国外电气工程及其自动化精选(九篇)

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第1篇：国外电气工程及其自动化范文

关键词：电力电子技术；电气工程；课程设置

作者简介：刘晋（1974-），男，河北涿州人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；牛印锁（1973-），男，河北定州人，华北电力大学电气与电子工程学院，高级工程师。（北京100026）

基金项目：本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）06-0064-02

随着电力电子器件制造技术和微机技术的发展，电力电子技术在电气工程的各个领域得到了广泛的应用，电力电子技术在各个领域的应用带来了相应领域的技术革命。

在电力系统领域，电力电子技术除了广泛地应用于发电、输电、配电和用电等环节，在太阳能光伏发电、风力发电等可再生能源发电领域、电动汽车应用和节能等领域也得到广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。

“电力电子技术”已经成为电气工程专业重要的专业基础课。由于专业背景和就业方向的不同，国内不同高校以及国外大学在“电力电子技术”的课程设置、教学内容、教学重点、教学手段、实验内容以及后续专业课程设置等方面存在许多异同点。

本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科教学方面的情况进行了初步的对比，对其教学安排、教学内容与手段和实验情况进行了对比总结，希望这些对比和总结能够帮助从事电力电子方面教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果，为该课程的教学提供有益的参考和借鉴。

国内大部分理工科院校都开设了“电力电子技术”课程，本文选取了国内的清华大学、西安交通大学、浙江大学、南京航空航天大学和华北电力大学进行了比较分析；国外大学选取了美国麻省理工学院和英国曼彻斯特大学进行了比较分析。

一、课程设置比较

清华大学电机工程与应用电子系、信息科学技术学院自动化系开设了“电力电子技术”课程，机械工程学院汽车工程系开设了“汽车电力电子学”。后续相关课程有“直流输电技术”、“电力传动与控制”、“电力拖动与运动控制”。

西安交通大学电气工程学院、电子与信息工程学院自动化科学与技术系开设了“电力电子技术”课程，共56学时，包括8学时的4个实验项目。

浙江大学电子信息工程、电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程，共56学时，包括16学时的实验项目，实验学时数相对较多。

南京航空航天大学电气工程及其自动化和自动化等专业开设了“电力电子技术”课程，共72学时，包括16学时的实验项目，总学时数和实验学时数相对较多。

华北电力大学电气与电子工程学院电气工程及其自动化专业、信息工程专业，控制与计算机工程学院自动化专业开设了“电力电子技术”课程，共48学时，包括8学时的4个实验项目。后续相关课程有“电力电子技术应用”（专业选修）、“HVDC与FACTS技术”、“电力电子课程设计”和“电力电子综合实验”。

国内几所高校课程开设情况见表1。

美国麻省理工学院EECS（电气工程与计算机科学）系开设了“电力电子技术”（Power Electronics）课程。

英国曼彻斯特大学EE&E（电气与电子工程）学院为电气与电子工程专业、机械电子工程专业2年级开设了“电机、拖动与电力电子”（Machines，Drivers & Power electronics）课程，上述两个专业在3年级开设了“调速”（Variable Speed Driver）和“电力电子”（Power Electronics）课程。

英国诺丁汉大学EE&E（电气与电子工程）系为电气与电子工程专业2年级开设Power Supply Electronics；为电气工程与可再生能源系统专业2年级开设Power Supply Electronics，3年级开设Power Electronic Design，Renewable Generation Technologies and Control，FACTS and Distributed Generation，Energy Conversion for Motor and Generator Drives，以及选修课程Advanced AC Drives，Technologies for Wind Generation，Advanced AC Drives with Project，Advanced Electrical Machines等相关课程。

从课程设置上看，国内大多数高校电气工程专业基本都将“电力电子技术”作为专业基础课程。但不同专业特色的学校在其后续课程设置上差别较大，该专业学生未来就业的方向和领域对后续课程的设置影响很大，这也是各个学校在电力电子技术教学上最具专业特色的地方。

二、教学内容比较

国内高校在“电力电子技术”课程教学内容上相差不多，主要内容有：电力电子器件、整流电路、逆变电路、直流斩波电路、交流―交流电力变换、电路脉宽调制（PWM）技术、软开关技术和电力电子应用介绍等内容。南京航空航天大学还增加了功率变换器中的磁性元件设计方面的教学内容。

麻省理工学院EECS系“电力电子技术”课程内容主要有：整流器，功率因数畸变检测与校正，磁场，DC/DC变换器，隔离DC/DC变换器，DC/AC变换器，EMI滤波器，损耗与吸收电路，软开关，热设计，控制，三相系统介绍，多相整流器，开关电源，谐振变换器，实际的电力电子系统设计中的相关问题和课程设计等内容。

英国曼彻斯特大学EE&E学院的“电机、拖动与电力电子”（Machines，Drivers & Power electronic）课程内容主要有：交流感应电机、交流同步电机、变压器、相控整流电路及其应用。“调速”（Variable Speed Driver）的主要内容有：感应电机特性，变频调速原理等。

通过对比可以看出，国内外大学在“电力电子技术”课程内容上差别比较大，侧重点也各不相同。国内使用的“电力电子技术”本科教材大都是在介绍电力电子开关器件的基础上，对各种交、直流电能变换电路的结构和工作原理进行定性和定量的分析，并涉及一些相关的应用技术。国外教材则更注重最基本原理介绍和电力电子实际应用电路系统的设计和计算分析。

三、教学方法与手段比较

在教学手段上，国内外大学大体相近，大都采用多媒体、动画技术与黑板相结合的教学手段。另外，国外大学采用手写、打印胶片投影授课也较为普遍，在课前把授课讲义发放给学生。

国内高校教学主要以课堂讲授为主，由于学生人数比国外学生多，课堂的互动性以及课堂讨论比国外高校要少，且效果不好。另外，国内学生课外查阅文献资料和阅读材料的环节常常被忽略，这点与国外高校差别较大。

在辅助教学方面，国内外大学形式上差别不大，主要通过习题课、答疑、平时测验和复习课等方式帮助学生进行课下的自学和考试前的复习。

四、实验环节比较

在基础实验内容上，国内高校基本上以电力电子器件特性、相控整流电路实验、直流斩波电路实验、交流电力控制电路实验、负载换相式逆变电路实验、交―直―交变频电路实验、SPWM逆变实验等作为基础实验。由于各个学校的实验条件和专业特色不同，开放性和设计性实验的内容和开展情况差别较大。

曼彻斯特大学EE&E学院电力电子课程实验内容较少，实验室条件（如实验室面积，实验台套数等）不如国内许多高校，但其学生对撰写的实验报告非常认真，国外学生正是通过认真撰写实验报告加深了对于实验原理和内容的理解。

在后续课程实验中，各学校侧重点各不相同。如华北电力大学在后续课程中开设开发了闭环直流电机脉宽调速实验、静止无功补偿（SVC）实验、高压直流输电（HVDC）实验等针对电力电子技术在电力系统应用的专业实验内容，具有鲜明的电力系统专业特色。

国内多数高校都存在学生人数多而实验室设备套数少，实验重复次数多和实验室教师工作量大的情况，这种情况在短期内很难解决。电力电子网络实验平台和虚拟实验室的研究和建设可以为该问题的解决提供一定的思路。

五、启发与体会

通过对国内外几所大学在电力电子技术本科教学方面的对比，有很多值得我们学习和借鉴的思路和方法，在“电力电子技术”教学改革中，笔者认为应注意以下几点：

（1）建立系统教学的观念。在课程体系的设置、教材编写、课程内容组织和实验项目安排的过程中，从电力电子系统的角度出发，结合本学校开课专业未来的应用领域，将相关的知识与未来实际应用有机融合起来，使学生深入了解电力电子技术在未来工作中的应用，从而提高学生的学习兴趣，使学生学习做到有的放矢。

（2）注重电力电子基础实验和设计性实验相结合，培养学生的电路系统设计思想和能力，根据本校专业发展和应用的实际需要开发相应的专业应用实验项目。

（3）注重课堂教学、仿真验证、实验验证和电路设计有机的结合。丰富教学手段，通过仿真与实验的对比分析，使理论和实践相结合，提高教学效果。

（4）建立电力电子教学资源平台，为国内各个高校相关专业的教师和学生提供一个互相学习、交流和资源共享的网络平台，从而不断提高“电力电子技术”及其相关课程的教学水平，为广大的师生营造良好的学习和学术研讨氛围。

六、总结

本文对国内外几所大学“电力电子技术”本科课程设置、教学内容、教学方法与手段、实验环节等进行了比较和分析，对“电力电子技术”教学提出了一些建议，希望为该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。

参考文献：

[1]关晓菡,张卫平,张东.国内外高校电力电子技术教育现状综述[J].电气电子教学学报,2006,(2).

第2篇：国外电气工程及其自动化范文

关键词： 电力工程；自动化；技术；发展；问题；趋势；分析

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0028-02

1 概述

电力系统及其自动化是随着电力工业和自动化技术的发展而发展起来的应用型基础学科。研究方向主要有电力系统运行和控制理论、人工智能在电力系统中的应用、直流输电技术、电力系统在线监视与控制技术、微型计算机继电保护等。专业应用范围包括电力系统运行分析与控制、电力市场分析、电网调度自动化、继电保护、信息管理、电力企业管理现代化、厂站自动化和智能化仪器仪表在电力系统中的应用等方面。电力自动化需要具备坚实的电气工程学科基本理论知识，能在电力工程、电气自动化工程及其他行业从事电力系统自动化的研究、设计、运行和管理等方面的高级工程技术人才。

生产过程中的各个环节都属于电力系统自动化的领域，比如自动检测、调节和控制，系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输等。它的目标就是保证供电的电能质量（频率和电压）、系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

建立电力工程及其自动化的通用网络系统可以优化资源配置，使商业之间的信息交流得到准确性和安全性的保证。一个企业包括设备控制，技术监管，企业管理等许多步骤，要想使这些步骤得到资源的合理化配置，就要使这些系统通过网络联系起来。通过建立电力工程及其自动化的通用网络系统，使各个系统之间的数据得到高效，快捷的交换，促使整个企业的优化发展。只有电力工程及其自动化的数据能够实现信息的标准化对接，电力工程及其自动化的系统传递信息才会更安全，更高效。所以，在目前的电力工程及其自动化的发展过程中，一定要实现程序接口的完美对接，从而减少开发工程的时间和费用。

2 电力自动化控制系统设计思想

电力系统是一个巨维数的典型动态大系统，它具有强非线性、时变性且参数不确切可知，并含有大量未建模动态部分。电力系统地域分布广阔，大部分元件具有延迟、磁滞、饱和等等复杂的物理特性，对这样的系统实现有效控制是极为困难的。另一方面，由于公众对新建高压线路的不满情绪日益增加，线路造价，特别是走廊使用权的费用日益昂贵等客观条件的限制，以及电力网的不断增大，使得人们对电力系统的控制提出了越来越高的要求。正是由于电力系统具有这样的特征，一些先进的控制手段不断地引入电力系统。它的主要设计思想为以下几点。

2.1 集中监控方式 集中监控方式不但运行维护方便，控制站的防护要求也不高，而且系统设计也很容易。但由于这种方式是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，所以处理器的任务相当繁重，处理速度也会受到一定的影响。由于电力设备全部进入监控，致使主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，这也会造成设备无法操作。这种接线的二次接线比较复杂，查线也不方便，而大大增加了维护量，还存在在查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。

2.2 远程监控方式 远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高和组态灵活等优点。但由于各种现场总线的通讯速度不是很高，使得电厂电力部分通讯量相对又比较大，所以这种方式大都用于小系统监控，而在全厂的电力自动化系统的构建中却不适用。

2.3 现场总线监控方式 现场总线监控方式使系统设计更加具有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样就可根据间隔的情况进行设计。这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，节省了大量控制电缆，节约了很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。此外，各装置的功能相对独立，组态灵活，使整个系统具有可靠性而不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。

3 电力系统调试策略的应用

电站中装置及智能设备安装完毕，参数的设备设置完毕，终端装置的通信规约的选项，调控数据库以及自动化控制系统的建立，等设备都已准备完毕好后，就能用自动变电站系统进行联调与系统结构的无人在值班的情况下进行调试工作。

变电站自动化调试主要包括两个部分，一是本体调试，二是与调度联调。这两个也都有自己的应用范围，比如本体调试又分保护测控通讯调试、遥信信息调试、遥测数据调试、遥控调试、ERTU（电量采集系统）通讯调试、VOC（电压无功综合控制系统）调试等等。而与调度联调则包括104通道调试、上传遥信信息调试、上传遥测数据调试、调度遥控功能调试等。

4 计算机技术在智能电力系统中作用

现代社会是一个信息化社会，任何事情要想取得发展都离不开计算机的支持，电力系统也是如此，电力系统要想取得发展，应该注意计算机技术和电力系统自动化的结合，使计算机为智能电力系统的发展做出自己的贡献，加快电力系统智能化的脚步。目前来说两者结合的形成的一个最典型的技术就是智能电网技术，它实际上是我国建设智能电网的准备工作，换句话说，也可以说是智能电网的雏形。

智能电网在建设的过程中需要很多依托计算机的技术，典型的有智能电网的通信技术，需要先进的现在网络通信技术的应用，而且需要具备双向性、实时性、可靠性的特征；有信息管理系统，也是完全依托计算机技术而存在的，信息管理系统可以说是计算机技术中应用最为广泛的技术之一，在各行各业中都有应用，在智能电网中也不例外。

电力系统信息自动传输系统简称远动系统，其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。电力监控系统借助现代的网络技术和计算机技术实时监视电力系统的运行参数（包括：开关状态，故障状态和位置，电压、电流、电度等实时变化的电气参数，报警信号等）、事件记录、波形记录等数据，不断地传送至电力监控计算机（以后简称监控中心），并可以实施遥控命令，使运行管理人员可以通过监控中心全面了解电力系统的运行工况，准确、快速地判断故障位置和故障原因，简便地实现各种数据分析（包括负荷分析，电能消耗分析，电能质量）。对于一些难于判断的故障，可以通过波形记录来帮助管理者分析故障原因。该电力监控系统能够实现的主要功能包括：系统运行实时监视、电能质量监视、远程控制和操作记录、事件报警和记录、数据采集和历史数据管理、各种报表打印、电能管理。

5 电力自动化系统发展研究方向

5.1 智能保护与变电站综合自动化 为了使电力自动化系统的研究能跟上国际先进水平，应该注重对电力系统智能保护和变电站综合自动化的研究，如此可以大大增加电力系统的安全水平。

5.2 电力市场理论与技术 要想使电力自动化系统取得更大的发展，应该加强对电力市场理论和技术的研究，提出适合我国现阶段电力市场运营模式的具体数学模型和算法。

5.3 电力系统实时仿真系统 如果要想为智能保护及灵活输电系统的控制策略提供一流的实验条件，应该加强对电力系统实时仿真系统的研究，它能够有效的协助科研人员进行新装置的测试。

5.4 配电网自动化 在中低压网络数字电子载波ndlc、配网的模型及高级应用软件pas、地理信息与配网scada一体化方面取得了重大技术突破。

5.5 现代电力电子技术在电力系统中的应用 开展了电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究

5.6 电力系统分析与控制 应该加强电力系统分析和控制的研究，比如在实时相角测量、小电流接地选线方法、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、等方面进行研究。

5.7 人工智能在电力系统中的应用 为了提高电力系统运行和控制的智能化水平，应该结合电力工业发展的需要，开展电力系统智能控制理论与应用的研究。

5.8 电气设备状态监测与故障诊断技术 为了全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平，应该加强对电力设备状态监测与故障诊断技术的研究，开发出发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统。

参考文献：

[1]黄中英，邢海瀛，邹江峰.MAX125型模/数转换器在电能质量监控系统中的应用与设计[J].国外电子元器件，2006，06.

第3篇：国外电气工程及其自动化范文

Abstract： At present， the functions of the formaldehyde measurement productsare are not perfect， and the price is higher. In order to design a detectionequipment with simple construction， high sensitivity and high reliability， the study gave a further support to improve the product performance. The system included the functions of formaldehyde gas detection， sound and light alarm， communication， and data display with backlight LCD. The hardware in the total system designed with a modular structure， which were divided into seven modules. The software system could run in Keil C51 environments. Programming was implemented by using modularized design method. In order to increase the reliability and stability in the system， it took anti-interference processing. The portable formaldehyde detectionequipment has some advantages， such as the simple circuit， low cost， short-term system design and development， reliable work， low system failure， stable performance， high precision， easy installation and so on.

关键词：甲醛；测量装置；设计；便携式

Key words： formaldehyde；detection equipment；design；portable

中图分类号：TH83 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0159-02

0 引言

随着生活水平的提高，人们日益关注自身健康。甲醛为较高毒性的物质，已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。近年来，由于居室、食品、纺织品和化妆品中甲醛含量超标而出现的甲醛中毒现象频频发生，因而，研制能够准确快速检测环境中醛气体浓度的相关仪器，具有重要的现实意义。目前，甲醛的测定方法主要有分光光度法、比色法、催化动力学法、荧光法、色谱法等。分光光度法和比色法多用于进行简单的定性检测且精度较低；催化动力学法虽然精度高，但对催化条件及反应时间要求严格；荧光光度法灵敏度高，但容易受到其他物质的干扰；色谱分析法快速、灵敏，但其价格昂贵，对操作人员技术要求高，难以普及[1-5]。鉴于此，十分有必要研制灵敏度高、精度高、抗干扰能力强、价格适中且推广应用前景广阔的甲醛含量检测装置。本研究基于单片机控制技术，设计并实现甲醛的快速准确检测及报警提醒功能。

1 系统及工作原理

1.1 系统功能

甲醛气体检测功能：通过气体传感器电路模块，实时测量甲醛浓度。

声光报警提示功能：当甲醛浓度超过设定的浓度值时，产生提示信息：一是，进行声音报警；二是，进行闪光报警，提示使用者及时处理。

通信功能：能通过通信接口，将甲醛浓度数据及时发送出去，与外界进行交换信息。

LCD显示功能：实时显示出当前的甲醛浓度数据。

1.2 系统的硬件设计框架

整个系统的硬件采用模块化的设计方法。系统共划分7个模块：气体传感器模块；滤波放大电路模块；电源电路模块；LCD显示电路模块；通信电路模块；MCU主控器模块；声光报警电路。其中，气体传感器模块是检测甲醛的浓度，从而产生一个微弱的模拟电信号，这个微弱的模拟电信号与甲醛的浓度存在一定的数量关系。滤波放大电路模块是对外界杂波信号剔除，同时对微弱的模拟电信号进行有效的放大处理。整个系统的硬件结构如图1所示。

1.3 系统工作原理

系统加电，MCU主控器开始初始化工作，加载软件程序，此后，系统接入正常工作状态。首先，主控器启动甲醛检测：信号从气体传感器输出，经过信号的滤波与放大处理，输入到MCU。其次，MCU启动程序ADC采样程序，将模拟的甲醛浓度数据转换为数字的甲醛浓度数据，并对数字的甲醛浓度数据进一步处理，计算出甲醛浓度数据。最后，MCU对甲醛浓度数据结果进行四个方面的处理：一是，将甲醛浓度数据输出到LCD显示电路，实时显示出甲醛浓度数据；二是，将甲醛浓度数据输出到通信电路，发送给外设进行信息交换，便于远程监测；三是，当甲醛浓度数据超过设定值时，产生声音提示，让使用者及时处理；四是，当甲醛浓度数据超过设定值时，产生闪光报警提示。

2 系统的软件设计

2.1 软件模型结构

甲醛检测装置不仅仅需要硬件电路系统，还要有相应的软件应用程序。本系统的软件设计可读性非常强，非常容易理解，移植性好。本设计是在Keil C51环境下，进行程序设计，采用模块化的设计理念。本软件系统划分6个模块：启动ADC采集模块；启用算法并计算出甲醛浓度模块；LCD显示出甲醛浓度模块；声音报警模块；闪光报警模块；数据通信模块。每个模块分别设计，分别验证，方便重复设计，整个设计的软件流程如图2所示。

2.2 抗干扰的软件处理技术

为了增加系统的可靠性及稳定性。本设计在抗干扰方面做了一些处理，例如，增加了延时程序、冗余程序、看门狗程序，经设计与测试，系统性能得到较大改善。

3 关键技术

滤波放大电路：该部分处理效果直接影响到甲醛浓度的精度，应采用多级滤波处理，一级一级过滤；放大器采用OPA820，输入噪声电压小，具有高带宽，增益稳定；供电简单，采用单电源供电。

电源处理：尽量使用钽电容进行滤波，电源电路尽可能简单；PCB布线时，电容尽可能靠近电源引脚，电源部分与信号部分尽可能隔离，并采取多级去杂波处理。

4 检测结果比较

目前测试甲醛含量精度较高的方法是运用国标方法（酚试剂分光光度法），本研究采用对比试验，将便携式甲醛检测装置的检测结果与酚试剂分光光度法的检测结果相比较，结果如表1所示。

如表1所示，与酚试剂分光光度法相比，该装置对甲醛浓度检测结果的相对误差较低（-0.2164%～0.6218%），精度较高，可以满足居室、食品、纺织品和化妆品中甲醛含量检测的精度要求。

5 结论

该甲醛检测装置具有设计成本低，电路简单，元器件较少，携带方便的优点。同时，它还具有对外交换数据的功能，能及时地在LCD上显示甲醛浓度，及时地产生声光报警提示。该系统的设计开发周期短，系统故障低，性能稳定，精度较高且安装方便。该设计既适用于便携式甲醛检测仪器的产品开发；也适用于电气工程及其自动化、测控技术与仪器等专业学生的实验教学，学生可在系统设计开发过程中切实提高自身的实际操作能力和动手能力。

参考文献：

[1]张淑霞，王晓文，高亚辉，等.甲醛检测方法研究进展[J].农业机械，2011（26）：141-145.

[2]兰羽，卢庆林.基于MQ138传感器的甲醛检测仪设计[J].电子测量技术，2013（8）：111-114.

[3]郭家辰.甲醛检测系统及其测试系统的设计与实现[D].云南大学，2012.