發(fā)電技術(shù)研究論文大全11篇

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篇（1）

現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件,綜合自動控制、計算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用,是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。

當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ),正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實用,實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。

1.電力電子技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時代。

1.1整流器時代

大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。

1.2逆變器時代

七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態(tài)補(bǔ)償?shù)取＿@時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。

1.3變頻器時代

進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1計算機(jī)高效率綠色電源

高速發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會,同時也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日"能源之星"計劃規(guī)定,桌上型個人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高頻開關(guān)電源

通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。

因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。

2.3直流-直流(DC/DC)變換器

DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。

2.4不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是計算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。

2.5變頻器電源

變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動交流異步電動機(jī)實現(xiàn)無級調(diào)速。

國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。預(yù)計到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。

2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源

高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。

逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。

由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。

國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。

2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源

大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。

自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。

國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

2.8電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點,論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點。已被大型計算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機(jī)驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

3.1高頻化

理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)"整流行業(yè)"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為"開關(guān)變換類電源",其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。

3.2模塊化

模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實質(zhì)上都屬于"標(biāo)準(zhǔn)"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計,達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時間。3.3數(shù)字化

在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機(jī)處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識,但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機(jī)控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

3.4綠色化

電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,這意味著發(fā)電容量的節(jié)約,而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因,所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節(jié)電設(shè)備,往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流,使總功率因數(shù)下降,使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀(jì)末,各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生,有了多種修正功率因數(shù)的方法。

總而言之,電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展,新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代,還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn),將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟,實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年,隨著通信行業(yè)的發(fā)展,以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源,僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動,并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

篇（2）

機(jī)電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科的技術(shù)，它是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)等有機(jī)融合、相互滲透的結(jié)果。今天機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機(jī)電一體化產(chǎn)品更新日新月異。

一、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程

“機(jī)電一體化”這個詞是日本安川電機(jī)公司在上世紀(jì)60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當(dāng)時及70年代，人們一直把機(jī)電一體化看作是機(jī)械與電子的結(jié)合。國內(nèi)早期將“機(jī)電一體化技術(shù)”與“機(jī)械電子學(xué)”并用，近年來“機(jī)電一體化”更流行使用。

80年代，信息技術(shù)嶄露頭角。微處理機(jī)的性能提高，為更高級的機(jī)電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機(jī)作為關(guān)鍵技術(shù)引入了飛行器系統(tǒng)后，使機(jī)械—電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應(yīng)用。

信息技術(shù)驅(qū)使機(jī)械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機(jī)和其他消費(fèi)品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計和控制的實施日顯重要。此外，光學(xué)也進(jìn)入了機(jī)電一體化，產(chǎn)生了“光機(jī)電一體化”的新領(lǐng)域。

進(jìn)入90年代，通信技術(shù)進(jìn)入了機(jī)電一體化，機(jī)器可像機(jī)器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機(jī)控制的網(wǎng)絡(luò)化機(jī)電一體化日益普及。有些機(jī)電一體化機(jī)械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術(shù)的發(fā)展，和半導(dǎo)體技術(shù)以光刻為基礎(chǔ)的方法以及和傳統(tǒng)機(jī)電一體化微型化方法的結(jié)合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機(jī)電一體化新分支“微機(jī)電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機(jī)電一體化隨著自動化技術(shù)的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進(jìn)入了21世紀(jì)。

二、典型機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

（一）數(shù)控機(jī)床

目前我國是全世界機(jī)床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機(jī)床只占約5％且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達(dá)國家數(shù)控機(jī)床占10％）。近些年來數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展，在以下幾個技術(shù)領(lǐng)域都有巨大進(jìn)步。

1．高速化。由于高速加工技術(shù)普及，機(jī)床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時要求提高運(yùn)動部件起動的加速度，由過去一般機(jī)床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達(dá)15G；直線電機(jī)在機(jī)床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機(jī)。

2．高精度化。數(shù)控機(jī)床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右；納米級機(jī)床達(dá)到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床已問世。

數(shù)控中兩軸以上插補(bǔ)技術(shù)大大提高，納米級插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達(dá)到1u的圓度，插補(bǔ)前多程序預(yù)讀，大大提高了插補(bǔ)質(zhì)量，并可進(jìn)行自動拐角處理等。

3．復(fù)合加工，新結(jié)構(gòu)機(jī)床大量出現(xiàn)。如5軸5面體復(fù)合加工機(jī)床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機(jī)床結(jié)構(gòu)，包括6軸虛擬軸機(jī)床，串并聯(lián)絞鏈機(jī)床等，采用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)控的特殊運(yùn)算方式，特殊編程要求。

4．使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機(jī)床“如虎添翼”。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達(dá)1000m/min，加工鋁件能達(dá)5000m/min。

5．?dāng)?shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機(jī)床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機(jī)床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機(jī)床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術(shù)都在數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來，這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。

（二）自動機(jī)與自動生產(chǎn)線

在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機(jī)械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設(shè)備，是當(dāng)前機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的又一具體體現(xiàn)。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產(chǎn)線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自動分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動生產(chǎn)線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等，這些自動機(jī)或生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代電子技術(shù)與傳感技術(shù)。如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機(jī)界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國的自動機(jī)與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術(shù)水平已達(dá)到或超過發(fā)達(dá)國家上一世紀(jì)80年代后期的水平。使用這些自動機(jī)和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護(hù)和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來越多。

三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、個性化信息技術(shù)革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟(jì)、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢。專家預(yù)測，機(jī)電一體化技術(shù)將向以下幾個方向發(fā)展：

（一）光機(jī)電一體化方向

一般機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第81頁）（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成。引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，利用光學(xué)技術(shù)的先天特點，就能有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。

（二）柔性化方向

未來機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

（三）智能化方向

今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技術(shù)）的發(fā)展。

四、仿生物系統(tǒng)化方向

今后的機(jī)電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機(jī)電一體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。

五、微型化方向

目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實驗室中已制造出亞微米級的機(jī)械元件。當(dāng)這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機(jī)械部分和控制器部分了。那時，機(jī)械和電子完全可以“融合”機(jī)體，執(zhí)行結(jié)構(gòu)、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機(jī)電一體化的重要發(fā)展方向。

篇（3）

電子中的概念是反映電子現(xiàn)象和過程的本質(zhì)屬性的思維方式，是電子技術(shù)事實的抽象。它不僅是電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的一個重要組成部分，也是構(gòu)成電子技術(shù)規(guī)律和公式的理論基礎(chǔ)。論文百事通學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的過程，其實是在不斷地建立電子技術(shù)概念的過程。因此概念教學(xué)是學(xué)生學(xué)好電子技術(shù)的基礎(chǔ)，更是學(xué)好電子技術(shù)的關(guān)鍵。在實際教學(xué)中如何才能讓學(xué)生有效地掌握、理解并運(yùn)用好高中電子技術(shù)概念呢，從實際教學(xué)的經(jīng)驗中體會到，采用靈活多變的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變抽象為形象，可以提高概念教學(xué)的效果。

一、聯(lián)系、聯(lián)想記憶法

電子技術(shù)中有很多抽象的概念，例如：電場、電力線，磁場、磁力線。電場、磁場看不到但卻實存在(可以利用實驗證明)，而電力線和磁力線不存在為了分析問題方便而畫出來的(可以看到)。利用電力線或磁力線的方向表示電場或磁場的方向，利用電力線或磁力線的疏密來表示電場或磁場的強(qiáng)弱。

半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動也是如此：一般我們看不到，為了分析方便往往把空穴和自由電子畫出來。空穴帶正電荷，自由電子帶負(fù)電荷，主要靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體；主要靠自由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體或稱為N型半導(dǎo)體。空穴通常用圓圈O表示，P去掉尾巴就是O；電子帶負(fù)電N就可以想成三個負(fù)號。通過總結(jié)空穴、電子，P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體就比較容易記了。

二、教學(xué)實驗演示法

電子技術(shù)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在進(jìn)行概念教學(xué)時，演示實驗法是一種行之有效的教學(xué)方法，一個生動的演示實驗，可創(chuàng)設(shè)一種良好的電子技術(shù)環(huán)境，給學(xué)生提供鮮明具體的感性認(rèn)識，再通過引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)象特征的概括形成自己的概念。

如“整流”概念的教學(xué)，用直流電源和單向半波整流電路演示，讓學(xué)生體會到外加電源的正極接二極管的正極，電源的負(fù)極接二極管的負(fù)極，二極管受正電壓，二極管導(dǎo)通，電路中通過大的電流IF；反之外加電源的正極接二極管的負(fù)極，電源負(fù)極接二極管的正極，電路中幾乎無電流通過。從而揭示了二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

三、電教圖像剖析法

有些高中電子技術(shù)概念，無法實驗演示也無法從生活中體驗。如PN結(jié)的形成，空穴和電子的擴(kuò)散運(yùn)動、漂移運(yùn)動等。可以用圖像、電教手段(如FLASH動畫)展示給學(xué)生觀看。電子技術(shù)圖像通過培養(yǎng)學(xué)生的直覺，從而培養(yǎng)學(xué)生的高層次的形象思維能力，建立起電子技術(shù)概念的情景；電教手段能以生動、形象、鮮明的動畫效果，模擬再現(xiàn)一些電子技術(shù)過程，學(xué)生通過觀看、思考，就會自覺地在頭腦中形成建立電子技術(shù)概念的情景。這種方法符合“從生動的直觀，到抽象的思維”的基本認(rèn)識規(guī)律，是現(xiàn)代教學(xué)中提高概念教學(xué)效果的一種重要手段。

四、興趣引導(dǎo)法

興趣是最好的老師，實際生活，生產(chǎn)實踐及現(xiàn)代高科技中一些有趣的電子技術(shù)現(xiàn)象會吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍學(xué)生的思維，提高學(xué)生的理解能力，有利于知識的掌握。

如對放大概念的認(rèn)識，以門鈴的工作過程為例。可以先不加放大三極管時接好電源和音樂片，門鈴發(fā)聲，聲音很小只能在耳邊才能聽到；接著接好電源、音樂片，門鈴發(fā)聲，聲音比較大，整個班都可以聽到。使學(xué)生親身感受到門鈴發(fā)出聲響的明顯變化的現(xiàn)象。說明和分析什么是放大的概念，通過學(xué)生對“放大”現(xiàn)象切身的體會來理解掌握這一概念。利用振蕩電路組成的閃光燈電路即提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生對電路的分析對知識的掌握。

五、循序漸進(jìn)法

篇（4）

下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）引發(fā)了許多的觀點和爭論。有的專家預(yù)言，不管下一代網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展，一定將要達(dá)到三個世界，即服務(wù)層面上的IP世界、傳送層面上的光的世界和接入層面上的無線世界。下一代傳送網(wǎng)要求更高的速率、更大的容量，這非光纖網(wǎng)莫屬，但高速骨干傳輸?shù)陌l(fā)展也對光纖提出了新的要求。

（1）擴(kuò)大單一波長的傳輸容量

目前，單一波長的傳輸容量已達(dá)到40Gbit/s，并已開始進(jìn)行160Gbit/s的研究。40Gbit/s以上傳輸對光纖的PMD將提出一定的要求，2002年的ITU-TSG15會議上，美國已提出對40Gbit/s系統(tǒng)引入一個新的光纖類別（G.655.C）的提議，并建議對其PMD傳輸中的一些問題進(jìn)行深入探討，也許不久的將來就會出現(xiàn)一種專門的40Gbit/s光纖類型。

（2）實現(xiàn)超長距離傳輸

無中繼傳輸是骨干傳輸網(wǎng)的理想，目前有的公司已能夠采用色散齊理技術(shù)，實現(xiàn)2000～5000km的無電中繼傳輸。有的公司正進(jìn)一步改善光纖指標(biāo)，采用拉曼光放大技術(shù)，可以更大地延長光傳輸?shù)木嚯x。

（3）適應(yīng)DWDM技術(shù)的運(yùn)用

目前32×2.5Gbit/sDWDM系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用，64×2.5Gbit/s及32×10Gbit/s系統(tǒng)已在開發(fā)并取得很好的進(jìn)展。DWDM系統(tǒng)的大量使用，對光纖的非線性指標(biāo)提出了更高的要求。ITU-T對光纖的非線性屬性及測試方法的標(biāo)準(zhǔn)（G.650.2）最近也已完成，當(dāng)光纖的非線性測試指標(biāo)明確之后，對光纖的有效面積將會提出相應(yīng)指標(biāo)，特別是對G.655光纖的非線性特性會有進(jìn)一步改善的要求。

1.2光纖標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)分促進(jìn)了光纖的準(zhǔn)確應(yīng)用

2000年世界電信標(biāo)準(zhǔn)大會批準(zhǔn)將原G.652光纖重新分為G.652.A、G.652.8和G.652.C3類光纖；將G.655光纖重新分為G.655.A和G.655.B兩類光纖。這種光纖標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)分促進(jìn)了光纖的準(zhǔn)確使用，細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)的同時也提高了一些光纖的指標(biāo)要求（如有些光纖幾何參數(shù)的容差變小），明確了對不同的網(wǎng)絡(luò)層次和不同的傳輸系統(tǒng)中使用的光纖的不同指標(biāo)要求（如PMD值的規(guī)定），并提出了一些新的指標(biāo)概念（如“色散縱向均勻性”等），對合理使用光纖取得了很好的作用。所有這些建議的修改、子建議的出現(xiàn)及新子建議的起草，都意味著光纖分類及指標(biāo)、測試方法有某些改進(jìn)，或有重要的提升；都標(biāo)志著要求光纖質(zhì)量的提高或運(yùn)用方向上的調(diào)整，是值得注意的光纖技術(shù)新動向。

1.3新型光纖在不斷出現(xiàn)

為了適應(yīng)市場的需要，光纖的技術(shù)指標(biāo)在不斷改進(jìn)，各種新型光纖在不斷涌現(xiàn)，同時各大公司正加緊開發(fā)新品種。

（1）用于長途通信的新型大容量長距離光纖

主要是一些大有效面積、低色散維護(hù)的新型G.655光纖，其PMD值極低，可以使現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的容量方便地升級至10～40Gbit/s，并便于在光纖上采用分布式拉曼效應(yīng)放大，使光信號的傳輸距離大大延長。如康寧公司推出的PureModePM系列新型光纖利用了偏振傳輸和復(fù)合包層，用于10Gbit/s以上的DWDM系統(tǒng)中，據(jù)稱很適合于拉曼放大器的開發(fā)與應(yīng)用。Alcatelcable推出的TeralightUltra光纖，據(jù)介紹已有傳輸100km長度以上單信道40Gbit／s、總?cè)萘?0.2Tbit／s的記錄。還有一些公司開發(fā)負(fù)色散大有效面積的光纖，提高了非線性指標(biāo)的要求，并簡化了色散補(bǔ)償?shù)姆桨福陂L距離無再生的傳輸中表現(xiàn)出很好的性能，在海底光纜的長距離通信中效果也很好。

（2）用于城域網(wǎng)通信的新型低水峰光纖

城域網(wǎng)設(shè)計中需要考慮簡化設(shè)備和降低成本，還需要考慮非波分復(fù)用技術(shù)（CWDM）應(yīng)用的可能性。低水峰光纖在1360～1460nm的延伸波段使帶寬被大大擴(kuò)展，使CWDM系統(tǒng)被極大地優(yōu)化，增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。一些城域網(wǎng)的設(shè)計可能不僅要求光纖的水峰低，還要求光纖具有負(fù)色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以組合運(yùn)用這種負(fù)色散光纖與G.652光纖或G.655標(biāo)準(zhǔn)光纖，利用它來做色散補(bǔ)償，從而避免復(fù)雜的色散補(bǔ)償設(shè)計，節(jié)約成本。如果將來在城域網(wǎng)光纖中采用拉曼放大技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)也將具有明顯的優(yōu)勢。但是畢竟城域網(wǎng)的規(guī)范還不是很成熟，所以城域網(wǎng)光纖的規(guī)格將會隨著城域網(wǎng)模式的變化而不斷變化。

（3）用于局域網(wǎng)的新型多模光纖

由于局域網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)的高速發(fā)展，大量的綜合布線系統(tǒng)也采用了多模光纖來代替數(shù)字電纜，因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖，是因為局域網(wǎng)傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價格貴50％～100％，但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管，價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑，容易連接與耦合，相應(yīng)的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纖標(biāo)準(zhǔn)，但由于局域網(wǎng)發(fā)展的需要，它仍然得到了廣泛使用。而ITU-T推薦的G.651光纖，即50/125μm的標(biāo)準(zhǔn)型多模光纖，其芯徑較小、耦合與連接相應(yīng)困難一些，雖然在部分歐洲國家和日本有一些應(yīng)用，但在北美及歐洲大多數(shù)國家很少采用。針對這些問題，目前有的公司已進(jìn)行了改進(jìn)，研制出新型的5O/125μm光纖漸變型（G1）光纖，區(qū)別于傳統(tǒng)的50/125μm光纖纖芯的梯度折射率分布，它將帶寬的正態(tài)分布進(jìn)行了調(diào)整，以配合850nm和1300nm兩個窗口的運(yùn)用，這種改進(jìn)可能會為50/125pm光纖在局域網(wǎng)運(yùn)用找到新的市場。

（4）前途未卜的空芯光纖

據(jù)報道，美國一些公司及大學(xué)研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖，即光是在光纖的空氣夠傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗，增長了通信距離，防止了色散導(dǎo)致的干擾現(xiàn)象，可以支持更多的波段，并且它允許較強(qiáng)的光功率注入，預(yù)計其通信能力可達(dá)到目前光纖的100倍。歐洲和日本的一些業(yè)界人士也十分關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究證明空芯光纖似有可能。如果真能實用，就能解決現(xiàn)有光纖系統(tǒng)長距離傳輸?shù)膯栴}，并大大降低光通信的成本。但是，這種光纖使用起來還會遇到許多棘手的問題，比如光纖的穩(wěn)定性、側(cè)壓性能及彎曲損耗的增大等。因此，對于這種光纖的現(xiàn)場使用還需做進(jìn)一步的探討。

2光纜技術(shù)的發(fā)展特點

2.1光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得光纜的新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)

光纜的結(jié)構(gòu)總是隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全光網(wǎng)絡(luò)要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護(hù)、使用壽命更長等。近年來，光纜結(jié)構(gòu)的發(fā)展可歸納為以下一些特點。

1）光纜結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有了明確的光纖類型的選擇，如干線網(wǎng)光纖、城域網(wǎng)光纖、接入網(wǎng)光纖、局域網(wǎng)光纖等，這決定了大范圍內(nèi)光纜光纖傳輸特性的要求，具體運(yùn)用的條件還有可依據(jù)的細(xì)分的標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)；

2）光纜結(jié)構(gòu)除考慮光纜使用環(huán)境條件以外，越來越多的與其施工方法、維護(hù)方法有關(guān)，必須統(tǒng)一考慮，配套設(shè)計；

3）光纜新材料的出現(xiàn)，促進(jìn)了光纜結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，如干式阻水料、納米材料、阻燃材料等的采用，使光纜性能有明顯改進(jìn)。

不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，新的光纜結(jié)構(gòu)以及在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上不斷改進(jìn)的各種結(jié)構(gòu)也在不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了如下一些類型。

·“干纜芯”式光纜：所謂“干纜芯”即區(qū)別于常用的填充管型的光纜纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成，其防水性能、滲水性能都與傳統(tǒng)的光纜相同，但它具有生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和維護(hù)上的一些優(yōu)點。首先是方便，因為阻水材料不含粘性脂類，操作使用比較方便安全；其次，干式光纜重量輕、易接續(xù)、易搬運(yùn)，設(shè)備投資小、成本低，生產(chǎn)使用中也顯得干凈衛(wèi)生，在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動。特別是在接入網(wǎng)室內(nèi)纜和用戶纜中，好處更加明顯。

·生態(tài)光纜：一些公司從環(huán)境保護(hù)及阻燃性能的要求出發(fā)，開發(fā)了生態(tài)光纜，應(yīng)用于室內(nèi)、樓房及家庭。現(xiàn)有光纜中使用的一些材料已不符合環(huán)保的要求，如PVC燃燒時會放出有毒性氣體，光纜穩(wěn)定劑中有時含鉛，都是對人體及環(huán)境有害的。2001年ITU-T已通過了一項L45建議——“使電信網(wǎng)外部設(shè)備對環(huán)境的影響最小化”建議，通過對光纜、電纜光器件及電桿等基于壽命周期怦估（LifeCycleAnalysis，LCA）的方法來確定產(chǎn)品對環(huán)境的影響。由于環(huán)境因素正日益受到重視，對通信外部設(shè)備，特別是光纜產(chǎn)品規(guī)定這樣的指標(biāo)已提到日程上來，如果不在材料和工藝上下功夫就難以達(dá)到環(huán)保的要求。因此已有不少公司針對此類問題開發(fā)了一些新材料，如對室內(nèi)用纜，開發(fā)了含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物，以及無鹵性阻燃塑料等。

·海底光纜：海底光纜近年來有根快的發(fā)展，它要求長距離、低衰減的傳輸，而且要適應(yīng)海底的環(huán)境，對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴(yán)格。

·淺水光纜（MarinizedTerrestrailCable，MTC）：淺水光纜是區(qū)別于海底光纜而提出來的另一類結(jié)構(gòu)的水下光纜，適合于在海岸邊上、淺水中安裝，無需中繼、通信距離比較短的水下（如島嶼間、沿海岸邊上的城市）敷設(shè)使用。這種光纜區(qū)別于海底光纜的環(huán)境，需要的光纖數(shù)不多（中等），但要求結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，易于安裝和運(yùn)輸，便于修復(fù)和維護(hù)。ITU-T在2001年提出了ITU-TG.972定義下的淺水光纜建議，為建設(shè)類似的水下光纜提供了一組規(guī)范，隨后也有可能形成相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

·微型光纜：為了配合氣壓安裝（或水壓安裝）施工系統(tǒng)的運(yùn)用，各種微型的光纜結(jié)構(gòu)已在設(shè)計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜，要求光纜與管道之間有一定的系數(shù)，光纜重量要準(zhǔn)確，具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網(wǎng)，特別是用戶駐地網(wǎng)絡(luò)中綜合布線系統(tǒng)很有潛力的一種方式，如在智能建筑中運(yùn)用的智能管道中就非常適合這種安裝。

·采用了納米材料的光纜：近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護(hù)套用聚乙烯（PE）及光纖護(hù)套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機(jī)械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命。目前此類材料尚處于試用階段。

·全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）：全介質(zhì)光纜對防止電磁影響及防雷電都有優(yōu)良的特性，而且重量輕、外徑小，架空使用非常方便，在電力通信網(wǎng)中已得到大量的應(yīng)用。預(yù)計2000～2005年，每年電力部門對ADSS光纜需求約15000km。ADSS同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設(shè)環(huán)境中一種很好的光纜類型的選擇。在今后一段時間內(nèi)，如何在滿足要求的前提下，盡量減小ADSS光纜的外徑，減輕光纜的重量，提高其耐電壓性能是ADSS光纜研究改進(jìn)的課題。

·架空地線光纜（OPGW）：OPGW已出現(xiàn)了很長一段時間，近年來一直在改進(jìn)和提高之中。OPGW的光纖單元中采用PBT，于套管外面再加上一層不銹鋼管，有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠，不銹鋼管用激光焊接長度可達(dá)數(shù)十公里，光纖在這樣的多層保護(hù)管中得到了充分的機(jī)械保護(hù)。預(yù)計從現(xiàn)在到2005年，OPGW光纜的需求將會逐年上升，每年增加約2500km，到2005年預(yù)計可達(dá)到20000km。當(dāng)然對OPGW光纖的防雷問題一直是業(yè)界十分關(guān)注的問題，也應(yīng)配合具體環(huán)境和使用條件加以考慮，使之得到充分保護(hù)。

2.2光纜的自動維護(hù)、適時監(jiān)測系統(tǒng)已逐漸完善，可保證大容量高速率的光纜不中斷傳輸

光纜的維護(hù)對于保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性是十分重要。在已開通的光網(wǎng)絡(luò)中，光纜的維護(hù)和監(jiān)測應(yīng)該是在不中斷通信的前提下進(jìn)行的，一般通過監(jiān)測空閑光纖（暗光纖）的方式來檢測在用光纖的狀態(tài)，更有效的方式是直接監(jiān)測正在通信的光纖。雖然ITU-T長時間收集和討論了國際上的最新資料，于1996年了L.25光纜網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的建議書，對光纜的預(yù)防性維護(hù)和故障后維護(hù)規(guī)定了詳細(xì)的維護(hù)范圍和功能，但已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的需要，目前最新的建議是2001年12月IUT-TSG16會議通過的“光纜網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)”（L.40建議）。為了進(jìn)一步縮短檢測及修復(fù)時間，美國朗訊公司曾提出了新一代光纖測試及監(jiān)控系統(tǒng)，能在1s內(nèi)發(fā)出故障告警，3min內(nèi)找到故障點，且工作人員可以遙控操作，據(jù)稱該系統(tǒng)還將開發(fā)有故障預(yù)測及對斷纖（纜）的快速反應(yīng)能力。日本、意大利等國電信企業(yè)也提出了一些系統(tǒng)方案。

·日本NTT方案：在局內(nèi)運(yùn)用光纖選擇器與系統(tǒng)的測試設(shè)備和傳輸設(shè)備相連形成了一種可對光纖狀況進(jìn)行實時監(jiān)測的系統(tǒng)，保證有用信號在通過光纖選擇器測試證明良好的光纖上傳輸，對有故障的光纖可以預(yù)選監(jiān)測出來及時傳送到維護(hù)中心進(jìn)行適當(dāng)處理，避免不良狀況進(jìn)入有用的光傳輸信道，從而起到在運(yùn)行中對整個光通信系統(tǒng)的支撐作用；在局外通過水敏傳感器裝置可監(jiān)測外部設(shè)備光纜線路接頭盒浸水的位置，水敏傳感器安裝在空閑的光纖上，水敏傳感器中裝有吸水性膨脹物，當(dāng)水滲人接頭盒時，吸水性物質(zhì)會膨脹使得接頭盒中的光纖受力，也就是使得這一空閑光纖彎曲，從而使光纖的損耗增加，在監(jiān)測中心的OTDR上就會反映出來。

·意大利的方案：此方案是一種綜合處理的新型連續(xù)光纜監(jiān)測系統(tǒng)。主要特點是將光纜網(wǎng)絡(luò)、光纖及光纜護(hù)套的監(jiān)測綜合在一起，既利用了OTDR系統(tǒng)周期性地對光纖的衰減進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有衰減變化即發(fā)出警報，并進(jìn)行故障定位，同時也能連續(xù)監(jiān)測光纜護(hù)套的完整性，包括護(hù)套對地絕緣電阻的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題（如護(hù)套進(jìn)水等）即馬上告警，達(dá)到更全面地預(yù)告故障發(fā)生的目的。

比較日本和意大利電信部門提出的光纜維護(hù)支撐系統(tǒng)的方案可見：日本方案在OTDR自動適時測試光纖的基礎(chǔ)上，加入了光纖選擇器，在外線上裝設(shè)水敏傳感器并進(jìn)行護(hù)套監(jiān)測，形成了一套較完整的自動維護(hù)、支撐系統(tǒng)，真正做到不中斷光通信的維護(hù)。意大利的方案中除監(jiān)測光纖性能以外，還考慮了護(hù)套絕緣電阻的自動監(jiān)測。由此兩例可以看出全自動的光纜維護(hù)應(yīng)是一種發(fā)展方向。

3通信電纜的發(fā)展特點

3.1寬帶的HYA通信電纜需要更好地為數(shù)字通信新業(yè)務(wù)服務(wù)

原有的電纜網(wǎng)絡(luò)雖然可以支持一些數(shù)字新業(yè)務(wù)，但是在實際使用中并不是特別理想，在通信距離、速率及質(zhì)量上仍有一定的限制。對于新的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是以光纖為主，對于光纖所不能達(dá)到的地方或因各種原因仍然要新建電纜網(wǎng)絡(luò)的地區(qū)，應(yīng)該考慮新型寬帶結(jié)構(gòu)的HYA電纜（銅芯聚乙烯絕緣綜合護(hù)套市內(nèi)通信電纜），以便更能符合新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。一些公司對現(xiàn)有的電纜高頻特性作了測試，他們得到的結(jié)論是所研究的電纜（即現(xiàn)有的HYA市話電纜）不能達(dá)到5類電纜的技術(shù)要求，戶外電纜要實現(xiàn)j類電纜的特性，必須通過特殊的設(shè)計和制造來達(dá)到。但在20MHz以下，所有電纜都顯示出充分適宜的傳輸性能。

美國已在1997年制定了用于寬帶的對絞通信電纜標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/ICEAS-98-688-1997及S-99-689-1997），包括非填充和填充兩種型式。傳輸頻寬已擴(kuò)展到100MHz，可供數(shù)字網(wǎng)絡(luò)使用。IEC對此問題也進(jìn)行過較長時間的討論，2001年，IEC62255-1文件“用于高比特頻率數(shù)字接入電信網(wǎng)絡(luò)的多對數(shù)電纜”提出了0.4～個0.8mm線徑、1～150對、最高頻率30MHz等指標(biāo)的建議，此建議的提出也許會為這種電纜開辟一個新的空間，我國也開始了這方面的探討和研制，并正在建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2超5類及6類電纜將替代5類電纜成為布線系統(tǒng)發(fā)展的超蟄

隨著智能化大樓、智能化建筑小區(qū)對寬帶布線的要求愈來愈高，超5類和6類電纜己逐漸成為布線系統(tǒng)中的主流。超5類電纜與5類電纜的頻帶都是100MHz，但其具有雙向通信的能力，用戶可以同時收發(fā)寬帶信息。因此超5類電纜比5類電纜在電阻不平衡性、絕緣電阻、對地電容不平衡性、傳輸速度等指標(biāo)上都有提高，并且增加了近端串音衰減功率和等電平遠(yuǎn)端串音功率等一些指標(biāo)，因此在工藝和結(jié)構(gòu)上要做一定的改進(jìn)才能達(dá)到。6類電纜在超5類的基礎(chǔ)上，又提高了傳輸頻帶，達(dá)到250MHz，其相應(yīng)的指標(biāo)也有較大的提高。同時，6類電纜要求不但有嚴(yán)格的工藝，而且不少廠商在結(jié)構(gòu)上也有一定的改進(jìn)和創(chuàng)新，如采用泡沫皮絕緣芯線或皮泡皮絕緣芯線、骨架式結(jié)構(gòu)隔離線對等都改善了電纜的高頻特性。

3.3物理發(fā)泡射頻同軸電纜及漏泄同軸電纜將具有較好的發(fā)展前景

由于移動通信的高速發(fā)展，無線電基路用物理發(fā)泡射頻同軸電纜，特別是超柔形結(jié)構(gòu)的室內(nèi)電纜、路由連結(jié)電纜都有了較大的市場需求。同時，隨著移動通信信號覆蓋面的不斷擴(kuò)大，基站站數(shù)的增多，以及邊緣地區(qū)（電梯、地鐵、地下建筑、高層建筑室內(nèi)等用戶）對移動信號的要求不斷提高，預(yù)計這類電纜將會有較好的發(fā)展前景。但對電纜指標(biāo)的要求（如駐波比、屏蔽衰耗等要求）已明顯提高，要求電纜的工藝及結(jié)構(gòu)應(yīng)不斷改進(jìn)，以與之適應(yīng)。

4光纖光纜及通信電纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中幾個值得思考的問題

4.1積極創(chuàng)新開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)

雖然這幾年來，我國光纜電纜技術(shù)有很大發(fā)展，有一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)已在發(fā)揮作用，但是應(yīng)該看到這種比例仍是很小的，國內(nèi)有近200家光纖光纜廠，但大多產(chǎn)品單一，沒有自主的知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)含量較低，競爭力不強(qiáng)。有資料統(tǒng)計，1997～1999年國內(nèi)企業(yè)申請光通信專利的有132件，其中光纖38件，光纜只有19件，而同期外國公司在中國申請光通信專利達(dá)550件，其中光纖光纜37件。還有資料報道：從1997年以來，國內(nèi)光通信核心技術(shù)專利是90件，我國自主申請的只有9件，僅占10％。實際上我國的光纖光纜技術(shù)應(yīng)該說與國際水平己差距下大，因此我們作為世界第二的光纜大國，應(yīng)該把開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)作為我們工作的重中之重，爭取創(chuàng)造更多的光纖光纜專利。

4.2開發(fā)具有先進(jìn)技術(shù)水平、與使用環(huán)境、施工技術(shù)相配套的新產(chǎn)品

電信網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展的同時也對光纜電纜產(chǎn)品不斷提出新的要求。不難發(fā)現(xiàn)，光纜的結(jié)構(gòu)越來越依賴于使用的環(huán)境條件及施工的具體要求，在海底光纜、淺水光纜、ADSS及OPGW光纜的開發(fā)中，會對這一點有深刻的體會。而今后光纜建設(shè)的重點將會隨著接入網(wǎng)、用戶駐地網(wǎng)的建設(shè)不斷展開，新一代的光纜結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)也會基于如微型光纜、吹入或漂浮安裝及迷你型微管或小管系統(tǒng)的全套技術(shù)而有一系列新的變化，以便有限的敷設(shè)空間得到充分、靈活的利用。這當(dāng)中也包含了若干光纜設(shè)計、制造工藝、光纖光纜材料、施工安裝方面的新的技術(shù)課題。一些國家或公司已取得了一些經(jīng)驗，正逐漸形成新的系統(tǒng)技術(shù)專利。我國的用戶眾多，接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)具有很多的特色，對接入光纜也會有更多的要求，為我們研究和創(chuàng)新接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)光纜結(jié)構(gòu)提供了很好的機(jī)會。應(yīng)該說，多數(shù)光纜技術(shù)我們是跟在國外最新技術(shù)的后面，雖然緊跟了先進(jìn)技術(shù)，但自我創(chuàng)新的成份太少。今后應(yīng)當(dāng)在這方面下些功夫，走自己的創(chuàng)新之路。在有中國特色的接入網(wǎng)及用戶駐地網(wǎng)中多采用一些有中國特色的光電纜產(chǎn)品。

4.3利用已有設(shè)備與技術(shù),改善HYA市話電纜的相應(yīng)特性,為數(shù)字業(yè)務(wù)提供更好的服務(wù)

對于已經(jīng)敷設(shè)的銅電纜，我們只能在現(xiàn)有條件下盡量利用其特性開通數(shù)字新業(yè)務(wù)。而現(xiàn)有的HYA電纜，雖然亦可開通ADSL等一些新業(yè)務(wù)，但是容量有限，當(dāng)ADSL數(shù)量增大到一定限度后還是會出現(xiàn)干擾問題，而且還會影響以前開通的業(yè)務(wù)。因此，對新敷設(shè)的銅電纜，希望能提出一些新的寬帶指標(biāo)要求，為將來開通更多更好的新業(yè)務(wù)作好準(zhǔn)備。現(xiàn)有的市話電纜生產(chǎn)廠商應(yīng)深入研究自身的生產(chǎn)工藝，在不改變（或不大改變）生產(chǎn)設(shè)備的情況下，認(rèn)真設(shè)計和精心制造，把現(xiàn)有電纜的技術(shù)水平提高一個檔次，以提供更寬頻帶的電纜，為更多更好地開拓數(shù)字新業(yè)務(wù)提供高質(zhì)量的通道。

4.4改進(jìn)光纜電纜的施工和維護(hù)方法

目前，為了適應(yīng)城市施工的特點，國際上較重視不挖溝的方式施工光、電纜，采用小地溝或微地溝技術(shù)安裝光纜，同時對光纜網(wǎng)進(jìn)行自動監(jiān)測，保證光纜網(wǎng)絡(luò)不中斷通信維護(hù)。與此相適應(yīng)的是需要開發(fā)相應(yīng)的元器件、工具和設(shè)備，并且要在體制上作一些改進(jìn)與之相適應(yīng)。ITU對NH開發(fā)光纜用浸水傳感器、光纖自動測試時的光纖選擇器以及美國提出的1s告警、3min內(nèi)定位的指標(biāo)及意大利提出的光纖纖芯與光纜護(hù)套指標(biāo)綜合監(jiān)測等方案都十分重視。在現(xiàn)代化的光網(wǎng)絡(luò)中，這些方式已經(jīng)起到明顯的作用。由此可見，為了保證光纜網(wǎng)絡(luò)工作的可靠性，在施工和維護(hù)中降低成本、節(jié)省勞力、節(jié)省時間，逐步推廣新的施工方法，逐步完善光纜網(wǎng)絡(luò)的自動監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)和提高光纜網(wǎng)絡(luò)的不中斷維護(hù)水平已勢在必行。

4.5冷靜地審視當(dāng)前電信市場的發(fā)展，促進(jìn)光纖光纜和通信電纜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

2001年下半年以來，光纖光纜需求下降，這當(dāng)然與世界電信行業(yè)的整體下滑以及寬帶網(wǎng)絡(luò)泡沫的破滅有很大關(guān)系，但更多的則是受到從1999年下半年起由于光纖緊缺而各大公司擴(kuò)產(chǎn)過多的影響。據(jù)資料介紹，在2000年，全球光纖廠商的投資額達(dá)到26億美元，為1999年的6倍，按推算到2002年全球光纖的產(chǎn)能將達(dá)到1.65～1.75億光纖公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了實際需求。加上當(dāng)前電信基礎(chǔ)建設(shè)的不景氣，光纖過剩的現(xiàn)象不可避免。

光纖光纜及通信電纜的市場走勢雖然受到國際經(jīng)濟(jì)大形勢發(fā)展的影響，特別是與整個電信行業(yè)的發(fā)展有密切的關(guān)系，但應(yīng)看到，在擠出了網(wǎng)絡(luò)泡沫的水份之后，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)從骨干網(wǎng)的擴(kuò)建到接入網(wǎng)、城域網(wǎng)的擴(kuò)散以及向用戶駐地網(wǎng)的不斷延伸，光纖光纜及寬帶數(shù)字電纜的市場必將增長。據(jù)KMI預(yù)計，2003年世界光纖市場將開始有較大的增長，而到2004年的市場規(guī)模將超過敷設(shè)量最高的2000年。

篇（5）

電氣自動化控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的自動化，提升工藝的運(yùn)行水平。電氣自動化控制是一類新型的技術(shù)，核心是電子技術(shù)，可以大面積地應(yīng)用到設(shè)備行業(yè)中。電氣自動化控制的技術(shù)能力高，通過不同技術(shù)的相互配合，實現(xiàn)電氣自動化的運(yùn)行控制，而且自動化控制是電氣運(yùn)行中的核心，保障生產(chǎn)的精確性和運(yùn)行速率。電氣自動化控制能夠以少量程序控制多個變量，各個控制對象處于相互配合的狀態(tài)，提升了系統(tǒng)操作的水平，監(jiān)督被控對象的運(yùn)行過程，期間修正被控對象的運(yùn)行狀態(tài)，使其具備準(zhǔn)確、合理的運(yùn)行方式。 

2 電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展 

2.1 智能化 

電氣自動化控制技術(shù)下的產(chǎn)品、系統(tǒng)等，能夠根據(jù)指令智能化的完成操作，簡化操作服務(wù)的流程。智能化是電氣自動化控制技術(shù)的首要發(fā)展方向，正是由于智能化的要求，促使電氣自動化控制技術(shù)與信息技術(shù)、通訊技術(shù)相互融合，注重技術(shù)中的性能開發(fā)，體現(xiàn)技術(shù)控制的速率。 

2.2 節(jié)約化 

節(jié)約化發(fā)展，是指電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用中實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保。例如：電氣自動化控制技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，其可輔助使用新能源，同時控制照明燈具的使用，延長燈具的使用壽命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明設(shè)備的質(zhì)量。 

2.3 信息化 

電氣自動化控制技術(shù)的信息化發(fā)展，改進(jìn)了技術(shù)運(yùn)行的方式，使電氣自動化中，以信息控制為基礎(chǔ)，引進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等理論，支持電氣自動化的控制運(yùn)行。 

2.4 統(tǒng)一化 

電氣自動化控制技術(shù)拉近了各個行業(yè)之間的距離，融入各項技術(shù)的同時，朝向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。在電氣自動化控制技術(shù)的作用下，行業(yè)間遵循相同的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使用方法、維護(hù)策略等，都逐步統(tǒng)一，在降低行業(yè)建設(shè)難度的同時，體現(xiàn)統(tǒng)一化發(fā)展的優(yōu)勢[1]。電氣自動化控制技術(shù)的統(tǒng)一化發(fā)展，消除了行業(yè)之間潛在的發(fā)展矛盾，提升行業(yè)資源的利用效率，加快了信息傳輸、使用的速率。 

3 電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用 

3.1 工業(yè) 

工業(yè)是應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，因為工業(yè)規(guī)模較大，對電氣自動化控制的需求大，所以我國積極推進(jìn)電氣自動化控制技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用，致力于改善傳統(tǒng)工業(yè)的運(yùn)營方式[2]。PLC是電氣自動化控制技術(shù)的主要元件，其為一項可編程邏輯控制器，以工業(yè)企業(yè)為例，分析PLC的應(yīng)用。該工業(yè)為機(jī)械制造企業(yè)，基于PLC的電氣自動化控制技術(shù)，為機(jī)械制造系統(tǒng)提供了相關(guān)的控制，PLC根據(jù)機(jī)械制造的需求，編寫了操作指令和邏輯運(yùn)算程序，簡化了機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)的操作，而且PLC的準(zhǔn)確度高，規(guī)避了該企業(yè)生產(chǎn)的誤差，實現(xiàn)了機(jī)械制造的自動化、信息化生產(chǎn)，PLC寫入編程后，控制了機(jī)械制造的過程，同時控制機(jī)械制造的參數(shù)，包括尺寸、溫度信息等，按照該企業(yè)機(jī)械制造的指令，構(gòu)成閉環(huán)生產(chǎn)方式，優(yōu)化機(jī)械制造的工藝流程，而且該企業(yè)在PLC中設(shè)計了PID模塊，通過PID子程序，準(zhǔn)確控制PLC的內(nèi)部編程，預(yù)防機(jī)械制造中出現(xiàn)問題。 

3.2 交通業(yè) 

電氣自動化控制技術(shù)在交通業(yè)中的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)在車輛運(yùn)輸上，還表現(xiàn)在紅綠燈、監(jiān)控系統(tǒng)等方面。車輛上的元件、器件等，基本都是電氣自動化控制技術(shù)的體現(xiàn)，提供專業(yè)的自動化控制，保障車輛通行的安全[3]。例如：電氣自動化控制技術(shù)在電子眼中的應(yīng)用，代替警察執(zhí)法，實現(xiàn)自動化的違章取證，電子眼監(jiān)督交通系統(tǒng)中的車輛運(yùn)行，抓拍違法行為，提交到交通局的操作系統(tǒng)內(nèi)，減輕了交通執(zhí)法的工作負(fù)擔(dān)，電氣自動化控制技術(shù)彌補(bǔ)了電子眼的缺陷，促使其可更準(zhǔn)確、更快速、更清晰地實現(xiàn)抓拍取證，提升電子眼對交通運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控能力，有效控制電子眼的運(yùn)行，以免交通執(zhí)法中出現(xiàn)漏洞。我國各地政府在交通業(yè)建設(shè)中，積極引進(jìn)電氣自動化控制技術(shù)，完善交通監(jiān)控體系，目前，測速器、屏顯等多個交通項目中，均涉及到電氣自動化控制技術(shù)的使用。 

3.3 農(nóng)業(yè) 

農(nóng)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)支持，為了推進(jìn)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，引入電氣自動化控制技術(shù)，全面建設(shè)智能農(nóng)業(yè)，加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展速度。以某地區(qū)農(nóng)業(yè)中的大棚種植為例，分析電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用。該地區(qū)傳統(tǒng)的大棚種植，是根據(jù)農(nóng)民種植經(jīng)驗分配工作，一旦控制不好溫度、濕度，即會影響大棚種植的經(jīng)濟(jì)效益。研究人員將電氣自動化控制技術(shù)引入到大棚種植內(nèi)，以育秧大棚為對象，構(gòu)建智能控制系統(tǒng)，大棚內(nèi)安裝不同屬性的無線傳感器，專門收集大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，如：光照、含水量等，進(jìn)行自動化的信息采集，傳感器采集的信號傳輸?shù)娇刂浦行模葘?biāo)準(zhǔn)的參數(shù)指標(biāo)，種植人員掌握大棚育秧的實際情況，同時根據(jù)對比結(jié)果調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，遠(yuǎn)程控制特定的設(shè)備。該大棚內(nèi)部安裝了高清視頻，同樣接入到控制中心，種植人員可以隨時查看育秧的狀態(tài)，電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，輔助構(gòu)建管理平臺，劃分為四個功能模塊，分布是傳感采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠(yuǎn)程控制，整體控制育秧大棚的生長環(huán)境，為幼苗的培育提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。 

3.4 服務(wù)業(yè) 

人們對服務(wù)業(yè)的需求非常大，目的是方便人們的日常生活，特別是在電子產(chǎn)品上，更是體現(xiàn)出服務(wù)業(yè)對電氣自動化控制技術(shù)的需求。生活中的電子產(chǎn)品，大多應(yīng)用了電氣自動化控制技術(shù)，如：智能手機(jī)、ipad、跑步機(jī)等，表明電氣自動化對服務(wù)業(yè)市場的推進(jìn)作用[4]。近幾年，電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，由服務(wù)業(yè)的電子產(chǎn)品，逐步轉(zhuǎn)型到企業(yè)內(nèi)，例如：餐飲服務(wù)中的“機(jī)器換人”概念，餐廳內(nèi)，機(jī)器人取代人工服務(wù)，提供點菜、傳菜等服務(wù)，機(jī)器人是餐飲業(yè)的發(fā)展趨勢，表明電氣自動化控制技術(shù)的重要性，此項技術(shù)在“機(jī)器換人”中，起到自動化的控制作用，是機(jī)器人開發(fā)中不可缺少的技術(shù)。 

4 結(jié)束語 

電氣自動化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，表明了該項技術(shù)在行業(yè)運(yùn)營中的重要性，滿足我國社會行業(yè)建設(shè)的基本需求。根據(jù)電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，落實發(fā)展策略，充分發(fā)揮電氣自動化控制技術(shù)的潛力，保障其在未來的應(yīng)價值。電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，必須符合現(xiàn)代企業(yè)的需求，由此才能規(guī)范控制技術(shù)的實踐應(yīng)用。

 

     

參考文獻(xiàn) 

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篇（6）

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篇（7）

中圖分類號：P512.2+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

風(fēng)能是非常重要并儲量巨大的能源，它安全、清潔、充裕，能提供源源不絕，穩(wěn)定的能源。目前，利用風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視，而且發(fā)展速度最快。我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾個五年計劃的科技攻關(guān)，在風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及零部件制造技術(shù)、風(fēng)電接入系統(tǒng)仿真技術(shù)、風(fēng)電場選擇及建設(shè)技術(shù)等方面都取得了長足的進(jìn)步。同時，我國已開始發(fā)展近海風(fēng)能資源的近海風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場技術(shù)。可以預(yù)測，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電將成為我國可再生能源中極具規(guī)模化開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的一種新能源，是成本最低的溫室氣體減排方案之一。

一、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢分析

隨著國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，電力的需求與目前的供應(yīng)有較大的缺口，再生能源中的風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前現(xiàn)實的選擇，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：一是風(fēng)能是是可再生能源，風(fēng)力發(fā)電就是用風(fēng)來發(fā)電，不消耗像煤、石油或天然氣之類的資源。二是風(fēng)電場的建設(shè)周期短。例如，一個十萬千瓦級的風(fēng)電場建設(shè)期可以在一年內(nèi)建成。當(dāng)按照有關(guān)的軟件、或經(jīng)驗、或調(diào)查研究選定風(fēng)電場的地址后，定好設(shè)備，修好路，就可安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，這種建電廠的速度是其他電廠所不能相比的。三是風(fēng)電場的運(yùn)行可以無人值守，維護(hù)簡單。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不斷革新，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的自動化程度越來越高，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制。四是造價低。從國外建設(shè)風(fēng)電場積累的數(shù)據(jù)看，建造風(fēng)力發(fā)電場的費(fèi)用比建造水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠或核電站的建造費(fèi)用低。五是占用土地少。風(fēng)電場可以建在荒島上，沙漠中，甚至建在沿海的淺海中，能減少對耕地的占用。即使是建在可耕地上，只要設(shè)計合理，也不影響耕作。六是不污染環(huán)境。使用風(fēng)力發(fā)電，不會產(chǎn)生任何的廢氣或廢物，對人類以及環(huán)境都不致造成任何的損害。一臺600kW 的風(fēng)機(jī)，每年減少其它石化能源發(fā)電排放的1200 噸的二氧化碳。目前，利用風(fēng)力發(fā)電已成為風(fēng)能利用的主要形式，受到世界各國的高度重視。隨著國家發(fā)展規(guī)劃與相關(guān)激勵政策的不斷出臺，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)必將進(jìn)入一個嶄新的大規(guī)模高速發(fā)展階段。

二、我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展問題分析與思考

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一種極具利用潛能的可再生能源發(fā)電技術(shù)，是目前成本最接近常規(guī)電力、發(fā)展前景最大的可再生能源發(fā)電。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電市場快速發(fā)展，迫切需求風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的同步發(fā)展。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電優(yōu)勢也更加凸顯。近年來隨著可持續(xù)發(fā)展的需要、技術(shù)的進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)以及有關(guān)政策的制定，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有了長足的進(jìn)步。當(dāng)前，特大型風(fēng)機(jī)設(shè)計仍以丹麥型為主導(dǎo)，制造材料也更加多樣化，工藝水平也不斷提高，設(shè)計思想也不斷推陳出新，預(yù)計在以下幾個方面會有大的突破。

1、風(fēng)輪葉片設(shè)計與制造技術(shù)。風(fēng)輪葉片是風(fēng)力機(jī)的主要動力部件，葉片設(shè)計與制造技術(shù)涉及葉片材料、葉片結(jié)構(gòu)與氣動性能。傳統(tǒng)的葉片大多采用玻璃鋼制造，主要考慮玻璃鋼的重量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、耐腐蝕、易成型、抗疲勞性能好等優(yōu)點。現(xiàn)在大型風(fēng)力機(jī)的發(fā)展趨勢是采用高強(qiáng)度輕質(zhì)大容量葉片，主流機(jī)組已普遍采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，優(yōu)點是可根據(jù)風(fēng)力機(jī)葉片的受力特點設(shè)計強(qiáng)度與剛度，翼型容易成型，可達(dá)到最大氣動效率。對更大的5～10MW 風(fēng)力機(jī)來說，由于強(qiáng)度與剛度要求更高、自重更大，葉片設(shè)計適宜采用價格昂貴的碳纖維材料。上述材料均為熱固性樹脂，目前推出的熱塑性樹脂即所謂“綠色葉片”，具有可回收利用等一系列優(yōu)點，解決了環(huán)保問題，符合現(xiàn)代工業(yè)綠色設(shè)計要求。據(jù)報道，美國研發(fā)一種新型風(fēng)力渦輪機(jī)，利用一個遮蔽物包圍其風(fēng)力機(jī)葉片，引導(dǎo)空氣通過葉片并給空氣加速，產(chǎn)生的能量與2 倍直徑的傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)能量相當(dāng)，可將風(fēng)能變成電能的成本節(jié)省一半。風(fēng)輪葉片翼型性能影響著風(fēng)力機(jī)風(fēng)能轉(zhuǎn)換的效率，傳統(tǒng)的低速風(fēng)輪葉片采用薄而略凹的翼型，現(xiàn)代高速風(fēng)輪都采用流線型葉片。國際上還推出“未來葉片的概念”，要求更可靠、更耐久地捕獲更多的風(fēng)能，采用了智能材料和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)葉片智能化。比如在葉片上埋入光導(dǎo)纖維系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)診斷結(jié)構(gòu)完整性和雷擊情況等，以此提高可靠性并降低風(fēng)電成本。再比如將復(fù)合材料氣動彈性剪裁技術(shù)應(yīng)用于葉片設(shè)計上，利用復(fù)合材料的非對稱、非均衡鋪層產(chǎn)生的偶合效應(yīng)，實現(xiàn)對葉片有利的變形，增加氣動效率。

2、傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計與制造技術(shù)。風(fēng)力機(jī)傳動機(jī)構(gòu)包括齒輪機(jī)構(gòu)、軸承、系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障約50%與軸承選型、制造、和工作狀態(tài)有關(guān)。目前，國內(nèi)兆瓦級以上機(jī)組的核心部件如電機(jī)、齒輪箱、葉片、電控設(shè)備和偏航系統(tǒng)等仍然依靠進(jìn)口，對基礎(chǔ)配件齒輪箱軸承、偏航軸承、變槳軸承及主軸軸承等研究不夠。齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組的重要組成部分，其振動形態(tài)直接影響風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行性能，狀態(tài)檢測極為重要，目前國內(nèi)還處于探索階段。

3、磁懸浮技術(shù)。目前，國內(nèi)外有多個關(guān)于磁懸浮技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)的專利技術(shù)報道，特點是降低軸承摩擦阻力，提高了風(fēng)電效率與使用壽命。磁懸浮風(fēng)電機(jī)組可在微風(fēng)下運(yùn)行，工作風(fēng)速為1.5～36.9m/s，即 1～12 級風(fēng)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動抗湍流能力強(qiáng)。總之，對于風(fēng)力發(fā)電，磁懸浮技術(shù)展示了一個全新的發(fā)展方向。

4、海上風(fēng)電場技術(shù)。由于海上風(fēng)電場技術(shù)逐漸成熟，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過1GM，促進(jìn)了單機(jī)容量的特大型兆瓦級風(fēng)力機(jī)的研發(fā)。而且海上風(fēng)速大且穩(wěn)定，年平均利用小時可達(dá)3000h 以上，年發(fā)電量可比陸上高出50%。21 世紀(jì)是世界風(fēng)電產(chǎn)業(yè)由陸地轉(zhuǎn)向海洋的世紀(jì)。中國東部沿海水深 2～15m 的海域面積遼闊，可利用的風(fēng)能資源約是陸上的3 倍，而且距離電力負(fù)荷中心也很近。可見，隨著海上風(fēng)電場技術(shù)的發(fā)展成熟，必然成為未來的可持續(xù)能源。

三、結(jié)語

隨著科技的進(jìn)步，人類對風(fēng)能的認(rèn)識不斷深化，風(fēng)力發(fā)電具有極大的潛力，可部分滿足劇增的全球能源需求。并且風(fēng)電是目前成本最接近常規(guī)電力、發(fā)展前景最大的可再生能源發(fā)電品種，正逐漸受到世界各國的重視。總而言之，風(fēng)力發(fā)電在我國有著廣闊的發(fā)展前景，風(fēng)能的利用必將為我國的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及對減少進(jìn)口能源的依賴等方面做出巨大貢獻(xiàn)。

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篇（8）

風(fēng)力發(fā)電

目前，我國已超過美國，成為全球風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國家，同時也成為風(fēng)能設(shè)備最大的生產(chǎn)國。隨著國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈日臻完善、研究規(guī)模不斷擴(kuò)大，成本下降非常顯著，競爭力也逐漸增強(qiáng)，但是在產(chǎn)業(yè)鏈最上游的新型材料及半導(dǎo)體器件（控制芯片、電力電子器件等）研究方面仍較落后，主要研究工作集中在中下游的風(fēng)電整機(jī)制造、關(guān)鍵零部件配套（發(fā)電機(jī)、電控、傳動系統(tǒng)等）以及并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。

沈陽工業(yè)大學(xué)在風(fēng)電整機(jī)制造方面具有很強(qiáng)的實力，是我國最早從事風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的少數(shù)高校之一，設(shè)置有風(fēng)能技術(shù)研究所，師資力量完善，先后承擔(dān)過多項大型橫、縱向課題，成果顯著。其設(shè)計的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1.5MW風(fēng)電機(jī)組實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，占據(jù)一定的市場地位，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合能力很強(qiáng)。

華北電力大學(xué)作為教育部直屬高校中唯一的以電力為學(xué)科特色的大學(xué)，成立了國內(nèi)首家“可再生能源學(xué)院”，下設(shè)風(fēng)能與動力工程專業(yè)，未來還將籌備生物質(zhì)發(fā)電和太陽能利用專業(yè)。研究內(nèi)容以大容量風(fēng)力發(fā)電接入，對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的影響為主，主要研究包括：風(fēng)電場建模與仿真、風(fēng)能資源測量與評估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只能控制與優(yōu)化運(yùn)行、低速風(fēng)能利用策略與先進(jìn)風(fēng)力發(fā)電理論，充分發(fā)揮了其在電力系統(tǒng)方面的優(yōu)勢。

重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室，借助其在機(jī)械傳動領(lǐng)域的優(yōu)勢，在風(fēng)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計、動態(tài)特性研究、工作模態(tài)測量及制造工藝方面有深入的研究，并且產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。

汕頭大學(xué)新能源研究所在大型風(fēng)電機(jī)組空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究方面頗有作為，自行開發(fā)了大型風(fēng)力機(jī)優(yōu)化設(shè)計系列軟件。

浙江大學(xué)流體傳動及控制國家重點實驗室對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的液壓技術(shù)有深入研究，包括風(fēng)機(jī)制動系統(tǒng)、定槳距控制和變槳距控制等。

同濟(jì)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院在風(fēng)電機(jī)組葉片動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型分析方面經(jīng)驗豐富。

東南大學(xué)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究、設(shè)計方面走在前列。近期又集合學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科，建立了風(fēng)力發(fā)電研究中心，致力于以風(fēng)力發(fā)電為核心的可再生能源發(fā)電及應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)研究。

電控方面，清華大學(xué)、北京交通大學(xué)、中科院電工所都有很強(qiáng)的實力。清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系原名電機(jī)工程系，歷史悠悠，師資力量雄厚，在風(fēng)電接入對電力系統(tǒng)影響、風(fēng)電機(jī)組建模仿真、風(fēng)電變流器設(shè)計及控制等方面有深入研究。北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院早期隸屬于鐵道部，主要服務(wù)于我國軌道交通電傳動裝備產(chǎn)業(yè)，在大功率電力電子技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗，研究實力在國內(nèi)高校處于領(lǐng)先地位。新能源研究所成立后從事大功率風(fēng)電機(jī)組（直驅(qū)或雙饋）并網(wǎng)變流器、中大功率光伏發(fā)電逆變器、風(fēng)電機(jī)組仿真及主控系統(tǒng)、微網(wǎng)技術(shù)研究，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合能力很強(qiáng)。中科院電工所新能源發(fā)電技術(shù)研究組是國內(nèi)最早研究風(fēng)力發(fā)電、太陽光伏發(fā)電的單位之一，其大型并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組控制及變流技術(shù)、變槳距控制技術(shù)以及風(fēng)電場集中和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等較成熟，還有一些特色研究工作包括：風(fēng)/光互補(bǔ)、風(fēng)/柴系統(tǒng)及其控制逆變技術(shù)、控制逆變技術(shù)等。

光伏發(fā)電

光伏發(fā)電具有系統(tǒng)簡單以及維護(hù)方便等特點，應(yīng)用面較廣，現(xiàn)在全球裝機(jī)總?cè)萘恳呀?jīng)開始追趕傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電。太陽能發(fā)電主要分為并網(wǎng)電源系統(tǒng)和離網(wǎng)電源系統(tǒng)，目前大規(guī)模使用的主要是并網(wǎng)系統(tǒng)，一般包括光伏電池組件、光伏逆變器、配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)等。其中光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，光伏逆變器與風(fēng)能變流器類似，可以將光伏電池組件產(chǎn)生的不穩(wěn)定電能變成穩(wěn)定的電能并入電網(wǎng)。

我國光伏業(yè)正處在爆發(fā)式增長期，中國大陸和臺灣的光伏電池廠商占全球總電池產(chǎn)量59%的份額。與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈類似，除了最上游的化合物、硅片提純、加工外，我國已形成了較完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，包括晶體硅、薄膜電池片及組件加工、光伏逆變器、系統(tǒng)集成、能源投資商等。

國內(nèi)高校對于光伏系統(tǒng)研究主要集中于工程應(yīng)用方面，合肥工業(yè)大學(xué)教育部光伏系統(tǒng)工程研究中心是我國迄今為止唯一的專門從事光伏系統(tǒng)技術(shù)研究的國家重要的科學(xué)研究基地，掛靠合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，主要從事光伏組件建模及仿真、光伏逆變器設(shè)計及控制、工程化應(yīng)用等研究工作，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較好，承擔(dān)多個大型光伏電站設(shè)計工作。

海外院校

由于新能源行業(yè)涉及領(lǐng)域多、范圍廣，以及我國新能源行業(yè)開始起步，人才的缺乏已經(jīng)成為極為突出的問題，國家、社會、高校、企業(yè)都在積極努力培養(yǎng)這方面的人才，學(xué)生的擇校就業(yè)也因此變得十分靈活。同時，也因為剛剛起步，目前面臨的多是工程應(yīng)用技術(shù)類問題，因此我們的相關(guān)研究工作主要分布在中下游，從前面的介紹也可以看出，在新能源上游高端領(lǐng)域，由于技術(shù)壁壘很高，國內(nèi)的研究工作相對較少，但是可以選擇留學(xué)歐美高校，得到更進(jìn)一步的提高。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)光伏研究中心，由有著“太陽能之父”之稱的馬丁·格林教授領(lǐng)導(dǎo)，專注光伏電池的研究，自上世紀(jì)80年代起，30年間畢業(yè)于新南威爾士大學(xué)光伏中心的中國留學(xué)生已經(jīng)撐起了中國光伏產(chǎn)業(yè)的半壁江山。如今，在屈指可數(shù)的幾大領(lǐng)頭光伏企業(yè)中——尚德、中電光伏、英利、賽維LDK都有新南威爾士大學(xué)畢業(yè)生的身影，其科研實力可見一斑。

在歐洲，各國都十分重視新能源的開發(fā)利用。作為生態(tài)村理念的首創(chuàng)國，丹麥?zhǔn)悄茉磫栴}解決得最好的國家之一。早在2006年，我國就與丹麥簽署了“可再生能源”合作項目，國內(nèi)許多高校分別與丹麥高校開展聯(lián)系。丹麥奧爾堡大學(xué)能源技術(shù)學(xué)院在風(fēng)力發(fā)電、分布式發(fā)電、電力系統(tǒng)、電力電子及控制技術(shù)等領(lǐng)域有深入研究經(jīng)驗，并且與許多國家和組織開展合作，產(chǎn)學(xué)研實力很強(qiáng)。特別是在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域優(yōu)勢突出，核心研究領(lǐng)域包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及風(fēng)電場的控制與監(jiān)測、仿真、設(shè)計、優(yōu)化。

隨著新能源技術(shù)發(fā)展以及各項政策效應(yīng)的逐步顯現(xiàn)，開發(fā)利用新能源的成本將明顯下降，為人類清潔能源利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級帶來歷史性機(jī)遇，新能源終將成為今后世界上的主要能源之一。

Tips：新能源材料與器件專業(yè)優(yōu)勢院校

文/南京航空航天大學(xué) 郭棟梁

該專業(yè)重點是研究與開發(fā)新一代高性能綠色能源材料、技術(shù)和器件（如通訊、汽車、醫(yī)療領(lǐng)域的動力電源），發(fā)展“新能源材料”(新型鋰離子電池材料、新型燃料電池材料和新型太陽能電池材料)的學(xué)術(shù)研究方向。

新能源材料與器件專業(yè)設(shè)置，主要依托化學(xué)化工學(xué)院，跨能源科學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)等多個學(xué)科，擬培養(yǎng)能掌握新能源材料專業(yè)基本理論、基本知識和工程技術(shù)技能，掌握新能源材料組成、結(jié)構(gòu)、性能的測試技術(shù)與分析方法，了解新能源材料科學(xué)的發(fā)展方向，具備開發(fā)新能源材料、研究新工藝、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料專門人才。畢業(yè)生可在化學(xué)能源、太陽能及儲能材料等新能源材料領(lǐng)域從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計等方面工作，也可繼續(xù)攻讀新能源材料及相關(guān)學(xué)科高層次專業(yè)學(xué)位。

新能源技術(shù)是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具有決定性影響的五個技術(shù)領(lǐng)域之一，新能源材料與器件是實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)的關(guān)鍵。新能源材料與器件本科專業(yè)是適應(yīng)我國新能源、新材料、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而設(shè)立的，是由材料、物理、化學(xué)、電子、機(jī)械等多學(xué)科交叉，以能量轉(zhuǎn)換與存儲材料及其器件設(shè)計、制備工程技術(shù)為培養(yǎng)特色的戰(zhàn)略性新興專業(yè)。

高校特色：

華東理工大學(xué)

以半導(dǎo)體材料技術(shù)、化學(xué)電源技術(shù)、太陽電池技術(shù)等為特色。未來就業(yè)集中在光伏太陽能、新能源開發(fā)和利用以及半導(dǎo)體材料器件的設(shè)計、化學(xué)電池開發(fā)等。

東南大學(xué)

依托電子科學(xué)與技術(shù)大類專業(yè)背景，專業(yè)內(nèi)容側(cè)重光電子材料及其應(yīng)用方面，主要針對太陽能材料制備、檢測和應(yīng)用，可以拓展到生物能等其他新能源。

四川大學(xué)

篇（9）

由于傳統(tǒng)的化石能源存儲量有限，而且已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)失衡，因此當(dāng)今世界面臨這嚴(yán)峻的能源威脅：首先是以很難以能接受的價格獲來得充足的能源供應(yīng)；其次是過度消耗不可再生能源而對環(huán)境產(chǎn)生了不可恢復(fù)的破壞。所以，保護(hù)環(huán)境和利用可再生能源以實現(xiàn)能源安全已成為了新時期能源經(jīng)濟(jì)必須面對的現(xiàn)實課題。

風(fēng)力發(fā)電形勢和現(xiàn)狀綜述

目前在開發(fā)新能源領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的比較成熟，許多國家把利用風(fēng)力發(fā)電作為減少環(huán)境污染、改善能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效措施，并將風(fēng)電建設(shè)納入國家發(fā)展規(guī)劃。雖然全球風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的歷史不是很長，但在過去二十多年的時間內(nèi)，人類已在風(fēng)機(jī)設(shè)計制造、環(huán)保法律政策、風(fēng)電裝機(jī)容量等方面取得了巨大的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電在許多國家都得到了迅猛的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步減少了常規(guī)發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電之間的價格競爭的差距。我國政府也非常重視包括風(fēng)能在內(nèi)的可再生資源的研究開發(fā)利用。在我國，大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是有資源基礎(chǔ)的，我國的各種風(fēng)力資源十分豐富。目前，我國對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究研究已逐漸走向成熟，這其中包括測風(fēng)設(shè)備、風(fēng)力氣象學(xué)的研究和風(fēng)場建設(shè)規(guī)范、軟件的研究、風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)開發(fā)和風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的研究等。總的來說，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用始于20世紀(jì)的70年代末，而風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到大規(guī)模的應(yīng)用則是在20世紀(jì)80年代初，從90年代初期開始了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。近二十年來，在我國政府的全力支持下，并網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電工程建設(shè)得到了迅速發(fā)展，總裝機(jī)容量從1999年的3.8萬KW增長到2010年的1500萬KW，根據(jù)來自中國風(fēng)能協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從2004年未到2009年未，中國風(fēng)力發(fā)電能力的增長達(dá)到了250％，其中，2008年一年的新增裝機(jī)占據(jù)了全球新增裝機(jī)總量的23％，增長了630萬KW，成為僅次于美國（836萬KW）的世界排名第二。2009年我國首次超過印度成為了第四個裝機(jī)總量超過1000萬KW的風(fēng)電利用大國。這是因為風(fēng)力發(fā)電成本最接近于火電發(fā)電的成本，并且風(fēng)電產(chǎn)業(yè)具有規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，而且我國巨大的風(fēng)能儲量使得風(fēng)電產(chǎn)業(yè)具有了可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景。

風(fēng)力發(fā)電工程的成本構(gòu)成分析

通過分析可知，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)具有以下特點：首先，建設(shè)風(fēng)力發(fā)電項目的投資屬于一次性投資，而投入資本回收周期又比較長。其次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電輸出功率要受到當(dāng)?shù)仫L(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)速分布影響，風(fēng)能資源也成為影響風(fēng)電成本的主要岡素之一。在技術(shù)上可知，風(fēng)機(jī)能夠有效利用的風(fēng)速范圍是 3-20米/秒，根據(jù)相關(guān)測算，發(fā)電總量每減少5％，用電價格則增加4．6％以上，因此只有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年利用小時數(shù)超過2000小時的風(fēng)電場才具有真正的開發(fā)價值，平均年利用小時數(shù)超過2500小時的風(fēng)力發(fā)電場才具有良好的開發(fā)價值，平均年利用小時數(shù)在3000小時以上的風(fēng)力發(fā)電站才可以稱之為優(yōu)秀風(fēng)力發(fā)電場。但是，目前我國還未建立起一套完整的風(fēng)能資源分布圖，風(fēng)電工程建設(shè)的選址、測風(fēng)、征地等前期工作還需要投資商自己操作，這大大增加了風(fēng)電項目的開發(fā)成本。道路成本，風(fēng)力發(fā)電場往往都在交通不便、人煙稀少的偏遠(yuǎn)地方，首先投資方必須升級現(xiàn)有道路必要時候還要新修道路才能達(dá)到風(fēng)電部件的運(yùn)輸、安裝要求。電網(wǎng)成本，可建設(shè)風(fēng)力發(fā)電場、風(fēng)力資源豐富的地方往往處于比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，因此當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)建設(shè)可能很不完善，風(fēng)電場配備的輸電線路需由投資商出資自己投建，這也增加了風(fēng)電建設(shè)成本。經(jīng)濟(jì)成本，目前，國內(nèi)火電發(fā)電成本大約是5500元/KW，而風(fēng)力發(fā)電成本則高達(dá)8000-10000元/KW，相比于火電成本要高出45％-82％，這也是成為了阻礙我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的重要岡素。融資成本，風(fēng)力發(fā)電項目所需資金的70％需通過各種信貸手段來解決，貸款條件、還款期、利率、手續(xù)費(fèi)等對風(fēng)力發(fā)電項目建設(shè)成本影響也比較大。風(fēng)機(jī)設(shè)備價格，據(jù)統(tǒng)計，風(fēng)機(jī)設(shè)備價格約占風(fēng)電項目總投入成本的70％以上。根據(jù)相關(guān)研究，同等質(zhì)量的條件下，國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備價格比進(jìn)口風(fēng)力發(fā)電設(shè)備低20％-30％，因此完全使用國產(chǎn)風(fēng)機(jī)則可使風(fēng)電建設(shè)成本下降15％以上。風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價，目前，風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)價格仍是制約風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、投資商發(fā)揮作用的重要薄弱環(huán)節(jié)。一個企業(yè)投資風(fēng)力發(fā)電項目是否能夠盈利，這主要取決于并網(wǎng)之后的電價，我國政府為促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展，規(guī)范風(fēng)力發(fā)電價格的管理，在2009年7月，國家發(fā)改委公布了規(guī)范風(fēng)電價格的相關(guān)規(guī)章制度，規(guī)定風(fēng)力發(fā)電與標(biāo)桿上網(wǎng)電價同定，這項規(guī)定為投資商提供了一個明確的投資預(yù)期，同時也有利于引導(dǎo)投資，限制劣質(zhì)資源的開發(fā)，鼓勵優(yōu)質(zhì)資源的開發(fā)，有利于降低成本，控制造價，保證風(fēng)力發(fā)電項目開發(fā)的有序進(jìn)行。風(fēng)力發(fā)電項目造價越低、價格管理就越好，投資方的收益就越高，因此，激勵風(fēng)電企業(yè)不斷降低運(yùn)營成本以及投資成本，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

風(fēng)力發(fā)電項目建設(shè)的造價控制

根據(jù)以上對影響我國風(fēng)力發(fā)電成本的因素分析可知：影響風(fēng)電項目建設(shè)成本的主要因素是電網(wǎng)成本、風(fēng)機(jī)設(shè)備價格、道路成本、經(jīng)濟(jì)成本、融資成本等因素，而影響風(fēng)電設(shè)備發(fā)電量的主要因素是風(fēng)電上網(wǎng)價格、風(fēng)能資源質(zhì)量、風(fēng)電場運(yùn)行成本、維護(hù)成本等。因此，降低風(fēng)電成本、控制風(fēng)力發(fā)電項目建設(shè)造價可通過提高發(fā)電量、節(jié)約風(fēng)力發(fā)電建設(shè)投資、節(jié)省建場投資等途徑，具體可采取以下措施：（1）提高風(fēng)電場的發(fā)電率，選用可靠性高、性能優(yōu)良的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，提高電力輸出率，增加風(fēng)電場和電網(wǎng)并網(wǎng)的可靠性，提高風(fēng)電場運(yùn)營、維修隊伍的水平，保證風(fēng)電機(jī)組的工作率，以提高風(fēng)電場的發(fā)電效率。（2）由于風(fēng)電機(jī)組設(shè)備費(fèi)用、風(fēng)電設(shè)備的施工安裝費(fèi)用、風(fēng)電場并網(wǎng)設(shè)備費(fèi)用以及風(fēng)電場道路交通建設(shè)費(fèi)用構(gòu)成了風(fēng)電場項目的主要建設(shè)成本，其中購買安裝風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的費(fèi)用約占總成本的70％，投資商可通過設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)一步降低風(fēng)電場項目的建設(shè)成本。(3)充分利用風(fēng)能資源，根據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)資源分布，合理地安排風(fēng)力發(fā)電機(jī)布局，以便充分利用風(fēng)能資源。相關(guān)研究表明，同樣環(huán)境條件下， 6.5m/s的風(fēng)電場的發(fā)電成本比7m/s的風(fēng)電場的發(fā)電成本增加約14％，8m/s的風(fēng)電場的發(fā)電成本要比7m/s的風(fēng)電場要低近30％，另外發(fā)電風(fēng)機(jī)應(yīng)選用成熟維修體系和優(yōu)秀質(zhì)保的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以便將來出現(xiàn)故障時，能減少維修風(fēng)機(jī)的等待時間。

我國風(fēng)電工程建設(shè)成本仍比較高，風(fēng)力發(fā)電的商業(yè)化運(yùn)行尚處于初始階段，有關(guān)風(fēng)力發(fā)電造價分析控制方面的研究還很成熟，仍然沒有一套有效地對風(fēng)電項目進(jìn)行成本管理、造價控制的辦法。建立一個科學(xué)、高效的造價分析控制研究體系，對風(fēng)電項目的成本管理提供系統(tǒng)的、現(xiàn)代化的、全面的指導(dǎo)，從而使我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到快速健康的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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吳義純,丁明.電場可靠性評估[J].中國電力出版社.2004

陳鐘,康寧.風(fēng)力發(fā)電項目風(fēng)險因素識別與分析[M].黑龍江電力出版社，2006

篇（10）

中圖分類號：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

由于風(fēng)能具有蘊(yùn)藏量巨大、分布廣泛、清潔無污染和可再生，成本低、占地面積小、建設(shè)周期短等優(yōu)點，使得風(fēng)力發(fā)電從諸多新能源發(fā)電技術(shù)中脫穎而出。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是高度時變的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)的有效性和可靠性是風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵。并網(wǎng)技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中很重要的一部分，它關(guān)系到電網(wǎng)接入的電能質(zhì)量及風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。因此研究風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)有著極其重要的經(jīng)濟(jì)意義和重大民生意義。

本文以結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、成本低且廣泛使用的定槳距失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中異步發(fā)電機(jī)為研究對象，對其并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。

1異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)投入運(yùn)行時，靠滑差來調(diào)整負(fù)荷，機(jī)組的調(diào)速精度要求不高，不需要同步設(shè)備和整步操作，只要轉(zhuǎn)速接近同步速時就可并網(wǎng)，控制簡單，且并網(wǎng)后不會產(chǎn)生振蕩和失步，運(yùn)行穩(wěn)定，要求不高。但異步發(fā)電機(jī)直接并入電網(wǎng)時，其沖擊電流會達(dá)到其額定電流的6～7倍，甚至10倍以上，該沖擊電流會對電網(wǎng)、風(fēng)機(jī)以及發(fā)電機(jī)本身造成嚴(yán)重的沖擊，甚至?xí)绊懫渌?lián)網(wǎng)機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，應(yīng)對發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時的電流加以限制。

目前，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的主要方法有直接并網(wǎng)法、準(zhǔn)同期并網(wǎng)法、降壓并網(wǎng)法和軟并網(wǎng)法。

直接并網(wǎng)法是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時直接并網(wǎng)，這樣并網(wǎng)對電網(wǎng)沖擊大，有較大的瞬間沖擊電流，電網(wǎng)電壓下降嚴(yán)重。適用于電網(wǎng)容量大、風(fēng)電機(jī)組容量較小的場合。

準(zhǔn)同期并網(wǎng)法是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，先用電容產(chǎn)生勵磁，使其建立額定電壓，然后調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的相位與電網(wǎng)同步后并入電網(wǎng)運(yùn)行。其優(yōu)點是并網(wǎng)沖擊電流較小，電網(wǎng)電壓下降幅度小；缺點是并網(wǎng)所需的整步同期設(shè)備增加了機(jī)組的造價，且從整步到準(zhǔn)同步并網(wǎng)所需的時間長。適用于電網(wǎng)容量比風(fēng)電機(jī)組大不了幾倍的場合。

降壓并網(wǎng)是在發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間串電抗器，以減少合閘瞬間沖擊電流的幅值與電網(wǎng)電壓的下降幅度，待達(dá)到穩(wěn)態(tài)時將電抗器切除。這種并網(wǎng)方式要增加大功率的電阻或電抗器組件，其投資隨機(jī)組容量的增大而增大，經(jīng)濟(jì)性差。適用于小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)。

軟并網(wǎng)法則采用雙向晶閘管的軟切入法，得到一個平穩(wěn)的過渡過程而不會出現(xiàn)沖擊電流，可使并網(wǎng)電流控制在一定范圍內(nèi)，大幅降低并網(wǎng)時的沖擊電流，增加風(fēng)機(jī)的使用壽命和可靠性。目前，大型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)都采用這種并網(wǎng)方法。

2失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軟并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)控制系統(tǒng)的主電路由三對反并聯(lián)或雙向晶閘管及其保護(hù)電路組成，在軟并網(wǎng)過渡過程中，每一時刻，有兩個晶閘管同時導(dǎo)通，構(gòu)成一個回路。

步電機(jī)利用雙向晶閘管進(jìn)行軟并網(wǎng)的過程如下：當(dāng)異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)起動或轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，與電網(wǎng)相連的每一相雙向晶閘管的控制角在180壩？爸渲鸞ネ醬蚩幻肯轡藪サ憧氐乃蚓д⒐艿牡紀(jì)角也捅櫻壩？80爸渲鸞ネ皆齟蟆4聳弊遠(yuǎn)⑼厴形炊鰨⒌緇ü蚓д⒐芷轎鵲亟氳繽？

當(dāng)異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時，異步發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行，隨著轉(zhuǎn)速的升高，其轉(zhuǎn)差率逐漸趨于零。當(dāng)轉(zhuǎn)差率為零時，雙向晶閘管已全部導(dǎo)通，這時自動并網(wǎng)開關(guān)動作，常開觸點閉合，短接已全部開通的雙向晶閘管。發(fā)電機(jī)輸出功率后，雙向晶閘管的觸發(fā)脈沖自動關(guān)閉，發(fā)電機(jī)輸出電流不再經(jīng)雙向晶閘管而是通過已閉合的自動開關(guān)觸點流向電網(wǎng)。通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來限制異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)以及大小電機(jī)切換時的瞬間沖擊電流，得到一個比較平滑的并網(wǎng)過程。

3仿真與實驗分析

本次對本文所提出的軟并網(wǎng)系統(tǒng)在額定功率為1.1MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)上做了軟并網(wǎng)實驗，實驗對象為GCN1000型定槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的切入風(fēng)速為4.8 m/s，切出風(fēng)速20m/s，額定風(fēng)速15 m/s；風(fēng)機(jī)葉片數(shù)為2，風(fēng)場空氣密度 1.059Kg/m3。

發(fā)電機(jī)等效電路如圖1所示。其具體參數(shù)為：機(jī)端額定電壓VN 為0.69kV，額定容量SN 為1100MVA，額定功率PN 為1000MW，定子電阻R1為6.757 m ，定子電抗X1為80.926 m ，轉(zhuǎn)子電阻R2為51.531 m ，轉(zhuǎn)子電抗X2為147.95 m ，勵磁并聯(lián)支路電阻Rm為208.80 ，勵磁并聯(lián)支路電抗Xm為5.041 ，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為45.8kgm2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)為1.2s，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為1560rpm。

軟并網(wǎng)過程是一個強(qiáng)非線性過渡過程，只有采用基于狀態(tài)量反饋來實施閉環(huán)控制。傳統(tǒng)軟閉環(huán)軟并網(wǎng)即限流式軟并網(wǎng)，主要以電機(jī)的定子電流作為晶閘管觸發(fā)角變化的根本依據(jù)，通過采樣電機(jī)定子電流，并與電流限定值進(jìn)行比較，得出相應(yīng)的電流偏差值，經(jīng)過數(shù)字PI調(diào)節(jié)算法，計算出所需要的晶閘管觸發(fā)角的調(diào)整量。它存在潛在的缺點是：由于導(dǎo)通角最少需要10ms的時間才能改變一次，如果導(dǎo)通角已給出，則在接下來的10ms中電流是不可控的，所以當(dāng)參數(shù)調(diào)校不好的時候，可能出現(xiàn)電流忽大忽小的狀態(tài)，引起震蕩不穩(wěn)定。

本次研究改為采集發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖，通過快速檢測及運(yùn)算，得出機(jī)組運(yùn)行加速度，根據(jù)加速度的微分特性，達(dá)到預(yù)測控制的目的，從而實現(xiàn)晶閘管觸發(fā)角的精確控制。將導(dǎo)通角從72度階躍變化到180度并持續(xù)20ms，斷開并網(wǎng)接觸器，間隔1秒后合上并網(wǎng)接觸器，投入導(dǎo)通角并保持3秒后實驗結(jié)束。記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，通過采集發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖，然后檢測、運(yùn)算得出機(jī)組運(yùn)行加速度來控制晶閘管觸發(fā)角的這種方法可以很好地達(dá)到控制目的，改善了電流忽大忽小，震蕩不穩(wěn)定的狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到l320 r/min時由PLC（上位機(jī)）發(fā)出并網(wǎng)指令。整個并網(wǎng)過程中定子電流波形如圖2所示，從實驗波形可以看出，采用基于加速度控制的晶閘管軟并網(wǎng)系統(tǒng)基本可以抑制過大的沖擊電流，而且在整個并網(wǎng)過程中，沒有出現(xiàn)電流電流忽大忽小，震蕩不穩(wěn)定的狀態(tài)。

4結(jié)語

本文對定槳失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軟并網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，本次研究通過采集發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖，經(jīng)過運(yùn)算，得出機(jī)組運(yùn)行加速度，根據(jù)加速度的微分特性，達(dá)到預(yù)測控制的目的，從而實現(xiàn)晶閘管觸發(fā)角的精確控制。仿真和實驗結(jié)果表明，這種方法可以實現(xiàn)失速型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平穩(wěn)并網(wǎng)，其啟動電流也完全可以滿足異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)要求。

（指導(dǎo)老師：吳紅霞）

基金項目：此成果為省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（項目編號：201511798001）。

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篇（11）

中圖分類號：TM619

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）6-0161-03

1 引言

隨著常規(guī)能源的日趨緊張和人們環(huán)保意識的日趨增強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保問題日益突出，清潔環(huán)保無污染能源的開發(fā)與利用倍受世界各國的關(guān)注和重視，新綠色能源的研究已成為當(dāng)務(wù)之急。

壓電材料在外力的作用下表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象，稱為正壓電效應(yīng)[1]。壓電發(fā)電利用此原理將振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｆ鋬?yōu)點主要集中在體積小，結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)及小型集成化以及無電磁干擾等方面。符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能，可持續(xù)發(fā)展的要求，正越來越受到各國研究人員的關(guān)注[2，3]。另外，壓電發(fā)電可方便與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）結(jié)合，為其提供能源，也成為MEMS研究領(lǐng)域的熱點之一。目前，歐美、日本和韓國等許多國家與地區(qū)已經(jīng)對與壓電發(fā)電相關(guān)的技術(shù)展開了深入的研究，并且取得了一定的成果，而國內(nèi)的壓電發(fā)電技術(shù)尚處于起步的階段。目前，壓電發(fā)電技術(shù)主要有以下幾個方面。

1.1 利用車輛或路面振動進(jìn)行壓電發(fā)電

將壓電發(fā)電裝置放入如汽車等減震系統(tǒng)或車輛懸掛系統(tǒng)中，利用正壓電效應(yīng)將震動能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒓佑诖鎯屠谩；蛘撸瑢弘姲l(fā)電裝置作為路面的組成部分或安置于路面內(nèi)，利用汽車在路面上行駛時產(chǎn)生的振動來發(fā)電，所產(chǎn)生的電能經(jīng)電路調(diào)整后可作為道路燈具等使用，或經(jīng)儲能裝置加以存儲和利用。以色列于2009開放了世界上第一條可發(fā)電的公路[4]。

1.2 利用自然環(huán)境能量進(jìn)行壓電發(fā)電

利用自然環(huán)境能源如海浪（流）能、風(fēng)能等進(jìn)行壓電發(fā)電。位于美國新澤西州的普林斯頓海洋動力技術(shù)公司研制了一種壓電聚合物，并將其放置在海洋中，利用海浪（流）產(chǎn)生的壓力和應(yīng)力進(jìn)行壓電發(fā)電。美國德克薩斯大學(xué)Priya S發(fā)明了一種袖珍壓電風(fēng)車裝置，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，為無線網(wǎng)絡(luò)供電[5]。

1.3 利用人體動能進(jìn)行壓電發(fā)電

1998，美國麻省理工大學(xué)發(fā)明了一種足底壓電發(fā)電鞋，它的原理是把壓電發(fā)電裝置放入鞋底內(nèi)部，利用人行走時腳對鞋底的壓力，使壓電材料變形從而產(chǎn)生電荷。2010上海世博會，日本館展示了壓電發(fā)電地板，行人從上面踩過，該地板可進(jìn)行發(fā)電。2011年，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研發(fā)了類似的國內(nèi)首塊壓電發(fā)電地板，將人們?nèi)粘Ｐ凶哌\(yùn)動的部分能量轉(zhuǎn)換為電能[6]。

利用人體動能進(jìn)行發(fā)電的壓電地板，符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的要求，并具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，是目前的研究熱點。本論文主要研究一種基于人體踏走的新型壓電發(fā)電裝置，該裝置可放置在軌道交通如地鐵、輕軌和商場等具有頻繁人行流量的場合門口，將頻繁人體踏走的動能進(jìn)行壓電發(fā)電，以存儲或供用電負(fù)載使用，具有發(fā)電節(jié)能的效果。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 壓電陶瓷發(fā)電特性分析

根據(jù)壓電方程，可得單壓電晶體片在d33模式下，其產(chǎn)生的電荷和兩端的電壓為：

為了提高壓電陶瓷的輸出電壓（或電荷），將多個壓電晶體片在物理上串聯(lián)連接，電學(xué)上串聯(lián)或并聯(lián)連接，如圖1所示。

從上述式（3）～（6）可以看出，兩種連接方式的總電能是一樣的。對于串聯(lián)連接來說，輸出的電荷量大；對于并聯(lián)連接來說，輸出的電壓大。為了提高本壓電發(fā)電的輸出電壓，本研究采用并聯(lián)連接的壓電疊堆。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

從上述的分析可以看出，壓電陶瓷發(fā)電的電壓或電荷與作用力F、晶體片數(shù)n成正比，因此，為了提高壓電發(fā)電性能，采用多片串聯(lián)而成的壓電疊堆。另一方面，人體行走時對壓電疊堆的作用力小且緩慢變化，若此作用力直接作用于壓電疊堆，其發(fā)電量小，達(dá)不到實用的目標(biāo)。因此，需要將此作用力M行放大以實現(xiàn)對壓電疊堆的快速沖擊，提高發(fā)電量。基于上述考慮并結(jié)合壓電疊堆的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了如圖2所示的基于人體踏走的壓電發(fā)電裝置。其中，壓電疊堆1通過粘接固定在底板8上，杠桿架2通過螺釘連接固定在底板8上。

其工作原理為：踏塊5在人體踏走的作用下，向下運(yùn)動并壓縮支撐彈簧7，杠桿3短臂向上運(yùn)動并壓縮預(yù)緊彈簧4；當(dāng)人體踏走后，在預(yù)緊彈簧4和支撐彈簧7的作用下，杠桿3短臂迅速向下運(yùn)動并敲擊壓電疊堆1，壓電疊堆1在外力沖擊下產(chǎn)生電能。在頻繁人體踏走的作用下，上述的壓電發(fā)電單元不斷重復(fù)上述的發(fā)電過程，源源不斷地進(jìn)行發(fā)電。

限于結(jié)構(gòu)尺寸，不可能選用大長度的壓電疊堆和采用大放大比的杠桿，故單個壓電發(fā)電單元的發(fā)電量是有限，其應(yīng)用場合有限。因此，采用多個壓電發(fā)電單元按照串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，制成類似地磚的結(jié)構(gòu)型式，如圖3所示。該裝置可放置在具有頻繁人體踏走的場合門口如地鐵、輕軌和商場等，將人體踏走的部分動能進(jìn)行壓電發(fā)電。與壓電鞋等相比，本裝置還具有發(fā)電集中，發(fā)電量大等特點。

3 發(fā)電儲能裝置設(shè)計

利用人體踏走的壓電發(fā)電所產(chǎn)生的是低交流電壓，且是隨機(jī)不規(guī)則變化的，因此該電能不能直接應(yīng)用于用戶負(fù)載，需要經(jīng)整流儲存后，才能適合外部電子設(shè)備等用戶負(fù)載使用。另外，由于壓電疊堆在電路上等效于電容，因此當(dāng)人體踏走的作用力消失后，壓電疊堆產(chǎn)生的電壓隨即消失（放電），因此需要對所產(chǎn)生的電荷進(jìn)行儲存。綜上，為了有效利用該發(fā)電量，需要設(shè)計相關(guān)電路以實現(xiàn)對壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和存儲。

3.1 電容儲存

壓電發(fā)電的電容儲存電路如圖4所示，壓電發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電量經(jīng)整流電路后儲存于電容。之所以采用全波整流電路，這是由于其能充分利用交變電的正、負(fù)兩個半波，能大大減小輸出電壓的脈動度，有效提高整流效率。另外利用儲能元件電容兩端的電壓不能突變的特性，儲能電容還具有濾波的作用，能濾掉整流電路輸出電壓中的脈動成分，達(dá)到穩(wěn)壓目的。

3.2 電池存儲

由于普通電容容量有限，容易達(dá)到飽和電壓。又因為放電速度較快，所以普通電解電容只能作為一種短期的儲能元件提供瞬時的較大功率輸出。而電池能儲存的電荷遠(yuǎn)大于電容，電荷保持能力也更勝一籌，所以廣泛應(yīng)用在各種能量收集系統(tǒng)中。如圖5所示，電池儲能電路將來自壓電發(fā)電裝置的電量，經(jīng)全橋整流電路和電容，儲存到一個鎳氫紐扣電池中。

4 結(jié)語

本文利用人體踏走的動能進(jìn)行壓電發(fā)電，設(shè)計出了一種壓電發(fā)電裝置，并進(jìn)行了相關(guān)的理論分析與設(shè)計。該裝置中運(yùn)用了杠桿放大將人體緩慢踏走的作用力進(jìn)行放大以實現(xiàn)對壓電疊堆的快速沖擊，從而提高發(fā)電量。該裝置所產(chǎn)生的電能經(jīng)整流電路后儲存于電容或電池以供用電負(fù)載使用。該裝置可放置在軌道交通車輛和車站，如地鐵、輕軌，和商場等具有大流量的場合門口，將頻繁人體踏走的動能進(jìn)行壓電發(fā)電，具有發(fā)電節(jié)能的效果，符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的要求。

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