电气工程及其自动化的发展现状研究

2021-01-11赵沙沙孟凡涛

数字通信世界 2021年9期

赵沙沙，孟凡涛，郑冉

（1.泰山科技学院，山东泰安 271038；2.国网山东省电力公司梁山县供电公司，山东济宁 272600；3.国网山东省电力公司青岛市黄岛区供电公司，山东青岛 266499）

1 人类对电的认识历程

2600多年前，古希腊人泰勒斯发现当琥珀被毛皮摩擦后可以吸附稻草屑。17世纪初期，英国科学家威廉吉尔特发现和琥珀具有相同吸附性的物质，并称这类物质为“带电体”。1734年，英国科学家杜伐，通过实验发现了“玻璃电”和“松香电”，也就是我们今天所说的正电和负电。到18世纪初期，经过科学家的不懈努力，人们已经可以判断一个物体是否带电。18世纪中期，美国科学家富兰克林的“风筝实验”证明了当时被人们称为“上帝之火”的雷电和琥珀摩擦毛皮产生的是同一性质的电。1800年，意大利的科学家伏特发明了伏特电池，由此产生了直流电的雏形。1831年，英国科学家法拉第发现电磁感应现象，从而得到了产生交流电的方法。至此人们进入了电气时代！

2 我国电气工程及其自动化的发展现状

电气工程学科已有近200年的发展历史，是一个有着广泛应用前景的学科，其涵盖电机与电器、电力系统、高电压与绝缘技术、电力电子、电工理论与新技术等五个专业。近年来，依托电气自动化技术，电能的生产、传输、分配、使用等的稳定性和智能化都得到了极大的提高。

2.1 电能运输的稳定性

电能运输作为连接发电厂和用户的桥梁，其正常运行与否直接影响着供电的可靠性。

目前，我国的发电方式有火力发电、水力发电、核能发电、风力发电、太阳能发电，主要发电方式仍以火力发电为主，而新型清洁能源将成为未来主要的发电能源[1]。由于各类能源地域分布不均，例如：煤炭资源主要分布在西北、华北地区，水力资源主要分布在西南地区，而电能的消费中心主要集中在我国东部、南部和东南部。这就决定了我国电能不能做到就地平衡，大电网、跨区域输电是我国电网发展的必然[2]。

高压直流输电因其日益提高的可靠性、经济性在我国跨区域输电工程中得到广泛应用。目前，我国已经建成淮东-皖南±1100 kV特高压直流输电工程，进一步提高了电能输送的效率和稳定性。但直流输电技术的应用使电网的构成和运行方式都变得更加复杂，这也对电力系统的调度提出了新的要求。

近年来，新能源逐渐接入电网，但是新能源发电容易受到天气变化、季节变化等影响，具有很大的不确定性，因此，新能源在实际接入电网的过程中难免会对电网的运行及电网的线损造成影响[3]，2020年6月，±500 kV张北柔性直流电网试验示范工程四端带电组网成功，柔性直流电网工程进一步破解了新能源大规模开发利用的难题。

2.2 电气技术的智能化

通信技术、传感测量技术、自动控制技术以及能源电力技术是当前电气智能化的核心技术。智能化的技术手段在电气技术中的应用，进一步提高了电网维护过程中的安全性，减小了运维成本，同时也是标志着我国电气自动化迈入了新的台阶[4]。电气技术的智能化已广泛应用于电能的输送、电能的分配、电能的检测系统中。例如，当电能输送网络发生故障时调度中心将收到大量的信息，这其中包括很多不确定的信息（自动保护装置的拒动、误动以及信息畸变或者丢失等），因此，调度人员很难根据这些信息判断输电线路故障的类型和具体的故障位置。基于这一问题，国内外专家学者提出了专家系统、粗糙集理论、人工神经网络、模糊集理论、贝叶斯网络、Petri网等，其中不少方法被应用到工程实际，并取得了显著的成果。

随着智能电网建设规模的不断扩大，特高压输电、清洁能源发电等技术的不断发展，以及全球能源互联网的进一步推进，电气技术的智能化将在电力系统中得到更广泛的应用[5]。

2.3 人才培养的规模化

电气自动化专业的主要特点是强弱电结合、软硬件结合，其以电气工程、控制科学与工程、计算机科学与技术为主干学科。国内最早的电气工程专业于1908年设立于南洋大学堂（交通大学前身）[6]。目前，我国已有不少高校开设电气自动化专业，为我国的电力相关行业输送了大量的专业技术人才。

电气工程及其自动化专业主要培养具有解决电气工程技术与控制问题能力的专业人才。虽然我国电气类专业技术人才的培养在不断的推进，但随着社会科技的不断发展，尤其是5G时代的到来，其培养规模仍然达不到社会的需要。基于专业课学时的限制，多数高校侧重于理论教学，忽视了实践性教学的重要性，即使有实验课，也是以模拟性和演示性实验为主，这在一定程度上造成了学生动手能力差、创新意识薄弱的现象。同时由于学校教学仪器、教学内容等不能较好地跟上科技的发展，因此，在教学过程中不能很好地向学生教授最前沿的新产业、技术，这使得电气工程及其自动化专业的学生在走向工作岗位之后，缺乏基本的动手能力、创新意识和对所处领域新技术的把握程度[7]。

随着国家对人才培养力度的不断加大和教学改革的不断推进，电气工程及其自动化专业学生的专业素养、创新能力将会不断提高。

3 我国电气工程及其自动化的发展前景

依托科技的进步和电气工程及其自动化专业人才培养的规模化，我国的电气产业得到了跨越式发展。随着电气产业在各行各业中的不断应用，人们对电能运输的稳定性和供电质量的要求越来越严格。基于此，加大在人才培养方面的投资力度，实现理论研究成果到工程实际应用的转化率；合理调整自动化系统平台，应用计算机技术实现供电系统的网络化、智能化[8]；减少因电力网络的故障而耗费的人力、物力，充分实现故障切除的准确性、时效性、安全性；因地制宜发展新能源，实现多能源并网系统的稳定性、可靠性，将成为未来电气自动化技术发展的一大趋势。