电力系统的地位与供电范围，可以将其分为以下几类。

1. 枢纽变电所

枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集着电力系统中多个大电源和多回大容量的联络线，连接着电力系统的多个大电厂和大区域。电压等级一般为330 ~ 500 kV。枢纽变电所在系统中的地位非常重要，若发生全所停电事故，将引起系统解列，甚至系统崩溃的灾难局面。

2. 中间变电所

中间变电所高压侧与枢纽变电所连接，以穿越功率为主，在系统中起交换功率的作用，或使高压长距离输电线路分段，它一般汇集2~3个电源，这样的变电所主要起中间环节作用。电压等级多为220~330 kV。当全所停电时，将引起区域电网解列，影响面也比较大。

3. 地区变电所

地区变电所主要任务是给地区的用户供电，它是一个地区或城市的主要变电所。电压等级一般为110~220 kV。若发生全所停电事故，只造成本地区或城市停电。

三、电工安全基本知识

1、人为什么会触电？

人体本身就是一个导体，有一定的电阻。

触电分为：单相触电、两相触电、跨步电压触电。

2、触电程度跟哪些因素有关：通过人体电流强度、持续时间、电压频率、

通过人体的途径、以及人体状况都有关系。

3、怎样预防触电?

要有必要的安全知识、安装保护设备、创造不导电环境：绝缘、屏护、间距。

4、发生了触电怎么办：迅速切断电源、触电程度轻重的判断、立即采取相

应的急救措施：口对口（或口对鼻）人工呼吸法、外心脏挤压法。

课程体系

主讲师：潘峰

电气工程及其自动化专业涉及的面很广既有自动化控制方面的，也有信息电力技术方面的，还有强电方面的。学了这专业的感触是感觉只要和电有关的都要学。

根据专业需要开设的课程有：

基础课程有高等数学、大学物理、英语。高等数学：微积分与数学模型、线性代数、复变函数、概率论与数理统计。

计算机基础课程：计算机文化、算法C语言、软件技术基础。

专业课程有：电力传动、电工电子、电气与电力、计算机基础、计算机控制。

电子技术包括：电路、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、EDA 教程。电力拖动：电机与拖动基础、自动控制理论、交流运动控制。计算机控制：微机原理与接口技术、单片机（嵌入式系统MCU、DSP、ARM）、DCS系统。电气与电力：电气控制与PLC、电力工程。

学科涉及面广，对于不同需要还开设了不同的专业方向。涉及有发电输电变电等等，从电的产生到电的使用都有涉及研究的。所以学习这么课程可以说是一门很热门的专业，也不会过时，只要有电都能用上。这么学科也多多少少涉及了21世纪最热门的新能源问题。所以，这么课程是一门比较难学的学科，复杂而且内容也多。它是一门综合性较强、运用能力较强的专业。选择这学科学习既是机遇又是挑战。

基础知识在流量计研究中的应用

主讲师：曹金亮

流量的定义：在一段时间内流体流过一定截面的量称为通过该截面的流量。

流量测量的复杂性：流量是一个动态量，通常测量流量的对象是气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体；而测量流量需要考虑的条件又是多种多样的，如单相流、多相流，腐蚀性、测量时的温度、压力范围，流量大小，被测流体的流动状态如层流、紊流等等。对液体而言还存在着粘度大小、导电与否等的不同情况。

流量计量可以应用在各种不同的场合、不同的条件下。根据被测流体的不同而选用不同的流量计，例如流体介质有液、气之分,其粘度、密度、清洁程度、压力、温度均有较大差异。而我们所选用的流量计除要适应所使用的条件之外,还要考虑很多其它因素,如价格、准确度等级、流量范围、抗干扰性、压力损失、耐腐蚀、防爆等级等等。

流量测量的基本原理：

速度式流量计：通过测量流速实现流量测量，如涡轮、涡街、电磁、超声等。

容积式流量计：利用机械装置将流体分成单位体积进行累计测量，如齿轮流量计、刮板流量计、活塞流量计等。

差压式流量计，利用伯努利方程原理测量流量，利用流体流经测量装置产生的压力差进行测量，如节流式流量计、弯管流量计等。

目前流量计主要存在的问题如下：

流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能完全满足要求。特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等的测量问题，有待发展有效的测量手段；

流量标准装置不能满足流量计检定要求，尤其是缺乏现场进行实时检定流量计的技术手段；

因此,为了适应不同的介质条件、环境条件和使用要求,各种流量计量的仪表应运而生。据不完全统计,流量计的种类达几十种之多。只要有一个新的技术发展起来,就会有人尝试着将它应用到流量计量当中去,比如电磁、超声、激光技术等等。

针对上述问题，随着科学技术的发展，人们利用最新的技术成果研制新型流

量计，将超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术引入流量计量领域，使得无接触无活动部件间接测量技术大大发展，流量传感器趋向电子化、数字化、多功能化，为流量计量开拓新的领域。

随着技术的发展，新技术在测量计中的运用越来越多，如超声波流量计、质量流量计、电磁流量计等等。

新的测量方法由于电子技术及计算机技术的发展而得到应用，促进了流量测量技术的发展。

能源的未来—光伏发电

主讲师：刘立群一、能源现状：

截止到2009年，我国电力装机容量约为8.74亿千瓦，年能源消费总量30.66亿吨标准煤，其中，煤炭 70.3%，石油 18.0%，天然气 3.9%，水电.核电.风电7.8%，CO2排放量自2009年排在世界第一位，达到60亿吨，SO2 自2000年以来排在世界第一位，超过2000万吨/年。

不合理的能源结构，造成了环境的巨大污染，每年因污染造成的损失已占到GDP的10%，全国超过1/3的国土受到酸雨的破坏，全国拥有世界上最多的污染城市，包括太原、临汾。

由于每年大量的气体排放，引发了一系列的环境问题，最主要的是全球变暖和水污染。全球变暖的后果：冰川融化（南极、北极、高山冰川、冻土层融化），全球气候异常，海平面上升，生物多样性消失。

二、低碳

低碳包括：低碳生活，低碳经济，可再生能源开发-风、太阳、生物质、海洋能等，绿色城市-低碳交通、低碳建筑、自行车的复兴、城市绿化，绿色乡村-退耕还林、沼气、新能源开发。

发展低碳经济的重要意义：

第一，直接就是应对气候变化；

第二，保障国家能源安全，我国对煤炭依赖很重，煤炭是高碳能源，我国70%的能源依靠煤炭，所以发展低碳经济对我国能源安全是非常重要的；

第三，发展低碳经济直接相关我国污染问题，我国很大一部分的二氧化硫、氮氧化物都来自于燃煤，所以发展低碳经济对控制温室气体，对控制污染物有很重要的意义。

三、解决途径

为了解决当今发展与环境的问题，一门新的研究方向应运而生——新能源研究或是可再生能源。

可再生能源包括：风能、太阳能、地热能、水能、海洋能（风能、太阳能、潮汐能、海流能、盐差能、波浪能等）、生物质能等。

可再生能源的特点：

优点：可再生、无污染；分布广泛、储量巨大。

缺点：能量密度低；目前价格比较昂贵。

四、太阳能

目前国内外研究的热点是风力发电和太阳能发电。

1、太阳能发电优缺点：

优点：1）太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。

2）太阳能随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了输电线路等损失。

3）太阳能不用燃料，运行成本很低。

4）太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用。。

5）太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

缺点：

1）地面应用时有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少发电。

2）能量密度较低，标准条件下，地面上接收到的太阳辐射强度为1000W/m2。大规模使用时，需要占有较大面积。

3）目前价格仍较贵，为常规发电的2~5倍。初始投资高。

2、太阳能发电的分类

太阳能太阳能电池（光伏）发电

太阳能热发电：槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电、碟式太阳能热发电太阳能烟囱发电

3、光伏发电

原理：太阳辐射的光子带有能量，当光子照射半导体材料时，光能便转换为电能，这个现象叫“光生伏打效应”。太阳电池就是利用光生伏打效应制成的一种光电器件。所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半导体光伏效应的效率最高。

光伏发电电池种类：主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。

光伏发电关键技术：

a.相同太阳辐射强度下的光伏发电系统最大功率跟踪(Maximum power point

tracking (MPPT))；

b.光伏被部分遮蔽情况下的MPPT；

c.具有最大功率跟踪和蓄电池充放电功能的控制器设计；

d.并网逆变器设计（具有电压、频率检测功能，输出效率高于90%）；

孤岛检测；

e.分布式互补系统能量管理及优化匹配分析；

f.并行控制逆变器控制；

g.聚光光伏发电系统及太阳跟踪系统等。

储能装置：蓄电池；超级电容；超导储能；飞轮储能；其它储能方式等。

4、太阳能热发电

也叫聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，简称CSP），通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。

（1）槽式太阳能热发电

（2）塔式太阳能热发电

（3）碟式太阳能热发电

5、太阳能烟囱发电

另一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。

透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。

这种发电装置简单可靠，在西班牙已建有一座容量为50 kW的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。

6、太阳能发电前景

在空间技术发展的前提下，为了减少太阳能到达地面的损耗，科学家设想把太阳能发电站建到太空中，这样可以提高太阳能转换为电能的转换率。并通过微波无线输送电的方式传到接收端来输送给用电端子。