時(shí)間:2022-07-02 18:10:57
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在發(fā)電領(lǐng)域減少二氧化碳產(chǎn)生的途徑包括:提高發(fā)電效率減少燃耗;采用原子能發(fā)電;使用再生(天然)能源。每單位發(fā)電量二氧化碳的產(chǎn)生,以礦物燃料發(fā)電最高,特別是燒煤電廠。再生能源發(fā)電雖然設(shè)施的建造會(huì)產(chǎn)生二氧化碳,但發(fā)電本身不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。因此,增加使用再生能源發(fā)電和有效使用礦物燃料,是抑制產(chǎn)生二氧化碳的有效方法。
再生能源發(fā)電技術(shù)可分為水力發(fā)電;風(fēng)力發(fā)電;太陽(yáng)能發(fā)電(太陽(yáng)─熱發(fā)電和光伏發(fā)電);海洋發(fā)電(海洋-熱能轉(zhuǎn)換、潮汐、洋流、海波);地?zé)岚l(fā)電。
水力發(fā)電
水力發(fā)電是目前發(fā)電技術(shù)中每單位發(fā)電量產(chǎn)生二氧化碳最低的。它不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的物質(zhì);在徑流式水電站的情況下,也不需要水庫(kù),對(duì)保護(hù)環(huán)境最為有利。在水庫(kù)型和抽水儲(chǔ)能型電站情況下,必須考慮水庫(kù)建造對(duì)環(huán)境的影響。
風(fēng)力發(fā)電
歐洲和美洲在風(fēng)力渦輪的發(fā)展上處于領(lǐng)先地位,隨著在美國(guó)公用事業(yè)管理政策條例(PURPA)的制定和加州減免賦稅,它們的實(shí)際應(yīng)用迅速取得進(jìn)展。三菱重工(MHI)已在美國(guó)加州安裝了660臺(tái)275千瓦級(jí)的風(fēng)力渦輪。實(shí)際應(yīng)用的這些渦輪機(jī),其輸出功率范圍從100千瓦到600千瓦,而兆瓦級(jí)的風(fēng)力渦輪目前正處于中試階段。在日本,迄今輸出功率最高為300-400千瓦,但MHI開發(fā)的500千瓦級(jí)的渦輪在1996年10月已成功運(yùn)轉(zhuǎn)。
太陽(yáng)-熱發(fā)電
太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)可分為太陽(yáng)-熱發(fā)電和光伏發(fā)電。在前一種情況下,通過搜集的太陽(yáng)熱能,用水或低沸點(diǎn)流體直接或間接產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī);在后一種情況下,通過p-型和n-型半導(dǎo)體的組合,將陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換為電。太陽(yáng)-熱發(fā)電又分為直接和間接(二元循環(huán))型發(fā)電系統(tǒng)。在前一種情況下,使用一臺(tái)冷凝器,通過直接產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī);而在后一種情況下,是在主系統(tǒng)使用一種沸點(diǎn)高于水的熔鹽或液態(tài)鈉,通過熱交換加熱輔助系統(tǒng)內(nèi)的工作流體-水或低沸點(diǎn)流體產(chǎn)生蒸汽。雖然前一種系統(tǒng)簡(jiǎn)單,但熱效率低于后者,難以在高溫下取得蒸汽,需要輔助燃料點(diǎn)火。
在日本已建成輸出功率1000千瓦的中試裝置,應(yīng)用了塔型和曲線-直線型冷凝器,用熱水蓄熱設(shè)施予以補(bǔ)充。美國(guó)在1982年開始對(duì)10兆瓦級(jí)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究,隨后建成了實(shí)際應(yīng)用輸出功率超過30兆瓦的裝置。
再生能源發(fā)電尚有一些問題需研究解決:
(1)由于日光能量密度低(在白天,最高每平方米1千瓦),要放置太陽(yáng)熱能收集器需要巨大的空間。
(2)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度變化大,因發(fā)電取決于時(shí)間和天氣,所以不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電。
(3)由于難以通過熱積累把蒸汽的溫度提高到一個(gè)高水平,所以不能實(shí)現(xiàn)高效率的蘭金循環(huán)(總效率10%~15%)。
為減少成本,實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定供應(yīng)和提高效率,要解決的問題(1)必須改善拋物面反向鏡型和定日鏡塔型系統(tǒng)的熱收集效率;(2)必須應(yīng)用一補(bǔ)充鍋爐或蓄熱系統(tǒng);(3)需使用一個(gè)二元循環(huán)提高溫度,并通過應(yīng)用低沸點(diǎn)混合液體改善蘭金循環(huán)。
光伏發(fā)電
應(yīng)用光伏發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳量?jī)H次于水力發(fā)電技術(shù),也不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì),是一種理想的干凈發(fā)電技術(shù)。為發(fā)電提供能量的日光是無(wú)限的。假定在白天太陽(yáng)輻射的最高強(qiáng)度是每平方米1千瓦,發(fā)電效率為10%,整個(gè)地面上每年可能的發(fā)電量為1.4億億度,大約相當(dāng)于全世界能耗量的100倍。這意味著如果把太陽(yáng)電池放置于不到全球陸地面積的1/100,或其沙漠面積的1/20,所發(fā)電量就足以滿足全世界能量的需求。
這種再生能源每單位面積的輸出功率密度低,所需要的面積大約為燒煤電站的20倍。在美國(guó)和印度,沙漠面積巨大,目前正在進(jìn)行的計(jì)劃是建造188兆瓦(美國(guó))或50兆瓦(印度)的光伏發(fā)電廠。由于世界上有許多地區(qū)適用于大規(guī)模光伏發(fā)電,作為新日照計(jì)劃的一部分,發(fā)展一種全球性的干凈能源系統(tǒng),即世界能源網(wǎng)(WENET)正在進(jìn)行中,該計(jì)劃的目的是,在這些地區(qū)實(shí)現(xiàn)中央光伏發(fā)電,用所發(fā)出的電使水分解產(chǎn)生氫,氫既可用做能源,又可用做蓄能和輸能介質(zhì)。從保護(hù)全球環(huán)境和能量生產(chǎn)角度看,實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃很重要。
地?zé)岚l(fā)電
可供發(fā)電的地?zé)豳Y源可粗分為蒸汽、蒸汽和熱水二相流、熱水。地?zé)嵴羝刹患犹幚碇苯右肫啓C(jī);而二相流被分為熱水和蒸汽,熱水通過閃蒸器變?yōu)檎羝?,引入汽輪機(jī)的低壓側(cè)。在熱水情況下,可采用上述的二元系統(tǒng)(通過使用主系統(tǒng)一側(cè)的熱水使輔助側(cè)的低沸點(diǎn)液體蒸發(fā),并通過低沸點(diǎn)液體驅(qū)動(dòng)渦輪)。
自從1966和1967年9.5兆瓦、11兆瓦的電站(由日本三菱重工安裝)分別投入運(yùn)行以來(lái),目前在日本正在運(yùn)行的裝置有18臺(tái),約生產(chǎn)530兆瓦的電。以間歇泉電站的容量最高,為151兆瓦。美國(guó)目前正在運(yùn)行的間歇泉電站,功率在100萬(wàn)千瓦以上。
日本三菱重工的技術(shù)得到高度評(píng)價(jià),它通過單級(jí)或雙級(jí)閃蒸系統(tǒng),將熱水變?yōu)檎羝⒄羝霚u輪的中壓或低壓段,這樣,雙相流熱資源就得到了有效應(yīng)用。
這種雙級(jí)閃蒸系統(tǒng)于1977年投入商用,目前用在60多臺(tái)發(fā)電裝置。
從有效使用小規(guī)模地?zé)豳Y源觀點(diǎn)看,預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)發(fā)展小型(便攜式)發(fā)熱發(fā)電裝置。
中圖分類號(hào):TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中國(guó)有著豐富的水資源,是水電行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著諸多大型水利工程的建成,有效的推進(jìn)了我國(guó)水電發(fā)展,對(duì)應(yīng)的水電機(jī)組不斷的朝向大型及超大型發(fā)展。根據(jù)國(guó)內(nèi)水利發(fā)電工程學(xué)會(huì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,到2020年,國(guó)內(nèi)的700MW水輪發(fā)電機(jī)數(shù)目將會(huì)超出150臺(tái)。大型水輪發(fā)電機(jī)具備非正常停機(jī)損失大、定轉(zhuǎn)子額定電壓較高以及發(fā)電機(jī)定子繞組的中性點(diǎn)引出方法極多等自身特點(diǎn)。
一、大型水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)問題分析
如圖1所示,定子鐵芯受力簡(jiǎn)示圖。
1 定子鐵芯熱膨脹
隨著國(guó)際科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)應(yīng)技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家,水輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量逐漸擴(kuò)大,其對(duì)應(yīng)定子鐵芯的直徑也是持續(xù)增加,由最初的幾米持續(xù)發(fā)展至十幾米,或者說還有超過20m的。相對(duì)直徑在成倍的提高,緊接著其鐵芯溫升所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)徑向尺寸的膨脹量是在飛速提升,鐵芯以及機(jī)座之間的溫差所出現(xiàn)的徑向尺寸過量也隨之提升。水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯,其鐵芯的溫度升至為50℃時(shí),那么鐵芯徑向膨脹就會(huì)達(dá)到11mm,鐵芯以及機(jī)座溫差是20℃時(shí),那么其鐵芯以及機(jī)座的半徑方向過盈量就大概會(huì)是2mm,進(jìn)而促使定子鐵芯因?yàn)槠涫艿搅藱C(jī)座徑向壓力而存在極大的切向應(yīng)力。
2 定子鐵芯壓緊質(zhì)量
在實(shí)際運(yùn)作過程中,大型水輪發(fā)電機(jī)盡管其機(jī)座能夠自由伸縮膨脹,對(duì)應(yīng)的鐵芯軸向單位相關(guān)面積壓力會(huì)大幅度下降,對(duì)應(yīng)的定子鐵芯就會(huì)出現(xiàn)翹曲的情況。要是其機(jī)座并不是全部膨脹,其對(duì)應(yīng)的單位壓力面積承受壓力會(huì)保持在10kgf/cmZ之下,這時(shí)其對(duì)應(yīng)定子鐵芯也還是會(huì)極有可能存在翹曲情況。
3 定子鐵芯分瓣
定子鐵芯的結(jié)構(gòu)是分瓣?duì)畹?,關(guān)于定子鐵芯的裝配,應(yīng)重視其鐵芯合縫位置會(huì)受到分布不均勻以及很難預(yù)測(cè)的對(duì)應(yīng)擠壓力,該擠壓力對(duì)定子鐵芯會(huì)造成不良的影響,這樣就在很大的程度上加劇了翹曲情況的出現(xiàn)。導(dǎo)致定子鐵芯在受到相關(guān)的力之后出現(xiàn)形變以及振動(dòng)、損壞等。
4 轉(zhuǎn)子支架剛度及圓盤形結(jié)構(gòu)
水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)支架的結(jié)構(gòu)形式一般是根據(jù)其發(fā)電機(jī)容量以及轉(zhuǎn)速和尺寸、運(yùn)輸條件等相關(guān)條件來(lái)合理選定。通常在中型及小型或者是高速水輪發(fā)電機(jī)上利用較為簡(jiǎn)單的圓盤式或者是無(wú)支架轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)來(lái)講,其因?yàn)闀?huì)受到相關(guān)運(yùn)輸條件的制約,一般會(huì)利用中心體以及支臂裝配組合形成支臂式的轉(zhuǎn)子支臂。關(guān)于其對(duì)應(yīng)容量以及尺寸非常大的水輪發(fā)電機(jī),近年來(lái),國(guó)內(nèi)通常使用的發(fā)電站裝配以及拼焊,大多都是多層圓盤式轉(zhuǎn)子支架。
二、大型水輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)改善
1 水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)
水輪機(jī)的最關(guān)鍵部件就是轉(zhuǎn)輪,其相關(guān)性能直接關(guān)系著對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)作經(jīng)濟(jì)性以及安全性、穩(wěn)定性。關(guān)于水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水力性能設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)外的研究差距很大,很多有關(guān)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)輪是使用國(guó)外引進(jìn)的相關(guān)技術(shù),其自開發(fā)轉(zhuǎn)輪效率大約是95%,國(guó)外所引進(jìn)的轉(zhuǎn)輪效率能夠達(dá)到94%以上。國(guó)內(nèi)很多較大型工程有效的引進(jìn)了三維粘性流體數(shù)據(jù)庫(kù)為其最主要的基礎(chǔ),再合理運(yùn)用其對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及相關(guān)模型制造水平的不斷提升,國(guó)內(nèi)在很短的時(shí)間內(nèi)關(guān)于模型轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì),跟上了世界的先進(jìn)水平。
2 大型水輪發(fā)電機(jī)推力軸承技術(shù)
大型發(fā)電機(jī)最關(guān)鍵的構(gòu)成部分就是推力軸承,其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)以及制造技術(shù)是不是最優(yōu)化會(huì)直接關(guān)聯(lián)到水輪發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)作。想要合理的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,就應(yīng)該注重其結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù),以便于有效提升運(yùn)作的可靠性。有關(guān)企業(yè)對(duì)其投入了大量的人力物力進(jìn)行全方位的分析研究。自主開發(fā)水輪發(fā)電機(jī)推力軸承的熱彈性流體動(dòng)力的性能相關(guān)計(jì)算分析軟件,構(gòu)建了三萬(wàn)噸的對(duì)應(yīng)推力軸承試驗(yàn)臺(tái),該實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)今世界上相關(guān)運(yùn)作中最大推力軸承試驗(yàn)臺(tái)。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果也在很多較大的水電站對(duì)應(yīng)推力軸承運(yùn)作實(shí)測(cè)過程中展開了一定程度的對(duì)比,以便于有效健全和提升推力軸承設(shè)計(jì)以及制作技術(shù)和測(cè)試技術(shù)。這些相關(guān)的工作也為水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承設(shè)計(jì)以及制作工藝積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。
3 大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)方式
大型水輪發(fā)電機(jī)組的額定轉(zhuǎn)子電壓通常是較高的,可以超出500V,在強(qiáng)勵(lì)時(shí)是最高的,并且還伴隨著非常顯著的交流分量,這時(shí)直接性的將其取出的危險(xiǎn)性極高,并且其對(duì)應(yīng)電纜更不好選擇。我國(guó)的很多較大型水電機(jī)組在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)大都是利用轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和失磁保護(hù),并運(yùn)用轉(zhuǎn)子電壓測(cè)量對(duì)應(yīng)附件再就地安裝在相關(guān)的勵(lì)磁體系之內(nèi),把較大功率的電阻安置在相關(guān)勵(lì)磁體系屏柜之內(nèi),其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子電阻在分壓之后會(huì)長(zhǎng)距離的接進(jìn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)屏柜中,這時(shí)轉(zhuǎn)子的接地保護(hù)功能就會(huì)在發(fā)電機(jī)的屏柜之內(nèi)很好的實(shí)現(xiàn)。
大型水輪發(fā)電機(jī)的機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)應(yīng)該合理的就地安置在對(duì)應(yīng)勵(lì)磁體系室內(nèi),其失磁保護(hù)需要的相關(guān)電壓最好是通過變送器之后再接進(jìn)發(fā)電機(jī)的保護(hù)設(shè)備上,這樣能夠合理避免掉其高壓電纜存在長(zhǎng)距離引線,在很大程度上簡(jiǎn)化了勵(lì)磁回路并節(jié)約了長(zhǎng)距離進(jìn)行高壓控制的電纜費(fèi)用。
4 大型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組主絕緣技術(shù)
有關(guān)公司關(guān)于定子繞組的地主絕緣是應(yīng)用了F級(jí)的桐馬環(huán)氧玻璃粉云母系統(tǒng),其電機(jī)的主絕緣結(jié)構(gòu)以及防暈結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)繞組槽部、端部的相關(guān)固定結(jié)構(gòu)與各類絕緣材料,總體上來(lái)講均是都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,并且國(guó)產(chǎn)的相關(guān)絕緣材料性能均是達(dá)到了國(guó)際化水平。線棒是多膠帶連接式包扎以及其外包防暈帶絕緣結(jié)構(gòu),運(yùn)用對(duì)應(yīng)加熱橫壓來(lái)進(jìn)行固化,以致其能夠一次成型,其對(duì)應(yīng)線棒的尺寸應(yīng)該是統(tǒng)一的,且要具備較好的互換性。該F級(jí)桐馬環(huán)氧玻璃粉云母帶的絕緣運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)極為豐富以及對(duì)應(yīng)水電站不同電壓等級(jí)的較大型水輪發(fā)電機(jī)和其相關(guān)的出口機(jī)組之上。
5 大型水電機(jī)組結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度分析技術(shù)
經(jīng)過國(guó)內(nèi)外諸多企業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì),其關(guān)鍵器件剛強(qiáng)度性能展開大量有限元分析以及比對(duì),也找出了不同企業(yè)對(duì)于同一個(gè)器件的設(shè)計(jì)差異。關(guān)于其結(jié)構(gòu)拓?fù)湟约皫缀涡螤詈桶搴癯叽绲日归_了系統(tǒng)化的分析,找出其關(guān)聯(lián)機(jī)組器件剛強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,對(duì)部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行的全方位的深刻認(rèn)識(shí),形成了一定的結(jié)構(gòu)模式,再運(yùn)用其對(duì)應(yīng)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)建模,有效達(dá)到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及分析過程自動(dòng)化。其對(duì)應(yīng)的運(yùn)用變量分析技術(shù)定量分析出對(duì)應(yīng)主參數(shù),并給設(shè)計(jì)師所需要的相關(guān)設(shè)計(jì)曲線,進(jìn)而給結(jié)構(gòu)改善及創(chuàng)新提供參考。運(yùn)用尺寸以及形狀充分結(jié)合優(yōu)化技術(shù),能夠合理的找出板厚的配置以及幾何形狀均是合理化的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)。諸多水電機(jī)組結(jié)構(gòu)器件優(yōu)化設(shè)計(jì)均采用了相關(guān)研究成果,并得到了顯著的效果。
結(jié)語(yǔ)
水輪機(jī)正常的運(yùn)作狀態(tài)下,其對(duì)應(yīng)的定子鐵芯會(huì)承受切向電磁扭矩以及相關(guān)軸向重力,還有在水輪機(jī)快速運(yùn)作時(shí)其對(duì)應(yīng)定子鐵芯會(huì)存在一定程度的發(fā)熱,機(jī)座以及鐵芯均是不一樣的運(yùn)作情況,所以在溫度不一樣的狀態(tài)下就會(huì)存在溫差,對(duì)應(yīng)的高溫鐵芯會(huì)出現(xiàn)膨脹以及其座機(jī)的制約,座機(jī)對(duì)于鐵芯具備一個(gè)徑向壓力,和相關(guān)鐵芯膨脹力剛好是相反的;以及其對(duì)應(yīng)的定子鐵芯會(huì)受到轉(zhuǎn)子所具備的徑向磁拉力,和分瓣定子會(huì)被拼為整圓形態(tài)以配合其鐵芯共同進(jìn)行運(yùn)作。水輪機(jī)在運(yùn)作時(shí)其鐵芯會(huì)受到一定的熱膨脹,致使總體鐵芯對(duì)應(yīng)縫合面會(huì)受到不一樣方向所帶來(lái)的擠壓力,這樣會(huì)導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)損失的情況。因此,對(duì)大型水輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行詳細(xì)分析研究是勢(shì)在必行的。
參考文獻(xiàn)
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(gè)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(cè)時(shí)最先創(chuàng)用的。當(dāng)時(shí)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(guó)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(lái)“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(jí)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(dòng)控制和保險(xiǎn)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(kù),連洗衣機(jī)和其他消費(fèi)品也用上了數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這樣,對(duì)機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計(jì)和控制的實(shí)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(shí)多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計(jì)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(diǎn)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(gè)組成部分。之后,機(jī)電一體化隨著自動(dòng)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(shì)
(一)數(shù)控機(jī)床
目前我國(guó)是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)家(近320萬(wàn)臺(tái)),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(guó)家數(shù)控機(jī)床占10%)。近些年來(lái)數(shù)控機(jī)床為適應(yīng)加工技術(shù)的發(fā)展,在以下幾個(gè)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(dòng)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(shí)要求提高運(yùn)動(dòng)部件起動(dòng)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(jí)機(jī)床達(dá)到0.0005mm左右;納米級(jí)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(jí)插補(bǔ)使兩軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)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(dòng)加工各類異形零件。同時(shí)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(shí)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(dòng)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(jì)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(lái),這必然成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要潮流。
(二)自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)生產(chǎn)線
在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)生產(chǎn)線及各種自動(dòng)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(dòng)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(dòng)分撿處理生產(chǎn)線;易拉罐自動(dòng)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(dòng)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(guó)的自動(dòng)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(guó)家上一世紀(jì)80年代后期的水平。使用這些自動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)線的企業(yè)越來(lái)越多,對(duì)維護(hù)和管理這些設(shè)備的相關(guān)人員的需求也越來(lái)越多。
三、機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)、計(jì)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(gè)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(huì)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(shì)。專家預(yù)測(cè),機(jī)電一體化技術(shù)將向以下幾個(gè)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(yè))(上接第81頁(yè))(動(dòng)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(diǎn),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(lái)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(jì)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(shí)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(diǎn)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(dòng)”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(gè)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(lái)越明顯,智能化水平越來(lái)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(duì)信息的依賴性很大,并且往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定,但在動(dòng)態(tài)(工作)時(shí)卻是穩(wěn)定的。這有點(diǎn)類似于活的生物:當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時(shí),生物便“死亡”,而當(dāng)控制系統(tǒng)(大腦)工作時(shí),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(shì),但還有一段很漫長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)室中已制造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí),就沒有必要再區(qū)分機(jī)械部分和控制器部分了。那時(shí),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。
數(shù)字電視地面廣播技術(shù)采用數(shù)字壓縮技術(shù),在同樣清晰度和音質(zhì)情況下,用戶可以接收的節(jié)目數(shù)量提高4~6倍。同一信道中,可同時(shí)傳輸附加數(shù)據(jù)和其他信息,且抗干擾能力強(qiáng),覆蓋區(qū)域內(nèi)近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的接收效果幾乎相同,因此,數(shù)字電視受到了廣泛的關(guān)注。
歐美一些國(guó)家對(duì)數(shù)字電視技術(shù)的研究較為深入,已研制出了性能完善的數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射機(jī)。我國(guó)數(shù)字電視技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚,還處在實(shí)驗(yàn)階段。為降低成本,數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)廣播電視行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
功率放大器是數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中的重要組成部分。通常情況下,數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中的信號(hào)經(jīng)COFDM方式調(diào)制后輸出中頻模擬信號(hào),通過上變頻送入放大部分。該調(diào)制方式包括IFFT(8M)和IFFT(2M)兩種模式,分別由6817和1705個(gè)載波組成。每個(gè)載波之間的頻率間隔非常近,所以交調(diào)信號(hào)很容易落在頻帶內(nèi),引起交調(diào)失真。數(shù)字電視的發(fā)射機(jī)較傳統(tǒng)類型,在線性度、穩(wěn)定性等方面有著更高的要求。對(duì)發(fā)射機(jī)中的功率放大器要求必須工作在較高的線性狀態(tài)下,增益穩(wěn)定。
發(fā)射系統(tǒng)的放大部分分為激勵(lì)和主放大電路。其中激勵(lì)部分為寬帶功率放大器,為確保地面數(shù)字電視傳輸?shù)恼7€(wěn)定,需要具有良好的穩(wěn)定性和可靠性,其工作頻段在470MHz~860MHz,工作狀態(tài)為AB類;要求增益大于10dB,交調(diào)抑制小于-35dB,噪聲功率密度大于130dBc/Hz。本文采用最新的LDMOSFET器件,及平衡放大電路結(jié)構(gòu)?熏設(shè)計(jì)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中的驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大器,經(jīng)過優(yōu)化和調(diào)試,滿足系統(tǒng)要求。
圖2輸入匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
1功率放大器設(shè)計(jì)
1.1功率放大器的放大芯片選型
本文采用摩托羅拉LDMOSFET器件MRF373作為功放的放大芯片。該芯片在線性、增益和輸出能力上相對(duì)于BJT器件有較大的提升,使發(fā)射機(jī)的可靠性和可維護(hù)性大大提高。與傳統(tǒng)的分米波雙極型功放管相比,LDMOSFET具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
·可以在高駐波比(VSWR=10:1)情況下工作;
·增益高(典型值13dB);
·飽和曲線平滑,有利于模擬和數(shù)字電視射頻信號(hào)放大;
·可以承受大的過驅(qū)動(dòng)功率,特別適用于DVB-T中COFDM調(diào)制的多載波信號(hào);
·偏置電路簡(jiǎn)單,無(wú)需復(fù)雜的帶正溫度補(bǔ)償?shù)挠性吹妥杩蛊秒娐贰?/p>
圖3輸出匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
LDMOS制造工藝結(jié)合了BPT和砷化鎵工藝。與標(biāo)準(zhǔn)MOS工藝不同的是,在器件封裝上,LDMOS沒有采用BeO氧化鈹隔離層,而是直接硬接在襯底上,導(dǎo)熱性能得到改善,提高了器件的耐高溫性,大大延長(zhǎng)了器件壽命。由于LDMOS管的負(fù)溫效應(yīng),其漏電流在受熱時(shí)自動(dòng)均流,而不會(huì)象雙極型管的正溫度效應(yīng)在收集極電流局部形成熱點(diǎn),從而管子不易損壞。所以LDMOS管大大加強(qiáng)了負(fù)載失配和過激勵(lì)的承受能力。同樣由于LDMOS管的自動(dòng)均流作用,其輸入-輸出特性曲線在1dB壓縮點(diǎn)(大信號(hào)運(yùn)用的飽和區(qū)段)下彎較緩,所以動(dòng)態(tài)范圍變寬,有利于模擬和數(shù)字電視射頻信號(hào)放大。LDMOS在小信號(hào)放大時(shí)近似線性,幾乎沒有交調(diào)失真,很大程度簡(jiǎn)化了校正電路。MOS器件的直流柵極電流幾乎為零,偏置電路簡(jiǎn)單,無(wú)需復(fù)雜的帶正溫度補(bǔ)償?shù)挠性吹妥杩蛊秒娐贰?/p>
1.2電路結(jié)構(gòu)選擇及比較
小信號(hào)S參數(shù)可以用于甲類放大器的設(shè)計(jì),也就是要求信號(hào)的放大基本限制在晶體管的線性區(qū)域。然而,涉及到大功率放大器時(shí),由于放大器工作在非線性區(qū),所以小信號(hào)通常近似無(wú)效。此時(shí)必須求得晶體管的大信號(hào)S參數(shù)或阻抗,以得到合理的設(shè)計(jì)效果。
一般說來(lái),甲類工作狀態(tài)失真系數(shù)最小,具有良好的線性度。但是在大功率應(yīng)用情況下,由于甲類工作狀態(tài)的效率低(50%)而不適用。采用甲乙類推挽放大器的電路形式,可以得到與甲類放大器相近的線性指標(biāo)。
推挽電路形式由兩個(gè)獨(dú)立且無(wú)任何內(nèi)部連接的單管放大器構(gòu)成,通過兩個(gè)巴倫進(jìn)行功率的矢量分配與合成。由于巴倫本身具有變阻的特點(diǎn),因此大大降低了變阻比帶來(lái)的阻抗匹配的困難,且巴倫對(duì)于偶次諧波具有很好的抑制作用。但是由于巴倫兩邊間隔過小,兩路相互影響較大,所以應(yīng)用巴倫結(jié)構(gòu)的放大器穩(wěn)定性較差,且該電路的輸入和輸出駐波比較差。
本文采用平衡放大器的形式,結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作原理與巴倫結(jié)構(gòu)的電路相似,但是由于3dB電橋的應(yīng)用,使得兩路射頻信號(hào)之間隔離較好,有利于兩個(gè)端口的匹配。相對(duì)于單管放大器結(jié)構(gòu),其優(yōu)點(diǎn)如表1。
表1平衡放大器與單管放大器特性比較
特性平衡放大器單管放大器
輸入輸出反射好較差
噪聲特性較好較差
長(zhǎng)期穩(wěn)定性好較差
元件離散性對(duì)放大電路影響
較小較大
1.3匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
由于MRF373沒有提供內(nèi)匹配,所以要在放大電路中構(gòu)建匹配網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字電視反射系統(tǒng)中的放大電路工作在470MHz~860MHz,需要在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。寬帶放大器匹配電路設(shè)計(jì)的基本思想是:在放大器的輸入輸出及級(jí)間都采用電抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多級(jí)阻抗變換。該網(wǎng)絡(luò)只起匹配作用,不額外損耗功率,可以保證最大的傳輸系數(shù),對(duì)器件特性起均衡作用,并可以滿足系統(tǒng)所需要的帶寬要求。
使用器件的IV曲線或者通過輸出功率、工作電壓等參數(shù)可以確定負(fù)載RL。為使輸出功率最大,用RL表示器件的內(nèi)部漏極負(fù)載,以此作為輸出匹配電路的目標(biāo)。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)一個(gè)復(fù)阻抗有最佳匹配,則網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗等于負(fù)載阻抗的復(fù)數(shù)共軛值?,F(xiàn)在的負(fù)載阻抗是純實(shí)數(shù)RL,所以最佳輸出匹配電路反映到器件漏極負(fù)載的阻抗是RL的復(fù)數(shù)共軛值,即:
RL=(VDD-VDS(sat))2/2P
其中VDD是工作電壓,VDS(sat)是拐點(diǎn)電壓,P是輸出功率。
根據(jù)上式可以算出,MRF373的RL大約為6Ω。
本文中的放大電路采用分離元件和分布參數(shù)元件混合使用的方法。由于電感比電容有更高的熱損耗,所以在此類電路中通常避免使用電感,而使用高阻抗的傳輸線代替?;旌项愋偷钠ヅ渚W(wǎng)絡(luò)通常包括幾段串連的傳輸線以及間隔配置的并聯(lián)電容。該放大器的輸入匹配部分采用了四節(jié)連阻抗變換,輸出匹配采用五節(jié)連阻抗變換的混合電路形式。輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2、圖3所示。
2電路優(yōu)化與仿真結(jié)果
由于數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)要求放大電路必須工作在線性放大狀態(tài),可以用小信號(hào)S參數(shù)法分析。借助器件廠商提供的小信號(hào)S參數(shù)文件,可以用ADS對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行小信號(hào)S參數(shù)仿真,得到小信號(hào)增益、端口匹配、隔離及穩(wěn)定因子K。表2為MRF373在(Vce=26V、Ic=500mA)下的S參數(shù)。
一個(gè)偉大的時(shí)代,必然要產(chǎn)生屬于這個(gè)時(shí)代的偉大藝術(shù),而這一偉大的藝術(shù)也必然要帶著濃厚的時(shí)代氣息和獨(dú)特的精神烙印呈現(xiàn)于時(shí)代的大舞臺(tái)上。
當(dāng)一個(gè)時(shí)期不能包容它的前一個(gè)時(shí)期,當(dāng)它對(duì)傳統(tǒng)既要繼承又要反叛的時(shí)候,就要產(chǎn)生一個(gè)新的歷史時(shí)期。如果說現(xiàn)代主義時(shí)期,文化藝術(shù)形態(tài)是垂直根狀的,傳播方向是單一的,科技體征是印刷術(shù)和紙張,符號(hào)是文字,話語(yǔ)權(quán)掌握在知識(shí)分子手里,那么后現(xiàn)代歷史時(shí)期,文化藝術(shù)形態(tài)就是平面的,傳播方向不再是單一的而是互動(dòng)交流的,科技體征不僅是印刷術(shù)更是電子媒體,符號(hào)不僅是文字更是圖像,話語(yǔ)權(quán)不僅掌握在知識(shí)分子手里而是受眾手里。因此,當(dāng)下文化藝術(shù)市場(chǎng)是在買方手里,而不是在賣方手里,這是一個(gè)大的變化。隨著后現(xiàn)代主義精神的不斷擴(kuò)大,文化藝術(shù)領(lǐng)域形成了多元文化的相互融合,各藝術(shù)門類相互集結(jié)、互相促生。而包括雜技藝術(shù)在內(nèi)的各藝術(shù)門類及藝術(shù)家們正處在這樣一個(gè)現(xiàn)代主義與后現(xiàn)代主義的交叉時(shí)期。
在這個(gè)交叉時(shí)期,雜技具有強(qiáng)大的兼容性、通化力和最廣泛的參與性,這成為推動(dòng)雜技發(fā)展的根本動(dòng)力。特別是在20世紀(jì)90年代以來(lái)雜技藝術(shù)發(fā)展的興盛時(shí)期,受到世界雜技藝術(shù)發(fā)展的積極影響,
著力推進(jìn)雜技藝術(shù)的理論建設(shè)。重視對(duì)國(guó)內(nèi)外雜技著作及其他見諸于文字的研究成果的推介、翻譯、引進(jìn)、輸出等交流工作,創(chuàng)建被業(yè)內(nèi)普遍接受、取得共識(shí)的完整的專門理論話語(yǔ)體系(含翻譯)。133229.coM在保持傳統(tǒng)雜技術(shù)語(yǔ)的生動(dòng)性、民族化、生活化的基礎(chǔ)上,徹底改變專業(yè)術(shù)語(yǔ)使用上的一義多用和多義一用的無(wú)序狀態(tài),改變專業(yè)術(shù)語(yǔ)以口語(yǔ)、土語(yǔ)、俚語(yǔ)及感性經(jīng)驗(yàn)為主體的蕪雜繁復(fù)的話語(yǔ)方式,提倡一般性書面語(yǔ)表述方式,進(jìn)而建立起以科學(xué)性、系統(tǒng)性、規(guī)范性、學(xué)理性為主要特征的,便于與其他人文學(xué)科交流的專業(yè)話語(yǔ)體系。這需要從我們這一代即開始著手來(lái)做,扎扎實(shí)實(shí)地、科學(xué)有效地當(dāng)做基礎(chǔ)來(lái)做。目前,有志于雜技研究、翻譯以及演出形式以外的雜技文化建設(shè)的人士還不多。從工作機(jī)制上講,我國(guó)至今還沒有一個(gè)專門的雜技研究機(jī)構(gòu),甚至沒有一個(gè)專業(yè)雜技研究人員編制。這種落后現(xiàn)狀長(zhǎng)時(shí)期得不到改變,導(dǎo)致了專業(yè)的雜技翻譯作品奇缺,極大地制約了當(dāng)代
電氣自動(dòng)化控制技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化,提升工藝的運(yùn)行水平。電氣自動(dòng)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(dòng)化控制的技術(shù)能力高,通過不同技術(shù)的相互配合,實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的運(yùn)行控制,而且自動(dòng)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(dòng)化控制能夠以少量程序控制多個(gè)變量,各個(gè)控制對(duì)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(duì)象的運(yùn)行過程,期間修正被控對(duì)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(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展
2.1 智能化
電氣自動(dòng)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(jiǎn)化操作服務(wù)的流程。智能化是電氣自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保。例如:電氣自動(dòng)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(shí)控制照明燈具的使用,延長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化的控制運(yùn)行。
2.4 統(tǒng)一化
電氣自動(dòng)化控制技術(shù)拉近了各個(gè)行業(yè)之間的距離,融入各項(xiàng)技術(shù)的同時(shí),朝向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。在電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的作用下,行業(yè)間遵循相同的設(shè)計(jì)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(shí),體現(xiàn)統(tǒng)一化發(fā)展的優(yōu)勢(shì)[1]。電氣自動(dòng)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(dòng)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?yàn)楣I(yè)規(guī)模較大,對(duì)電氣自動(dòng)化控制的需求大,所以我國(guó)積極推進(jìn)電氣自動(dòng)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(yíng)方式[2]。PLC是電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的主要元件,其為一項(xiàng)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(dòng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造的自動(dòng)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(shí)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(jì)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(dòng)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(dòng)化控制技術(shù)的體現(xiàn),提供專業(yè)的自動(dòng)化控制,保障車輛通行的安全[3]。例如:電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在電子眼中的應(yīng)用,代替警察執(zhí)法,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)抓拍取證,提升電子眼對(duì)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(guó)各地政府在交通業(yè)建設(shè)中,積極引進(jìn)電氣自動(dòng)化控制技術(shù),完善交通監(jiān)控體系,目前,測(cè)速器、屏顯等多個(gè)交通項(xiàng)目中,均涉及到電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的使用。
3.3 農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)是我國(guó)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(dòng)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(dòng)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(yàn)分配工作,一旦控制不好溫度、濕度,即會(huì)影響大棚種植的經(jīng)濟(jì)效益。研究人員將電氣自動(dòng)化控制技術(shù)引入到大棚種植內(nèi),以育秧大棚為對(duì)象,構(gòu)建智能控制系統(tǒng),大棚內(nèi)安裝不同屬性的無(wú)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(dòng)化的信息采集,傳感器采集的信號(hào)傳輸?shù)娇刂浦行?,比?duì)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)指標(biāo),種植人員掌握大棚育秧的實(shí)際情況,同時(shí)根據(jù)對(duì)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(shí)查看育秧的狀態(tài),電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用,輔助構(gòu)建管理平臺(tái),劃分為四個(gè)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(zhǎng)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(duì)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(duì)電氣自動(dòng)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(dòng)化控制技術(shù),如:智能手機(jī)、ipad、跑步機(jī)等,表明電氣自動(dòng)化對(duì)服務(wù)業(yè)市場(chǎng)的推進(jìn)作用[4]。近幾年,電氣自動(dòng)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(diǎn)菜、傳菜等服務(wù),機(jī)器人是餐飲業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),表明電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的重要性,此項(xiàng)技術(shù)在“機(jī)器換人”中,起到自動(dòng)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(yǔ)
電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,表明了該項(xiàng)技術(shù)在行業(yè)運(yùn)營(yíng)中的重要性,滿足我國(guó)社會(huì)行業(yè)建設(shè)的基本需求。根據(jù)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用,落實(shí)發(fā)展策略,充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的潛力,保障其在未來(lái)的應(yīng)價(jià)值。電氣自動(dòng)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(shí)踐應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]賢陽(yáng).應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展是工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵—2007年紐倫堡電氣自動(dòng)化(系統(tǒng)和部件)展覽會(huì)紀(jì)實(shí)[J].自動(dòng)化博覽,2008,Z1:28-30.
[2]吳琦.煤礦電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用[J].硅谷,2015,3:118+120.
目前,“中心”已擁有5萬(wàn)元以上測(cè)試儀器30多臺(tái),各類研究平臺(tái)12座,可資利用的教學(xué)和研究?jī)x器設(shè)備約1500萬(wàn)元。中心的建設(shè)推動(dòng)了能源學(xué)科科學(xué)研究的發(fā)展:近3年來(lái)“中心”骨干成員承擔(dān)了省部級(jí)以上科研課題14個(gè)(其中國(guó)家級(jí)項(xiàng)目6個(gè)),國(guó)際合作項(xiàng)目2個(gè);承擔(dān)市廳級(jí)項(xiàng)目11個(gè),企業(yè)委托開發(fā)課題14個(gè).獲批研究經(jīng)費(fèi)總額超過1000萬(wàn)元。發(fā)表了學(xué)術(shù)研究論文110多篇,其中被權(quán)威期刊和被SCI/EI收錄論文近40篇;出版專著(教材)4部;申報(bào)獲批授權(quán)技術(shù)專利30多項(xiàng).轉(zhuǎn)讓技術(shù)成果5項(xiàng);作為主要完成單位和完成者獲福建省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1個(gè)、三等獎(jiǎng)1個(gè);廈門市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1個(gè)、三等獎(jiǎng)1個(gè)。
“中心”的建設(shè)對(duì)學(xué)校的教學(xué)工作也起到了良好的促進(jìn)作用。依托“中心”這一科技創(chuàng)新平臺(tái),新增設(shè)了10門專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn):通過“中心”建設(shè).集大熱能與動(dòng)力工程專業(yè)與省內(nèi)近50家企業(yè)建立了緊密的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系,構(gòu)建了滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需要的實(shí)踐教學(xué)基地,并承擔(dān)了省級(jí)教改項(xiàng)目“熱能工程卓越工程師培養(yǎng)”的試點(diǎn)工作。2011年.依托本平臺(tái)取得的教學(xué)成果《“熱能工程”創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實(shí)踐》被評(píng)為集美大學(xué)第六屆教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。
另外,中心的建設(shè)對(duì)促進(jìn)學(xué)術(shù)交流方面也起了積極作用?!爸行摹狈謩e于2008年5月、2008年8月和201O年11月承辦了三次全國(guó)性大型學(xué)術(shù)會(huì)議.“中心”的研究骨干還多次參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流并被邀請(qǐng)擔(dān)任本學(xué)科國(guó)內(nèi)和國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議的會(huì)場(chǎng)主席.包括美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)動(dòng)力工程分會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)(ASMEPower2011)分會(huì)場(chǎng)主席、國(guó)際制冷大會(huì)分會(huì)場(chǎng)主席、中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì)分會(huì)場(chǎng)主席等,有力地提升了集美大學(xué)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際的知名度。
推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)程
“中心”自成立以來(lái)就一直致力于清潔燃燒理論與技術(shù)、低溫余熱利用與工業(yè)過程節(jié)能、新能源開發(fā)與利用及與循環(huán)經(jīng)濟(jì)相關(guān)的能源綜合利用技術(shù)研究,為福建省的高效節(jié)能及可再生能源利用技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程做出了一系列積極貢獻(xiàn)。
近年來(lái).“中心”在冰蓄冷空調(diào)及低溫送風(fēng)技術(shù)、烘干系統(tǒng)的優(yōu)化集成節(jié)能技術(shù)、旋風(fēng)除塵技術(shù)、太陽(yáng)能蝶形反射聚光光伏發(fā)電技術(shù)、余能(熱)回收利用技術(shù)、降低燃燒福建無(wú)煙煤鍋爐的飛灰含碳量技術(shù)、燃燒無(wú)煙煤鏈條爐的節(jié)能改造技術(shù)、先進(jìn)的垃圾焚燒爐技術(shù)、燃油荷電霧化清潔燃燒技術(shù)、可再生能源與低品位熱能海水淡化技術(shù)等方面均取得了較大突破,已開發(fā)了10多項(xiàng)科技成果,為省內(nèi)近50家企業(yè)提供了節(jié)能減排技術(shù)服務(wù),服務(wù)行業(yè)涉及電力、建材、化工、冶金、紡織印染等諸多領(lǐng)域。例如,與廈門同力節(jié)能科技有限公司簽訂了《立體多層次蝶型反射聚光光伏發(fā)電技術(shù)》技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議,該項(xiàng)技術(shù)直接經(jīng)濟(jì)效益在年1000萬(wàn)元以上;與鎮(zhèn)江市電站輔機(jī)廠有限公司共同進(jìn)行了《低溫工業(yè)煙氣余熱資源化利用成套技術(shù)開發(fā)》,通過回收余熱,可為企業(yè)節(jié)省大量燃料從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益,每年可節(jié)能折價(jià)人民幣5000~;以上:與廈門銀鷺重工有限公司共同進(jìn)行了《20t/h級(jí)高效燃燒福建無(wú)煙煤的CFB鍋爐技術(shù)開發(fā)》,每年通過煤的高效燃燒和資源綜合利用可增收500萬(wàn)元以上。近年來(lái).“中心”通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)服務(wù)、推廣新技術(shù)等形式進(jìn)行了成果推廣,累積每年為企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益近3500萬(wàn)元。
2009
Hardback
ISBN 9781848003378
Shin’ya Obara著
燃料電池技術(shù)作為一種新型發(fā)電技術(shù)引起了越來(lái)越多人的關(guān)注,技術(shù)水平也得到了很大發(fā)展,本書介紹了由燃料電池及其它發(fā)電裝置構(gòu)成的分布式發(fā)電機(jī)組所組成的微電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù),作者Shin’ya Obara為日本苫小牧國(guó)家科技學(xué)院的教授,JSME,ASME,IEEE等多個(gè)學(xué)會(huì)成員,是《The Open Fuels and Energy Science Journal》,《Journal of Computational Science and Technology》,《International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems》,《Applied Mathematical Modeling》等多個(gè)雜志審稿人,出版著作17本,發(fā)表科技論文100多篇。
本書分為13章。1.考慮部分負(fù)荷及負(fù)荷波動(dòng)的小型燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的組成與布置、能量平衡與目標(biāo)函數(shù)、能量輸出特性等內(nèi)容;2.燃料電池供能網(wǎng)絡(luò)最小成本優(yōu)化配置方案,介紹了系統(tǒng)方案、熱水管路系統(tǒng)釋放熱能的數(shù)量、能量平衡、成本計(jì)算與目標(biāo)函數(shù)、分析方法與案例研究、分析結(jié)果等內(nèi)容;3.分區(qū)協(xié)作管理模式引起的發(fā)電效率的提高,介紹了系統(tǒng)布置、微電網(wǎng)的發(fā)電效率、電力需求模型、分析方法并進(jìn)行了案例研究,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了討論;4.采用負(fù)荷平衡及放熱損失方法考慮減小燃料電池容量的燃料電池供電系統(tǒng),介紹了負(fù)荷平衡和燃料電池的布置方案、分析方法并進(jìn)行了案例分析;5.柴油發(fā)電裝置與燃料電池混合互聯(lián)微電網(wǎng)的設(shè)備布置方案,介紹了微電網(wǎng)模型、混合互聯(lián)微電網(wǎng)模型、設(shè)備布置、混合互聯(lián)微電網(wǎng)運(yùn)行方法、柴油發(fā)電機(jī)特性與質(zhì)子交換膜型燃料電池特性、系統(tǒng)分析方法并進(jìn)行了案例研究;6.分布式燃料電池廢熱的有效利用分析法,介紹了熱水管路放熱的途徑與數(shù)量、熱能平、熱水管路系統(tǒng)放熱的數(shù)量、燃料電池發(fā)電與供熱特性、能量需求方式與燃料電池容量,并進(jìn)行了案例分析,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了研究;7.寒冷地區(qū)獨(dú)立房間燃料電池的負(fù)荷相應(yīng)特性,介紹了系統(tǒng)布置、每部分裝置的時(shí)間常數(shù)、分析方法、分析結(jié)果與討論;8.可以控制裝置數(shù)量的燃料電池微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性,介紹了微電網(wǎng)的電能質(zhì)量、系統(tǒng)中各配置裝置的響應(yīng)特性、控制變量與分析方法、微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性;9.質(zhì)子交換膜燃料電池與木質(zhì)生物質(zhì)發(fā)電機(jī)混合微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性,介紹了系統(tǒng)方案、質(zhì)子交換膜燃料電池與斯特林發(fā)電機(jī)的控制響應(yīng)特性、該混合微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性分析結(jié)果;10.考慮到部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率TIGA的燃料電池與氫發(fā)動(dòng)機(jī)混合系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)方案、設(shè)備特性,該混合系統(tǒng)的電力與熱能輸出特性,案例分析與結(jié)果討論;11.氫氣化城市煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)與燃料電池混合微電網(wǎng)二氧化碳排放分析,介紹了系統(tǒng)方案、設(shè)備特性、案例分析與結(jié)果討論;12.帶太陽(yáng)能重整裝置的燃料電池系統(tǒng)的快速運(yùn)算法則的發(fā)展,介紹了系統(tǒng)方案、能量與質(zhì)量平衡、該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行預(yù)測(cè)、案例分析與結(jié)果討論;13.燃料電池與風(fēng)力發(fā)電機(jī)微電網(wǎng)的功率特性,介紹了微電網(wǎng)模型,系統(tǒng)布置設(shè)備的響應(yīng)特性,控制參數(shù)與分析方法,微電網(wǎng)的負(fù)荷響應(yīng)特性。
本書結(jié)構(gòu)清晰,表述深入淺出,理論分析之后都有相應(yīng)的案例分析,有利于對(duì)所述內(nèi)容的理解。該書既可以作為電力相關(guān)專業(yè)本科生或研究生的教科書,也可以作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參考資料。
論立勇,博士生
風(fēng)力發(fā)電
目前,我國(guó)已超過美國(guó),成為全球風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家,同時(shí)也成為風(fēng)能設(shè)備最大的生產(chǎn)國(guó)。隨著國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(dòng)系統(tǒng)等)以及并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)在風(fēng)電整機(jī)制造方面具有很強(qiáng)的實(shí)力,是我國(guó)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(xiàng)大型橫、縱向課題,成果顯著。其設(shè)計(jì)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1.5MW風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,占據(jù)一定的市場(chǎng)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(guó)內(nèi)首家“可再生能源學(xué)院”,下設(shè)風(fēng)能與動(dòng)力工程專業(yè),未來(lái)還將籌備生物質(zhì)發(fā)電和太陽(yáng)能利用專業(yè)。研究?jī)?nèi)容以大容量風(fēng)力發(fā)電接入,對(duì)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(chǎng)建模與仿真、風(fēng)能資源測(cè)量與評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(shì)。
重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,借助其在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),在風(fēng)電機(jī)組齒輪箱設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)特性研究、工作模態(tài)測(cè)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(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)動(dòng)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(jì)系列軟件。
浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(dòng)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(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)模型分析方面經(jīng)驗(yàn)豐富。
東南大學(xué)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)研究、設(shè)計(jì)方面走在前列。近期又集合學(xué)校優(yōu)勢(shì)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(shí)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(duì)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(jì)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(guó)軌道交通電傳動(dòng)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(yàn),研究實(shí)力在國(guó)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(guó)內(nèi)最早研究風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)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(chǎng)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(jiǎn)單以及維護(hù)方便等特點(diǎn),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(yáng)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(yáng)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(guó)光伏業(yè)正處在爆發(fā)式增長(zhǎng)期,中國(guó)大陸和臺(tái)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(guó)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(guó)內(nèi)高校對(duì)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(guó)迄今為止唯一的專門從事光伏系統(tǒng)技術(shù)研究的國(guó)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(dòng)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(jì)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(gè)大型光伏電站設(shè)計(jì)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(guó)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(guó)家、社會(huì)、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(shí),也因?yàn)閯倓偲鸩?,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(guó)內(nèi)的研究工作相對(duì)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(yáng)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(guó)留學(xué)生已經(jīng)撐起了中國(guó)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(shí)力可見一斑。
在歐洲,各國(guó)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(guó),丹麥?zhǔn)悄茉磫栴}解決得最好的國(guó)家之一。早在2006年,我國(guó)就與丹麥簽署了“可再生能源”合作項(xiàng)目,國(guó)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(yàn),并且與許多國(guó)家和組織開展合作,產(chǎn)學(xué)研實(shí)力很強(qiáng)。特別是在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)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(chǎng)的控制與監(jiān)測(cè)、仿真、設(shè)計(jì)、優(yōu)化。
隨著新能源技術(shù)發(fā)展以及各項(xiàng)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(jí)帶來(lái)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(shì)院校
文/南京航空航天大學(xué) 郭棟梁
該專業(yè)重點(diǎn)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(dòng)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(yáng)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(gè)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(shí)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(cè)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(yáng)能及儲(chǔ)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(jì)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(gè)技術(shù)領(lǐng)域之一,新能源材料與器件是實(shí)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(guó)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(guó)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(chǔ)材料及其器件設(shè)計(jì)、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(yáng)電池技術(shù)等為特色。未來(lái)就業(yè)集中在光伏太陽(yáng)能、新能源開發(fā)和利用以及半導(dǎo)體材料器件的設(shè)計(jì)、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(duì)太陽(yáng)能材料制備、檢測(cè)和應(yīng)用,可以拓展到生物能等其他新能源。
四川大學(xué)
中圖分類號(hào):TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
Analyses the micro network control research status
DUAN Xiao-rui,LI Jin,ZENG Zhao-wei
(College of Electrical Engineering, Guizhou University, Guiyang Guizhou,550025)
Abstract: In recent years, Distributed Generation obtained more and more attention and application, and by the small capacity of distributed power network research. This paper first introduces the concept of micro network and micro network control strategy, and then summarizes and analyzes the current research status of micro network.
Key words: Micro network;The control strategy;The status quo
引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,近年來(lái)用電負(fù)荷正急劇增長(zhǎng)。與此同時(shí),能源危機(jī)與環(huán)境保護(hù)的壓力正逐漸加大,化石燃料的迅速消耗和燃燒應(yīng)用中產(chǎn)生的污染問題也已嚴(yán)重影響到了人們的正常生活。因此,綠色清潔的新能源以及可再生能源的應(yīng)用得到了越來(lái)越多的重視。分布式發(fā)電將分散存在的清潔能源轉(zhuǎn)化為電能,使分布式能源得到最有效的利用,因此分布式發(fā)電技術(shù)為清潔能源的推廣應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐[1]。分布式發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展,將分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以微網(wǎng)的形式運(yùn)行,與大電網(wǎng)互為支撐,是發(fā)揮分布式發(fā)電供能系統(tǒng)能效的最有效方式。
微網(wǎng)概念
微網(wǎng)是一種可將各種小型分布式電源組合起來(lái)為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電能的低壓電網(wǎng)。它具有聯(lián)網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行模式,能提高負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。微網(wǎng)中的分布式電源常采用電力電子接口連接到微網(wǎng),這增加了分布式電源接口控制的靈活性,但是減少了系統(tǒng)的慣性。微網(wǎng)缺少慣性和運(yùn)行模式的多樣性增加了系統(tǒng)在維持能量平衡及頻率穩(wěn)定等方面的控制難度。微網(wǎng)既可以通過配電網(wǎng)與大型電力網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行,形成一個(gè)大型電網(wǎng)與小型電網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng),也可以獨(dú)立地為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供電力需求。該靈活運(yùn)行模式大大提高了負(fù)荷側(cè)的供電可靠性。同時(shí),微網(wǎng)通過單點(diǎn)接入電網(wǎng),可以減少大量小功率分布式電源接入電網(wǎng)后對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響。
微網(wǎng)控制策略
微網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中需要解決的關(guān)鍵問題之一就是控制問題。當(dāng)微網(wǎng)中的負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),如何通過對(duì)微網(wǎng)中各種微電源進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)控制,以保證微網(wǎng)在不同運(yùn)行模式下都能夠滿足負(fù)荷的電能質(zhì)量要求,是微網(wǎng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵[2]。
目前的微網(wǎng)控制方案,按整體控制策略可分為對(duì)等控制、主從控制。主從控制一般是指底層微電源的控制是一種主從控制結(jié)構(gòu):以一個(gè)微電源作為主單元,其控制器作為主控制器,其余微電源的控制器作為從控制器。從控制器必須服從主控制器,其之間的通信聯(lián)系是強(qiáng)聯(lián)系,一旦通信失敗,微網(wǎng)將無(wú)法正常工作。主從控制策略主要用于孤島運(yùn)行時(shí)的微網(wǎng)。對(duì)等控制就是微網(wǎng)中每個(gè)微電源地位相等,不存在起主要支撐作用的主控制單元。對(duì)等控制策略基于下垂控制法,分別將頻率和有功功率、電壓和無(wú)功功率關(guān)聯(lián)起來(lái),通過一定的控制算法,模擬傳統(tǒng)電網(wǎng)中的有功、頻率特性曲線和無(wú)功、電壓曲線,實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)而無(wú)須借助于通信。
下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制是目前常見三種的微電源接口逆變器控制方法。下垂控制方法就是使接口逆變器模仿傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的下垂特性,通過有功和無(wú)功來(lái)調(diào)節(jié)微電源輸出的頻率和電迅。該控制方法是基于本地測(cè)量的有功和無(wú)功值對(duì)逆變器進(jìn)行控制,各微電源之間不需要通信,因此一般用于對(duì)等控制策略中[3]。恒壓恒頻控制通過直接給定電壓和頻率的參考值,設(shè)計(jì)控制器來(lái)調(diào)節(jié)接口逆變器的輸出電壓和頻率,主要用于孤島運(yùn)行模式,給微網(wǎng)提供頻率和電壓的支撐[4]。主從控制策略中主微電源的控制一般釆用此控制方法。通常PQ控制用于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)控制器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)使逆變器按照給定的有功和無(wú)功參考值輸出功率,微電源一般不參與電壓、頻率的調(diào)節(jié),主要由大電網(wǎng)提供支撐[5]。當(dāng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí),微網(wǎng)必須中有維持電壓和頻率的微電源。
研究現(xiàn)狀
微電網(wǎng)是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn),其靈活的運(yùn)行方式、高質(zhì)量的供電服務(wù)以及綠色高效的經(jīng)濟(jì)性能,使其具有良好的發(fā)展前景。我國(guó)對(duì)微網(wǎng)的研究尚處于起步階段,在國(guó)家科技部“863計(jì)劃先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域2007年度專題課題”中已經(jīng)包括了微網(wǎng)技術(shù),目前中國(guó)科學(xué)院電工研究所、清華大學(xué)、天津大學(xué)等單位相繼開始了對(duì)微網(wǎng)的研究。
文獻(xiàn)[6]通過對(duì)微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)微網(wǎng)主從控制模式和對(duì)等控制模式進(jìn)行比較,得到結(jié)論:主從控制微網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的無(wú)差控制,但對(duì)主控單元有很強(qiáng)的依賴性,主控單元的選擇至關(guān)重要; 若微網(wǎng)中存在燃機(jī)等輸出穩(wěn)定且易于控制的DG時(shí),應(yīng)優(yōu)選其作為主控單元,而光伏風(fēng)力等間歇性DG作為從控單元; 若微網(wǎng)中不含有可控DG,則選擇儲(chǔ)能裝置為主控單元,但儲(chǔ)能裝置容量將限制其長(zhǎng)時(shí)間孤島運(yùn)行。對(duì)等控制微網(wǎng)具有冗余性,但沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復(fù)問題,屬于有差控制,魯棒性差,并且在控制和應(yīng)用上尚存在若干關(guān)鍵技術(shù)問題亟待攻克,目前僅限于實(shí)驗(yàn)研究階段。
文獻(xiàn)[7]研究了下垂控制和混合控制的微源控制方法,并建立了微網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型, 針對(duì)計(jì)劃孤網(wǎng)和非計(jì)劃孤網(wǎng)中的下垂控制和混合控制進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了2種控制方式對(duì)維持微網(wǎng)孤網(wǎng)穩(wěn)定的有效性,并且任何控制方式下,微網(wǎng)再并網(wǎng)時(shí)均需對(duì)微源出力進(jìn)行重新調(diào)整,才能平滑過渡至并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行模式。
文獻(xiàn)[8]分析了微網(wǎng)中多個(gè)分布式電源采用 P-f 和 Q-V 下垂控制時(shí),微網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性。根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)分布式電源的輸出特性和負(fù)荷需求特性,設(shè)計(jì)了一種分布式電源層對(duì)等控制與主從控制相結(jié)合的微網(wǎng)控制策略,并分析了采用此控制方案后微網(wǎng)在不同運(yùn)行情況下的暫態(tài)特性。
文獻(xiàn)[9]主要研究了微電源接口逆變器的控制方法,通過建立下垂控制小信號(hào)模型,仔細(xì)分析了電壓頻率、電壓幅值下垂參數(shù)和低通濾波器的截止頻率三個(gè)參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。將微電源等效為直流源或經(jīng)整流后的直流源,在坐標(biāo)系中建立了三相逆變器的數(shù)學(xué)模型;在分析微電源逆變器控制方法和原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于下垂特性的雙環(huán)反饋控制器、PQ控制器。
文獻(xiàn)[10]只考慮并網(wǎng)后電網(wǎng)向微網(wǎng)注入功率時(shí),對(duì)含有一個(gè)DG的微網(wǎng)并網(wǎng)過程仿真,研究了并網(wǎng)過程中頻率和電壓波動(dòng)變化,著重分析了在并網(wǎng)前開關(guān)兩側(cè)電壓相對(duì)相位超前和落后的兩種不同情況,提出了微網(wǎng)并網(wǎng)的最佳控制策略:并網(wǎng)時(shí)開關(guān)兩側(cè)的電壓差必須很小,理想狀態(tài)為零;電網(wǎng)頻率必須稍高于微網(wǎng)頻率;并網(wǎng)時(shí)刻電網(wǎng)電壓必須超前于微網(wǎng)電壓。
文獻(xiàn)[11]詳細(xì)分析了PQ控制和V/f控制的原理和方法,對(duì)相應(yīng)的控制器進(jìn)行設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上建立起微網(wǎng)的模型。通過不同運(yùn)行方式仿真驗(yàn)證了該模型的運(yùn)行特性,從而證明了控制策略的有效性和正確性。
文獻(xiàn)[12]分析了傳統(tǒng)的下垂控制策略在微電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用所存在的缺陷,并提出采用倒下垂控制與下垂控制相結(jié)合的綜合控制策略。該策略在改善微電網(wǎng)的穩(wěn)定性,最大限度地限制過流情況發(fā)生等方面都具有顯著特點(diǎn),而且能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的無(wú)縫切換,同時(shí)也為不同響應(yīng)時(shí)間的儲(chǔ)能裝置選擇合適的控制策略提供了可能。
由以上的分析可知,目前我國(guó)針對(duì)微網(wǎng)控制的研究主要集中在下垂控制、恒壓恒頻控制和恒功率控制三種控制方式,在假定條件下通過對(duì)其控制原理和方法的分析進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),進(jìn)而搭建模型進(jìn)行仿真,從而驗(yàn)證控制策略的有效性。
總結(jié)
面對(duì)能源危機(jī)的挑戰(zhàn),加強(qiáng)綠色能源的利用,既符合國(guó)家的能源政策,又可以緩解現(xiàn)階段能源供求緊張的關(guān)系。智能微網(wǎng)的出現(xiàn),可以較好地解決整個(gè)電網(wǎng)控制的復(fù)雜性。雖然目前微網(wǎng)的實(shí)用化還存在著各種各樣的困難,但微網(wǎng)在降低能耗以及補(bǔ)充電網(wǎng)不足方面的優(yōu)點(diǎn)會(huì)促進(jìn)專家學(xué)者的研究,微網(wǎng)的巨大潛力會(huì)凸現(xiàn)出來(lái)。
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