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电气工程及其自动化专业介绍上官璇峰电能在生产、传送、使用中比其他能源更易于调控，因此，它是最理想的二次能源。发电在电力工业中处于中心地位，决定着电力工业的规模，也影响到电力系统中输电、变电、配电等各个环节的发展。目前，主要发电形式是火力发电、水力发电和核能发电。火力发电受煤、石油、天然气资源以及环境污染的影响，就全世界范围而言，所占比重在降低；水力发电因工业发达国家的水资源开发已近90％，故所占比重维持在20％左右；核能发电的比重则呈上升趋势。核电将越来越受重视。电气工程及其自动化专业，主要学习和研究电气系统的应用和发配电设备与机械装置的控制及通信。一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势电气系统：包括电源开始到所有的用电设备的一次回路，以及对一次回路进行相应的控制、测量、保护和安全自动装置等的二次回路。提供交、直流操作和重要用电设备电源的直流、交流不停电电源，和保安电源系统，保证设备安全的过电压、接地和火灾消防报警系统，照明、电缆、通信等公用设施。电能的生产电网的规划、建设和维护电网的安全、经济、稳定、可靠运行高性能电气设备（电机、电器、电力电子、控制软硬件）的制造、运行、控制电气信息类专业设置及其沿革1993年1998年（基本）1998年（引导）电机电器及其控制电力系统及其自动化高电压与绝缘技术电气技术工业自动化（以上为电工类）自动控制（以上为电子与信息类）电气工程及其自动化自动化通信工程电子信息工程电子科学与技术计算机科学与技术生物医学工程电气工程及其自动化强电信息工程弱电电气工程及其自动化电机电器及其控制技术高电压与绝缘技术电力系统及其自动化电工新技术电力电子与电力传动•电气工程专业是从研究电磁现象开始的。•电磁理论是电气工程的理论基础。•电磁理论是从物理学中的电学和磁学逐步发展而形成的。•电机工程、电气工程•电气工程专业是主要研究电能的产生、传输、转换、控制、存储和利用的专业。•近几十年来，有关电能的转换、控制、利用在该专业中所占的地位日益重要，这集中体现在专业名称中的“及其自动化”。一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势信息科学能源科学电气工程电工理论电气装备（制造和应用）电力系统（运行）对电气工程学科的描述：•大三角形：电气工程和相关学科的关系•小三角形：电气工程内部各学科的关系•从应用领域看，电气工程和能源科学密切相关。能源是人类永恒的话题。从今天和明天看，电力是传输方便、应用灵活高效的能源型式。电力是人类社会最重要的能源。可以预计人类对电力的依赖将进一步增强。寻找新的发电方式是全世界关注的课题。•从学科基础看，电气工程和（电子）信息学科基础相同。电子信息学科是从电气工程脱胎而出的。通信工程、电子工程、自动化、计算机工程等都是从电类专业派生出来的弱电学科。电力系统已经发展为地球上最庞大的人造系统，无论电能的生产、传输和利用，都日益依赖于控制技术、通信技术和管理信息系统的应用，可以说本学科是具有清晰行业背景的强电－弱电紧密结合的交叉学科。电气工程信息科学能源科学一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势•电工理论：电工理论与新技术、电路理论（含电网络理论）、电磁理论•电气装备：电机与电器、高电压与绝缘技术、电力电子技术•电力系统：电力系统及其自动化（运行）、电力传动•三者相互联系、相互渗透，不能截然分开一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势电力系统（运行）电气装备（制造和应用）电工理论国外（发达国家）保留了“电气工程系”的名称，“电气工程系”中主要是电子、通信等内容，传统“电气工程”的内容已很少。许多著名大学已找不到真正研究“电气工程”的学者。其背景是：认为电气工程已经成熟，从而转向研究电子和通信。发达国家的发电机装机容量、输电走廊已趋饱和，所需人才不多。所需电气工程优秀人才多来自海外。一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势•2003年北美8.14大停电堪称电力领域的“9.11”事件，停电29小时，损失61800MW负荷，直接经济损失300亿美元。•美国电网结构远比中国电网强，为什么会频繁出现这种灾难性的大停电事故？•暴露了发达国家电力系统不安全，优秀电力工程人员匮乏的情况。一、电气工程专业的科学内涵及发展趋势停电前停电后美国海岸卫星云图停电后纽约的夜景二、中国电力现状及发展趋势•电气工程高等教育的发展有赖于与之相关的产业的发展。•与电气工程专业相关的产业主要有电力工业、电气装备制造业，还有几乎所有使用电力的行业（如家电制造业）。•发电机装机容量的发展最能反映一个国家电力工业及其电气装备制造业的发展趋势。•在发电机装机容量迅速扩大的年代，对电力装备制造业人才的需求也很大，从事电力传输、转换、控制、利用的人才需求量必然很大。•中国经济高速增长确保存量电力需求有保障，而持续旺盛的制造业投资则奠定了强劲的潜在需求，双方动因使得中国以工业用电为主的电力需求的高速增长态势仍将持续，电力弹性系数持续1.25-1.35左右。•“十五”期间，全国发电装机容量和发电量年均增长率达到10.1%和12.8%，电力弹性系数1.36。2005年全国发电装机容量达5.15亿千瓦。•在“十一五”期间，随着经济高速发展、电力需求进一步上升。但是，由于当前中国电力产业由早先“硬短缺--电源短缺，发电能力不足”特征向“软短缺--电网不足，电能输送受限”转变，这段时期国家对于电力产业投资将主要集中在电网建设方面，电源扩张的紧迫性大大缓解。•截至2010年年底，中国发电总装机容量将为8.18亿千瓦，到2020年，我国电力总装机容量将达11.68亿千瓦，电力需求仍将保持较高增长。中国发电总装机容量将超过美国跃居世界第一位。二、中国电力现状及发展趋势•目前基本上进入大电网、大机组、大电厂、高电压输电、高度自动控制的新时代；•全国总装机7.9亿kW（2008年)，发电量为34268亿kW·h（2008年）均居世界第二位；•全国人均装机为0.6kW，人均发电为2580kW·h，相当于世界人均用电量的1/2，相当于发达国家人均用电量的1/6；•2009年至2010年，全国电力供需总体平衡，部分区域略有富余。但受气候、来水、电煤供应和电网“卡脖子”等不确定性因素影响，可能会出现局部短时电力供应紧张问题.二、中国电力现状及发展趋势•电力需求展望：•现阶段中国人均占有装机容量0.6kW,发电量2580kW·h•现阶段相当于发达国家20世纪60年代水平。2000年美国人均占有装机容量3.4kW，俄罗斯为1.1kW，日本为2.2kW•要求在21世纪前20年，年均新装机容量应高于30000MW二、中国电力现状及发展趋势•电源发展建设展望：加速开发西部水电基地；加速核电发展；加速发展再生能源；煤电仍是21世纪初期我国的主要能源形式。•电力系统发展展望：以三峡电力系统为中心，推进全国电力系统的形成；2020年将形成除新疆、西藏、台湾之外的全国统一的大区互联电力系统；与邻国发展跨国互联电力系统已成为发展的基本趋势，是经济全球化的一种形式。二、中国电力现状及发展趋势我国“西电东输”的三大通道•北线通道：联结西北、华北、山东等电网，将三西（山西、陕西、内蒙西部、青海）的煤电基地和黄河上游水电送往京津唐负荷中心。•中线通道：以三峡为中心，实现川渝、华中、福建电网联接，沿长江而下，把长江流域水电送往华中，华东以及广东。•南线通道：联结云、贵、桂及广东、港澳。把云、贵、桂的水电（贵川火电为补充）向广东及港澳负荷中心送电。二、中国电力现状及发展趋势电力系统及其自动化技术（特）超高电压直流输电和交流输电•减小损耗的最合理的途径就是提高电压，输电技术全部发展史的特征便是不断提高线路电压；直流输电也是降低损耗的方法•预计到2020年，我国将建设500kVHVDC输电线路15条左右，一条500kV直流输电线路，输电容量可达300～350万kW，输电距离可达1000km以上。一条500kV交流输电线路，输电容量100～120万kW，输电距离500～600km•云南至广东±800千伏直流输电工程日前已进入调试启动阶段。该工程西起云南楚雄换流站，东至广东省广州增城市穗东换流站，直流线路途经云南、广西至广东，是世界上第一个特高压直流输电工程，也是我国特高压直流输电示范工程。•国家电网公司正在积极论证1000kV特高压交流输电工程。二、中国电力现状及发展趋势二、中国电力现状及发展趋势•2020年，我国发电机装机容量将稳居世界第一。•未来20年，中国将是全球电力工业和电工制造业的最大市场。•我国电气工程领域集中了一批最优秀的人才。•我国将成为世界电气工程高等教育的中心。•我国将成为世界电气工程科学研究和技术开发的中心。二、中国电力现状及发展趋势•未来20年，我国电力工业和电气装备制造业将持续高速度发展，受此拉动，我国电气工程高等学校也将持续高速度发展。•正像我国正在成为世界制造业的中心，成为世界工厂一样，我国也必将成为世界电气工程高等教育、科学研究和技术开发的中心。•电气工程是一个传统专业，又是一个充满活力的专业，它将成为我国率先达到国际领先水平的专业。三、电力系统简介1.电力系统构成电力系统是由发电厂、输配电系统(电力网络)及负荷组成的统一整体，通常覆盖广阔的地域。发电厂输电线路配电线路变压器变压器用户220kV10kV380V12kV电力系统及其自动化技术三、电力系统简介(续)2.主要生产环节电力工业主要生产环节变电电压等级的变换配电电能的分配供给电力工业还包括以下环节：规划、勘测设计、施工建设、运行调度、维护改造、安全监察、科研开发、设备制造、教育培训、法规标准、电力营销（电力市场）等等。三、电力系统简介(续)3.电力网络电力网络由不同电压等级的电力线路、变压器和相应的配电装置构成。电力网络的功能是输送和分配电能并进行电压变换。电力网可分为输电网和配电网，大型电力网的结构通常以电压等级进行分层；输电网将发电厂的电能通过高压输电线送到负荷中心，其额定电压通常为220～750kV，它是电力系统的主干网；配电网将电能通过配电线路送到电能用户，可以分为高压、中压、和低压配电网；高压配电网的电压一般为35KV～110kV或更高(220KV)；中压配电网的电压一般为10KV～20kV；低压配电网的电压一般为380/220V。三、电力系统简介（续）4.电力系统的功能与作用电力系统是由发电、变电、输电、配电、用电等设备和相应的辅助系统，按规定的技术和经济要求组成的同一系统。一个现代电力系统是由极宽阔的地域内的大量电力设备互联在一起的。发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力主设备，也称为一次设备，由主设备构成的系统称为主系统，也称为一次系统；测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信，以及各种自动化系统等用于保证主系统安全、稳定、正常运行的设备称为二次设备，二次设备构成的系统称为辅助系统，也称为二次系统。三、电力系统简介—电力系统的功能与作用电力系统的基本任务是安全、可靠、优质、经济地生产、输送与分配电能，满足国民经济和人民生活需要。为了发挥电力系统的功能和作用，应满足以下基本要求：满足用户需求；安全可靠性要求；经济性要求；环保和生态要求。5.现代电力系统的特点电力系统技术上的发展是以“大机组、大电网、高电压、高度自动化”为特征来描述；数字化、网络化、信息化、智能化技术日益提高电力系统的自动化水平；洁净煤技术、水电开发、核电的发展越来越得到重视,新能源的开发利用，特别是可再生能源的开发利用也是现代电力技术的发展趋势；建立健全的电力市场机制是提高效率、降低成本，促进电力资产的合理利用与发展的有效保证。三、电力系统简介结论：电能高效洁净的生产、传输、储存、分配和使用的技术将成为未来电力技术的主导发展方向6)定质电力技术5)分布式发电技术三、电力系统简介一、发电（powergeneration）发电是指利用发电动力装置将水能、石化燃料（煤、油、天然气）的热能、核能以及太阳能、风能、地热能、海洋能等转换为电能的生产过程称为发电。用以供应国民经济各部门与人民生活之需。发电动