二电力系统工作经历对电气工程本科教学起到的积极作用
1教材选用目的更加明确
教材是高校实施培养计划的重要介质，直接影响着教学质量和人才。高质量、合理化的教材是提高教学质量与水平、完成人才培养计划与目标的保证。作者在施教时参照自身的工作经验，选用更具有方向性与实践性的教材，提高毕业生与企业之间的契合度。智能电网、数字化电站是电力系统的发展趋势，其要求电网信息化、自动化程度更高。因为这一目的，可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）被广泛应用到电力系统中，目前国内应用的PLC有西门子（SIEMENS）公司生产的S7系列、施耐德公司生产的Quantum等系列、三菱公司生产的FX3G系列等。随着日系PLC退出中国市场，西门子PLC被普遍应用于电力系统自动化控制。例如三峡电厂、葛洲坝电厂、溪洛渡电厂等大型水电站使用PLC对发电机组、辅助设备系统等设备进行控制。因此在向电气工程与自动化专业教授《电器与可编程控制器》这门课程时，应该选用以西门子PLC为基础讲述电厂及电网自动化控制的教材，教学内容更接近电力系统工作实践，使电气工程及自动化专业毕业生在走上工作岗位时具有更强的适应能力。
2培养学生更具有方向性
现代电力企业对高校毕业生有着严格的职业要求。扎实的专业能力、较强的实践动手能力以及必要的公文写作能力是毕业生就职于电力企业所必须具有的素质。电力系统设备分为一次设备、二次设备两大类。就发电厂而言，从事电气一次设备的检修、维护及管理工作需要毕业生熟练掌握《发电厂电气主系统》、《电力系统继电保护》、《电机学》等专业课程的内容，熟悉电机、开关电器、载流导体、电抗器、补偿设备、避雷器、继电保护系统相关知识，这些是为适应发电厂工作而储备的理论知识。从事电气二次系统工作的毕业生则必须重点掌握《自动控制理论》、《电力系统继电保护》、《电子技术》、《电器与可编程控制器》的相应内容。因此拥有扎实、丰富的专业知识来服务电力企业，是电气工程及自动化专业的培养目标。实践动手能力在促使毕业生快速融入到企业生产工作中扮演着积极、重要的作用。发电厂电气设备维修工作需要毕业生有较强的电气二次配线、布线及PLC编程能力。发电厂中大量布置电气二次控制盘柜，实际的检修与维护工作需要高强度的控制回路布线与配线工作，电力系统高度自动化则需要毕业生具备基于PLC的自动化程序读写能力。公文写作能力是现代化大型企业对职工的基本要求。我国各级电力系统的运营、管理、维护已经实现了规范化、制度化、标准化。实际的工作中需要职工撰写大量的公文，例如对发电厂而言，每个月要写电厂运营报告、机组检修报告、技术改造方案等，特别是实行工作票制度后，每天都要写设备缺陷处理报告及巡检报告。这些工作要求职工具有一定的公文写作能力。对于毕业生而言，必要的公文写作能力在求职及就职中有着不可替代的优越性。
3将工作经验融入教学
将宝贵的工作经历融于课堂教学，可极大地丰富教学内容，提高学生的学习兴趣。作者讲述《电路》第十一章时，结合自己的工作经历深入浅出地讲述了变压器的原理、空载和短路实验，使学生更好地理解和掌握课堂内容。在讲述《电器与可编程控制器》时，以发电厂开停机控制流程、辅助设备自动化控制流程为例，将专业课程学习与电厂实际工作紧密结合起来，以培养更适合企业要求的应用型人才。
4将企业中应用的前沿技术
带进课堂随着数字化电站、智能电网的建设，大型发电机组实现并网发电，状态检测技术投入使用，开始对1000KV特高压技术进行实验研究。电力系统的发展日新月异，设备更新速度非常快。电气工程自动化专业的教学应当将当前电力系统的先进技术、发展趋势带进课堂，在丰富教学内容的同时，增加学生对前沿技术的求知兴趣。笔者从事过175MW、770MW水电机组的自动化控制系统改造及维修工作，巨型水电厂厂用电系统运行及维护工作，水电机组状态检测与故障诊断系统的组建与维护工作。其中770MW发电机组自动化控制技术、巨型水电组状态检测与故障诊断技术都是当前电力系统的前沿技术。将这些知识带进课堂，有利于学生充分认识本专业的发展动向与趋势，积极地规划自己的职业发展方向。
2电力系统工作经历对电气工程本科教学起到的积极作用
2.1教材选用目的更加明确
教材是高校实施培养计划的重要介质，直接影响着教学质量和人才。高质量、合理化的教材是提高教学质量与水平、完成人才培养计划与目标的保证。作者在施教时参照自身的工作经验，选用更具有方向性与实践性的教材，提高毕业生与企业之间的契合度。智能电网、数字化电站是电力系统的发展趋势，其要求电网信息化、自动化程度更高。因为这一目的，可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）被广泛应用到电力系统中，目前国内应用的PLC有西门子（SIEMENS）公司生产的S7系列、施耐德公司生产的Quantum等系列、三菱公司生产的FX3G系列等。随着日系PLC退出中国市场，西门子PLC被普遍应用于电力系统自动化控制。例如三峡电厂、葛洲坝电厂、溪洛渡电厂等大型水电站使用PLC对发电机组、辅助设备系统等设备进行控制。因此在向电气工程与自动化专业教授《电器与可编程控制器》这门课程时，应该选用以西门子PLC为基础讲述电厂及电网自动化控制的教材，教学内容更接近电力系统工作实践，使电气工程及自动化专业毕业生在走上工作岗位时具有更强的适应能力。
2.2培养学生更具有方向性
现代电力企业对高校毕业生有着严格的职业要求。扎实的专业能力、较强的实践动手能力以及必要的公文写作能力是毕业生就职于电力企业所必须具有的素质。电力系统设备分为一次设备、二次设备两大类。就发电厂而言，从事电气一次设备的检修、维护及管理工作需要毕业生熟练掌握《发电厂电气主系统》、《电力系统继电保护》、《电机学》等专业课程的内容，熟悉电机、开关电器、载流导体、电抗器、补偿设备、避雷器、继电保护系统相关知识，这些是为适应发电厂工作而储备的理论知识。从事电气二次系统工作的毕业生则必须重点掌握《自动控制理论》、《电力系统继电保护》、《电子技术》、《电器与可编程控制器》的相应内容。因此拥有扎实、丰富的专业知识来服务电力企业，是电气工程及自动化专业的培养目标。实践动手能力在促使毕业生快速融入到企业生产工作中扮演着积极、重要的作用。发电厂电气设备维修工作需要毕业生有较强的电气二次配线、布线及PLC编程能力。发电厂中大量布置电气二次控制盘柜，实际的检修与维护工作需要高强度的控制回路布线与配线工作，电力系统高度自动化则需要毕业生具备基于PLC的自动化程序读写能力。公文写作能力是现代化大型企业对职工的基本要求。我国各级电力系统的运营、管理、维护已经实现了规范化、制度化、标准化。实际的工作中需要职工撰写大量的公文，例如对发电厂而言，每个月要写电厂运营报告、机组检修报告、技术改造方案等，特别是实行工作票制度后，每天都要写设备缺陷处理报告及巡检报告。这些工作要求职工具有一定的公文写作能力。对于毕业生而言，必要的公文写作能力在求职及就职中有着不可替代的优越性。
2.3将工作经验融入教学
将宝贵的工作经历融于课堂教学，可极大地丰富教学内容，提高学生的学习兴趣。作者讲述《电路》第十一章时，结合自己的工作经历深入浅出地讲述了变压器的原理、空载和短路实验，使学生更好地理解和掌握课堂内容。在讲述《电器与可编程控制器》时，以发电厂开停机控制流程、辅助设备自动化控制流程为例，将专业课程学习与电厂实际工作紧密结合起来，以培养更适合企业要求的应用型人才。
2.4将企业中应用的前沿技术带进课堂
随着数字化电站、智能电网的建设，大型发电机组实现并网发电，状态检测技术投入使用，开始对1000KV特高压技术进行实验研究。电力系统的发展日新月异，设备更新速度非常快。电气工程自动化专业的教学应当将当前电力系统的先进技术、发展趋势带进课堂，在丰富教学内容的同时，增加学生对前沿技术的求知兴趣。笔者从事过175MW、770MW水电机组的自动化控制系统改造及维修工作，巨型水电厂厂用电系统运行及维护工作，水电机组状态检测与故障诊断系统的组建与维护工作。其中770MW发电机组自动化控制技术、巨型水电组状态检测与故障诊断技术都是当前电力系统的前沿技术。将这些知识带进课堂，有利于学生充分认识本专业的发展动向与趋势，积极地规划自己的职业发展方向。
中图分类号：G712文献标识码：B文章编号：1006-5962（2013）02-0027-02
高职机电一体化专业课程设置的培养目标是：面向工业企业生产现场，电气控制系统制造公司、机电设备制造公司、机电设备、电气设备、工控设备制造公司或公司、科技开发公司，培养适应社会需要，全面发展，适应本专业相对应职业岗位的高等技术应用性专门人才，主要岗位群定位是自动化设备安装员、自动化设备调试员、中高级维修电工等，本专业有五个主干学科：电气工程、电子工程、机械工程、计算机科学与技术、控制科学与工程，都是为了岗位需要设置的专业知识。其中《自动化生产线安装与调试》作为一门核心专业课在第四学期进行了贯穿和综合。
1自动化生产线的课程设置
机电一体化专业人才培养能力有：识图绘图能力、机电安装调试维修能力、电控系统调试检修能力、自动线调试维护能力、机电设备管理能力及机电产品营销能力等。《自动化生产线安装与调试》前序课程有PLC技术、传感器技术、电机与控制，后序课程有机床维修等。在我们所要实现的教学目标中知识目标涉及到：机械手工作原理、握机械手控制原理、机械手气动原理、熟悉安全操作规程；能力目标有：对已安装的机械手机械部件进行测量；对机械手的气路进行基本调试；根据故障现象判断故障部位；检查分析、找到故障点并分析解决故障；遵守安全操作规程；素质目标有严谨的职业态度、规范的操作习惯、创新精神、团结协作精神、自主学习精神及沟通能力。
此核心课程以项目驱动教学开展课程教学，提升学生的职业能力，以具体自动化生产线为载体，融合认知、安装、调试和检测等内容，实现教、学、做、评一体化教学，突出课程的职业性、实践性和开放性。以学生为主体，采取多样化教学方法。以自动化设备改造为工作过程，涉及电路图分析、电气图设计、程序设计、设备组装、设备运行调试、设备检测、设备维护等行动领域，设置六个学习情境：零配件拆装、传感器检测、气路检测、异步电机检测、步进电机检测、整体检测调试，分成20个任务。
项目一：供料站的安装，有机械拆装、气路拆装、电器拆装三个任务；项目二：加工站的安装，设计任务有加工站组装、光电传感器检测、限位传感器检测三个任务；项目三：装配站的安装，设计任务有装配站组装、电磁阀检测、气缸检测三个任务；项目四 ：分拣站的安装，设计任务有分拣站组装、传送带的检测、异步电机的检测、变频器的检测四个任务；项目五：输送站的安装，设计任务有输送站组装、光纤传感器检测、机械手检测、步进电机的检测、溜板检测四个任务；项目六：整体运行调试，有PLC控制网络构建、程序编写、综合调试三个任务。
2自动化生产线的教学方法与评价设计
2.1教学方法。
（1）讲授法：讲解项目任务，传授项目任务相关的知识点，针对学生实施过程中出现的不足进行知识点的说明。
（2）现场教学法：在符合生产要求的工作环境中进行操作技能和维修应用能力实践，提高职业氛围，在工作过程中提升学生的职业道德、职业素养和岗位适应能力。
（3）任务驱动法：将教学过程融入项目任务中，让学生自主讨论分析实施，学生在工作过程中得到知识。
（4）小组讨论法：学生每六～八人为一个小组，小组讨论分析，讨论解决，分工协作完成项目任务。
六步教学实施：明确任务、讨论分析、制定方案、检测故障、检验效果、总结分析。老师交代目标，注意观察和记录小组对现象分析情况，解答学生提出的问题，对跟主题分析偏离太远的小组予以引导，让学生自行摸索，在后期对学生可能会引起事故或损坏设备和工具的异常操作给予纠正，最后老师组织小组进行故障排除工作汇报，互评，并对每组进行考核评价，再引导学生自行总结。
2.2评价设计。
课程采用过程考核与期终考核相结合、企业考核与校内项目考核相结合、教师考核与学生考核相结合的多元化考核方式，利于理论联系实际，有利于学生的学习创新和思考，更督促他们到实际中去发现和改进，去寻找合适自己的项目和课题。
课程考核为：校内项目，企业，综合实训三大类。当堂课的考核有：教师考核、小组互评、小组自评；教师考核内容为五项：任务分析情况，实施方案制定，任务完成质量、分工协作精神、故障检测手段、安全操作规范、小组总结。
和很多专业课一样，多种教学方法和全面的评价方案，有效保证了教学效果。
3相关课教学
3.1电机与电气控制的教学。
本课程以发电机为主题，以工作任务为导向，以工厂实用型电气控制系统设计、安装、调试与维护情景教学为主线贯穿全课程，用实物进行直观性教学，使学生感性认识强，理性认识够。
典型的教学任务有三相异步电动机全压启动、三相异步电动机长动控制、三相异步电动机正反转控制、三相异步电动机延时启动控制（或三相异步电动机Y-降压启动）、机械手控制等。
课程特色是学生充分利用所学知识、网络资源、闲瑕时间作为期三个月的“继电控制课程设计”。任务书要求能够根据功能要求选择个元器件的类型及其型号；了解个元器件的工作原理和使用方法；把各元器件连接起来实现本课程设计的要求。设计内容和要求：两台电动机都存在重载启动的可能，任何一级传送带停止工作时，其他传送带都必须停止工作，控制线路有必要的保护环节，有故障报警装置。课程设计书要有课题介绍、题目、摘要、总体方案设计、设计目的、控制要求、设计要求、 硬件选型、主电路原理图的设计、 控制电路原理图的设计、重载保护电路设计、欠压保护电路设计、总结。
3.2PLC教学。
PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的简称，早期是一种开关逻辑控制装置，随着计算机技术和通信技术的发展，其控制核心采用微处理器，功能有了极大扩展，除了最广泛的取代传统的继电器-接触器控制的开关量逻辑控制外，还有过程控制，数据处理，通信联网与显示打印，PLC接口采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。
PLC有5种编程语言：
（1）顺序功能图（SFC）。
顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法是将一个复杂的控制过程分解为小的工作状态，这些状态按顺序连接组合成整体的控制程序。
（2）梯形图（LD）。
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，是在常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，要求用带CRT屏幕显示的图形编程器才能输入图形符号，是目前用得最多的一种PLC编程语言。
（3）功能块图（FBD）。
功能图编程语言是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，与数字电路中的逻辑图一样，极易表现条件与结果之间的逻辑功能。
（4）指令表（IL）。
采用经济便携的编程器将程序输入到可编程控制器就用指令表，使用的指令语句类似微机中的汇编语言。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用手持式编程器，必须将梯形图转换成指令表后再写入PLC，在用户程序存储器中，指令按步序号顺序排列。
（5）结构文本（ST）是文字语言。
编程语言的学习是PLC教学的一项重要内容，中间加以不同的应用实例：顺序控制电路、常闭触点输入信号的处理，使用多个定时器接力定时的时序控制电路、三相异步电动机正反转控制电路、钻床刀架运动控制系统的设计，LED数码管显示设计，还经常根据继电器电路图设计梯形图。
增加的学习情境还常有如下任务：洗手间的冲水清洗控制、进库物品的统计、竞赛抢答器装置设计、彩灯或喷泉PLC控制；寻找数组最大值并求和运算、电热水炉温度控制等。
3.3单片机。
单片微型计算机就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。用于示波器、报警系统、移动电话、彩电等日常方面，在智能仪器仪表、工业控制、家用电器、计算机网络和通信领域、医用设备领域、工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域也都有广泛应用。
数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，微型单片化集成了如看门狗、AD/DA等更多的其它资源。教学内容以80C51为核心讲授单片机的的引脚、存储器组织结构、典型语句，以实例应用为线索：单灯受控闪烁、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯、单片机做加、减、乘、除运算等项目。各子任务都作硬件电路及工作原理分析、主程序流程图设计、源程序的编辑、编译、下载、单片机的I/O接口分配及连接。
教学采用ISP-4单片机实验开发板，可以完成大量的单片机学习、开发实验，对学习单片机有极大的帮助。该板采用在线可编程的AT89S51单片机，有程序下载功能，可将编辑、编译、调试好的单片机代码下载到AT89S51单片机中。
3.4变频器技术及应用。
变频技术让学生熟练掌握各种电力电子器件的工作原理、主要参数、驱动电路与保护技术；掌握交-直-交变频器、交-交变频器、谐振型变频的工作原理和应用范围；掌握脉宽调制控制、矢量控制和直接转矩控制等先进技术；了解变频器与感应电动机组成变频调速系统、变频器与双馈电机组成调速系统、变频器与同步电动机组成变频调速系统，掌握电力电子电机系统的组成、工作原理、控制方法、运行特性等，是强电应用和现代技术推广的有力体现。
3.5传感器与自动检测技术。
传感器技术代替人的感观，在各种环境下应用，检测技术是一套有效的反应体系，包括信息的获得、测量方法、信号的变换、处理和显示、误差的分析以及干扰的抑制、可靠性问题等。因此掌握常用传感器的工作原理、结构、性能，并能正确选用，了解传感器的基本概念和自动检测系统的组成，对常用检测系统有相应的分析与维护能力。对工业生产过程中主要工艺参数的测量能提出合理的检测方案，能正确选用传感器及测量转换电路组成实用检测系统的初步能力。
教学过程进行小论文制作，让学生提高计算机应用水平，使学生从文字处理水平提高到办公处理水平。对分节、目录、文献标识作严格要求。题目如数字显示电子称、基于霍尔传感器的转速表、单片机电子秤研究、光纤测温仪、烟雾报警器、小车寻迹设计、电熨斗自动恒温系统、电涡流探伤、电感测厚仪等。
4毕业论文指导分析
毕业论文专业联系实际，通常小型自动化系统以单片机为主，大型自动化生产线以PLC为主，系统运行动力离不开电机，观察离不开传感器，调速可用变频器，综合所学，学生的论文涉及广泛，有效教学可对应从如下方面侧重指导。
4.1立意选题。
根据实际和研究方向做好侧重和体现，如“触摸屏控制的碱液配置系统”和“两种液体混合装置的PLC控制系统”的系统性和方向性，“车库自动门的PLC自动控制”和“测速雷达信号处理系统”的检测指标要求等。
4.2材料整合。
在任务要求明确的基础上，首先确定相关技术指标，对应查找并列出论文结构，一份毕业论文至少含有三到五门课的内容，对应于研究方向进行相应编排和取舍。
4.3技术处理。
所搜集图片的背景往往有水印，要去掉，图片按要求进行不同方向的剪切。图表里的文字应是五号或小五，注意表格标题要单独标出等等格式要求。流程图、梯形图的设计与表现。
多种教学方法和理论联系实际教出具有学习能力和创新能力的学生，系统的学习与应用创造练就出具有竞争力的学生，专业课的有效教学和毕业论文的顺利设计将显示本专业沉甸甸的含金量。
参考文献
[1]吕景全.《自动化生产线安装与调试》，中国铁道出版社，2010年7月
[2]马玉春.《电机与电气控制》，北京交通大学出版社，2011年1月
人类智能主要要包括三个力面，即感知能力，思维能力，行为能力，而人工智能是指由人类制造出来的“机器”所表现出来的智能。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。
1.人工智能应用理论分析
人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是门边沿学科，属于自然科学和社会科学的交叉。涉及哲学和认知科学、数学、心理学、计算机科学、控制论、不定性论，其研究范畴为自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法等，应用于智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程。
当今社会，计算机技术已经渗透到生产和生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产、运输、传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等关键一环，实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。
2.人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但AI控制器例如：神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解，也有利于控制策略的统一开发。这些AI函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势，这些优势如下
（1）它们的设计不需要控制对象的模型（在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素。例如：参数变化，非线性时，往往不知道。）
（2）通过适当调整（根据响应时间、下降时间、鲁棒性能等）它们能提高性能。例如：模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍，下降时间快3.5倍。
（3）它们比古典控制器的调节容易。
（4）在没有必须专家知识时，通过响应数据也能设计它们。
（5）运用语言和响应信息可能设计它们。论文格式，自动化控制。
（6）它们有相当好的一致性（当使用一些新的未知输入数据就能得到好的估计），与驱动器的特性无关。论文格式，自动化控制。。现在没有使用人工智能的控制算法对特定对象控制效果非常好，但对其他控制对象效果就不会一致性地好，因此对具体对象必须具体设计。
3.人工智能的应用现状
（1）优化设计电气设备的设计是一项复杂的工作，它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的。因此，很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计（CAD），大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进，使传统的CAD技术如虎添翼，产品设计的效率及质量得到全面提高。
用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计，因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
（2）智能控制的功能实现
①数据采集与处理：对所有开关量、模拟量的实时采集，并能按要求处理或存贮。
②画面显示：模拟画面真实显示一次设备和系统的运行状态，可实时显示电流、电压等所有模拟量、计算量、隔离开关、断路器等实际开关状态及挂牌检修功能，能生成历史趋势图。
③运行监视：具有对各主要设备的模拟量数值、开关量状态的实时智能监视，有事故报警越限和状态变化事件报警，事件顺序记录、声光、语音、电话图象报警。
④操作控制：通过键盘或鼠标实现对断路器及电动隔离开关的控制，励磁电流的调整。按顺控程序进行同期并网带负荷或停机操作。系统对运行人员的操作权限加以限制，以适应各级运行值班管理。
⑤故障录波：模拟量故障录波，波形捕捉，开关量变位，顺序记录等（包括主要辅机）。论文格式，自动化控制。。
⑥在线分析：不对称运行分析、负序量计算等。
⑦在线参数设定及修改：保护定值包括软压板的投退。
⑧运行管理：操作票专家系统，运行日志，报表的生成及存储或打印，运行曲线等。
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开，但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。
4.恒压供水案例简析
恒压供水在工业和民用供水系统中已普遍使用，由于系统的负荷变化的不确定性，采用传统的PID算法实现压力控制的动态特性指标很难收到理想的效果。在恒压供水自动化控制系统的设计初期曾采用多种进口的调节器，系统的动态特性指标总是不稳定，通过实际应用中的对比发现，应用模糊控制理论形成的控制方案在恒压系统中有较好的效果。在实施过程中选用了AI 一808人工智能调节器作为主控制器，结合FXIN PLC逻辑控制功能很好地实现了水厂的全自动化恒压供水。对于单独采用PLC实现压力和逻辑控制方案，由于PLC的运算能力不足编写一个完善的模糊控制算法比较困难，而且参数的调整也比较麻烦，所以所提出的方案具有较高的性价比。
本案例中只是一个人工智能在电气自动化中的一个小小的应用，也是电气元
件生产供给的一个方向，实现机械智能化是我们努力的追求，将人工智能的先进的最新成果应用于电气自动化控制的实践是一个诱人的课题。
人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能完成的复杂的工作，电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力，人工智能的应用体现在问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器人学等方面。而这诸多方面都体现了一个自动化的特征，表达了一个共同的主题，即提高机械的人类意识能力，强化控制自动化。因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0186-04
一、电气自动化的发展
电气工程及其自动化的触角伸向各行各业,小到一个开关的设计,大到宇航飞机的研究,都有它的身影。本专业生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作,是宽口径“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大。据估计,随着国外大企业的进入,在这一专业领域将出现很大缺口,那时很可能出现人才供不应求的现象。电气工程及其自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科,但由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关,发展非常迅速,现在也相对比较成熟。已经成为高新技术产业的重要组成部分,广泛应用于工业、农业、国防等领域,在国民经济中发挥着越来越重要的作用,下文就来简述一下我国电气自动化的发展历程:
(一)全空型的电力电子开关。于上世纪五十年代晶闸管出现了,它标志着运动控制的新纪元。尽管它是第一代电子电力器件,但仍被沿用至今。随后交流变频技术出现后相继有出现了全控制式器件如GTR等。这是电力电子器件的第二代;接下来是IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。最后是功率集成电路,PIC即第四代电力电子器件。
(二)由低频向高频方向发展的电路。不断更新的电力电子器件势必要引发变换器电路的换代。
当应用于普通晶闸管时,直流传动的变换器主要是整流相互控制,交流变频传动则是交―直―交变频器。当电力电子器件转换到第二代的时候,PWM变换器采用的相应也要多些。因为采用了PWM变换器之后不仅提高了功效,并且能够减少高次谐波对电网的影响,合理解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。随着应用的深入,PWM也存在着诸多缺陷,因此也就有了谐振式直流逆变器电路的发展。
(三)交流调速控制理论。交流电机磁场定向远离市由德国学者F・Blaschke所提出来的,这一理论的提出为交流传动高性能控制奠定了深刻的理论基础。但他提出的这个思想远不能够达到理论的操控效果。于是事隔14年后于1985年德国鲁德大学的Depenbrock教授又提出了直接转矩控制的思想,紧接着有将它推放到了弱磁调速的范围内。可以说他的这一控制思想新颖,控制结构简单明了,信号处理的物理概念明确,是一种高静动态性能的新型交流调速方法。
(四)通用变频器的投入使用。通用变频器:系列化、批量化、占市场量最大的中小功率变频器。先后变频器经历了第一代:普通功能型U/F控制型;第二代:高功能型U/F型;第三代:高动态性能适量控制型。
(五)单片机的发展。占主导地位的MCS-51的8位机虽占主导地位,但是它的功能还比较简单,指令集短小,因此就有了适合大批量生产的PIC系列单片机的推广使用,它不仅具有很高的可靠性,而且保密性高。
二、电气自动化的应用
一直以来,我国在CIMS,自动控制,机器人产品,专用集成电路等等方面有了长足的进步。例如:“基于微机环境的集成化CAPP应用框架与开发平台”开发了以工艺知识库为核心的、以交互式设计模式为基础的综合智能化CAPP开发平台与应用框架(CAPPFramework),推出金叶CAPP、同方CAPP等系列产品。具有支持工艺知识建模和动态知识获取、各类工艺的设计与信息管理、产品工艺信息共享、支持特征基创成工艺决策等功能,并提供工艺知识库管理、工艺卡片格式定义等应用支持工具和二次开发工具。系统开放性好,易于扩充和维护。产品已在全国的企业,特别是CIMS示范工程企业,推广应用,还研制了自动控制装置及系列产品,红外光电式安全保护装置,大功率、高品质开关电源的开发。机器人产品包括移动龙门式自动喷涂机,电动喷涂机器人,柔性仿形自动喷涂机,往复式喷涂机,自动涂胶机器人,框架式机器人,搬运机器人,弧焊机器人的研制。以上这些产品的开发应用还只是电子工程与自动化在生产中的一个侧面,不足以反映其全貌。在国外先进技术的冲击下,从各个方面进行新一轮技术重组。形势是严峻的,同时也充满机遇。
电气自动化技术尽管已经广泛应用与我国国民生产的各个部门和领域,但它仍需要不断革新,不断发展。
参考文献:
中图分类号：U665文献标识码： A 文章编号：
1前言
馈线自动化就是监视馈线的运行方式和负荷。由于目前国内配电网自动化系统尚没有统一的模式，因此，不同设备、不同设计方案组成的配网自动化系统的馈线自动化实施方法就不同。本文以"手拉手"供电网为研究对象，就馈线自动化中故障自动隔离功能的解决方案进行分析探讨。
2馈线自动化的基本功能
馈线自动化系统应具有如下功能：
①遥测、遥信、遥控功能；②故障处理：故障区域自动判断和自动隔离，故障消除后迅速恢复供电功能；③负荷管理：根据配电网的负荷均衡程度合理改变配电网的运行方式；④重合闸控制：当发生过电流并导致断路器跳闸时启动，并在断路器一侧电压恢复时开始延时计数，从而实现沿线从电源至末端依次重合，若一次重合失败则不再重合；⑤对时功能；⑥过电流记录功能；⑦事件顺序记录(SOE)功能；⑧定值的远方修改和召唤功能；⑨停电后仍维持工作的功能。
3线路故障区段查找的基本原理
(1)馈线故障区段的定位：
对于辐射状网、树状网和处于开环运行的环状网，在判断故障区域时，只须根据馈线沿线各断路器是否流过故障电流就可以判断故障区段。假设馈线上出现单一故障，显然故障区段位于从电源侧到线路末端方向最后一个经历了故障电流的断路器和第一个未经历故障电流的断路器之间。
(2)事故跳闸断路器的定位：
事实上，由于种种原因，线路故障时，未必是第一个经过故障电流的断路器跳闸，极有可能越级跳闸。例如图1中e点故障，分段断路器3没有跳开而是断路器2跳开。根据断路器位置不能判断故障区段，但根据是否流过了故障电流却能够做出正确判断(断路器1、2、3经历了故障电流而断路器4却没有经历，从而得出故障区段在e段的结论)。
为了确定各断路器是否经历了故障电流，需对安装于其上的各台FTU进行整定，由于从原理上不是通过对各台断路器整定值的差别，来隔离故障区段的，因此多台断路器可以采用同一定值。这样即使增加馈线上的分段数目也不会带来任何影响。
而故障区段隔离后，越级跳闸的断路器要复位，对于事故后跳闸断路器的准确定位是非故障区段自动恢复供电的关键。
(3)断路器状态描述矩阵：
我们可以用1维矩阵运算来判别断路器是否越级跳闸。矩阵编写原则为：若第i台断路器在合闸位置，矩阵第i元素置为1，反之为0。正常运行各断路器的状态可用矩阵A来描述，如图1正常运行时A：|11110111|。
对于上例，假设e点故障时断路器2跳开，断路器3未跳开，我们可用矩阵B来描述故障后的断路器状态，如B：|10110111|。
(4)事故跳闸断路器定位矩阵：
用事故前断路器状态信息矩阵A减去事故后断路器状态信息矩阵B，即可准确地识别事故跳闸断路器。对于上例可用事故跳闸断路器定位矩阵C来确定C=A－B=|01000000|。由于C矩阵中第2个元素值为1，则说明故障时是由断路器2跳闸切断故障电流的。根据前边计算可知，故障区段位于断路器3和4之间。故应自动恢复断路器2到合闸位置。
对于利用计算机系统实现的馈线自动化功能，从故障段查找、隔离、非故障段自动恢复，一般仅需要十几秒钟。
4对"手拉手"供电线路分段、支线断路器的要求
①线路"过流保护"保护范围内的故障，应由线路分段断路器跳闸切断故障电流，变电所出线断路器不动作；②线路"速断保护"保护范围内的故障，应由变电所出线断路器跳闸切断故障电流，在进行一次重合闸，线路分段断路器不应动作；③支线故障情况下，首先跳开支线断路器，不让故障越级到主干线路；④支线断路器定值在满足运行条件下应尽可能的小，跳闸延时时间尽可能的短。
5"手拉手"供电线路分段断路器保护整定值的原则
1. 前言
EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子学的标志，是微电子设计领域的一场革命,而基于EDA技术的芯片设计正成为电子系统的主流。随着微电子技术的迅猛发展，电子设计技术跨过了三个阶段。①20世纪五十年代：小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）用来设计硬件系统；②七十年代：以微处理器为核心的软件编程设计；③八十年代末至今：硬件系统集成设计，即系统芯片(SOC)和专用集成电路(ASIC)设计，是21世纪微电子技术发展的重点。
本文主要阐述了采用先进的EDA工具MAX+plusⅡ对10MHz自动频率计进行设计的过程。论文参考。在此设计中我们采用现在国际流行的VHDL硬件描述语言对CPLD进行编程，并通过MAX+plusⅡ平台对设计进行仿真验证，最终完成设计的要求，用单片CPLD实现10MHz频率计的功能。
2. 单片自动频率计的设计
数字化、智能化、自动化和小型化是现代测量仪器的发展方向。论文参考。具有50多年发展历史的频率计是实验室中常用的仪器之一，它已成为一种典型的数字化、智能化、自动化的测量仪器，并越来越趋于小型化。单片自动频率计以单片可编程器件为载体，利用VHDL语言，实现10MHz以内频率的自动测量。该频率计用可编程器件一片，10MHz晶体振荡器一块和4位七段LED显示器。
随着社会经济的飞速发展，居民和各类企业对供电质量和可靠性的要求日益提高，从改善电能质量和节约人力方面比较电压无功优化自动控制装置具有不可比拟的优势，已逐步取代原来通过值班员手动调节档位和投切电容器来调整电压的方式，在维系电力系统稳定中的作用已充分展示出来。论文参考，自动化。电压无功优化自动控制装置由大量的数据采集、数据计算、数据传输、数据控制、程序执行元件组成，通过一系列自动化技术将其功能整合在一起，因此，了解电压无功优化自动控制中的自动化原理对于研究电压无功优化自动控制有着十分重要的作用。为此本文着重分析了电压无功优化控制中的自动化技术。
一、自动控制系统的结构
（一）调压方式
无功优化控制系统设计在设置母线电压限定范围后，自动对高峰负荷时段、低谷负荷时段的电压值进行适当调整，以保证在合格范围内的电压满足逆调压方式。论文参考，自动化。当电压超出额定范围时，则与同级和上级变电所的电压进行比较，然后判断出应该调节同级还是上级变电所的主变档位。
（二）调整策略
电压无功优化自动控制包含两个方面，分别是电压优化和无功优化：
1、电压优化
当母线电压超上限时，首先下调主变的档位，当不能满足要求时才切除电容器；当母线电压超下限时，首先投入电容器，当不能满足要求时再上调主变档位，总之要确保电容器最合理的投入。
2、无功优化
当系统电压保持在限定范围内后，通过系统的自动控制，决定各级变电所电容器的先后投入，使得无功功率的流向最平衡，最能提高功率因数。
二、自动化数据采集、计算和传输
作为一个自动控制系统，全面的数据采集是整个控制过程最关键的一部，其采集数据的精度和安全直接影响整个系统的精度和安全。论文参考，自动化。一个完善的无功优化自动控制系统应该能实时自动的从调度中心、各监控站采集电网电压、功率、主变档位、电容器运行状态等数据并能确保当遥测遥信值不变时不与SCADA系统进行数据传输，减少系统资源占用。
在采集到实时数据后，过往的自动控制系统都是通过“专家系统”对数学模型进行简化和分解，然后利用潮流计算和专家系统等方法进行求解。随着自动化技术的高速发展，自动控制系统能够突破优化计算难于寻找工程解的难题，采用模糊控制的算法，充分考虑谐波，功率因数摆动，电压波动和事故闭锁等因素，通过一系列精密芯片的配合计算出使电网电能损耗最小的变压器档位、电容器投入量和电网最优运行电压以供控制部件执行。
系统在数据传输上使用只与内存交互数据而不存取硬盘的内存数据库技术，既提高了数据的存取速度，又节省了硬盘使用。为了提高传输效率，系统还会根据传输数据的类型和要求的不同，自动采用不同的传输协议：使用TCP/IP协议传输大量的重要数据，使用UDP协议传输少量的广播数据。在数据传输准确度方面，子站在接受到数据后会自动向主站发送反校信号，以验证所受数据的准确性。
三、系统的自动控制
电压无功优化控制的基本过程如下：首先是主站控制系统进行电压无功计算，然后把计算得到的各级变电所的功率因数、电压的区域无功定值结果通过光纤通道传达至各级变电所的电压无功控制系统。各级变电所的控制系统周期性的把本站的功率因数、电压和接收到的定值结果比较，以判断是否越限。
为了保证电网损耗最低，主站的控制系统要不断跟紧电网运行方式的变化，随时计算出最新的区域无功定值结果并传达至各级变电所的电压无功控制系统。由于主站的控制系统计算最初的区域无功定值时需要一定的时间，这就会造成各级变电所从启动控制系统至接收到第一个信号间有一个时间段，系统定义这段时间内的定值是按照本地系统运行的。论文参考，自动化。
当主站系统遇到特殊情况（如有影响电网拓扑结构的遥信变位发生）时，能够即时撤销子站控制系统当前正在执行的区域无功定值。子站控制系统即以本地无功定值运行，待再次受到主站重新计算的定值时才转以新定值运行。论文参考，自动化。子站控制系统实时监视主站的定值下传通道是否正常，通信异常时，立即改为执行本地定值，直至通道恢复正常。论文参考，自动化。
四、系统自动化的安全保证
目前国内的一些系统仅仅只做到了一层闭环控制，安全可靠性根本无法保证。而随着自动化技术的发展，最新的系统则是采用主站和子站同时的双层实时闭环反馈控制结构。实验证明由于采用了双层实时闭环反馈控制结构，当运行中发生用户定义的需要闭锁的异常事件时，控制系统能够立即执行闭锁，符合电网结构和调度运行特点，适合各种大小电网的安全可靠运行，能更有利地保证提高电网的电能质量，其具体的安全策略如下：
自动估算电网电压，使电容器平稳投切，避免出现振荡；自动估算电压调节后的无功变化量，使主变档位平稳调整，避免出现振荡。
当需要调节的变电所的主变并联运行时，为了避免出现其中一台主变频繁调节的情况，首先调节据动率较高的那台主变的档位。应对于主变和电容器出现的异常情况，系统能够自动减少主变档位调整次数，使设备寿命增加，电网安全得到保证。当遭遇设备异常时，系统自动闭锁，而且必须人工手动来解除封锁。具体的异常情况有：电容器或主变档位异常变位；系统需要采集的数据异常；系统数据不刷新。特别的当发生10kV单相接地时，系统自动闭锁电容器的投切。为避免采集到的数据不准确，系统采用同时判断遥测数据和遥信数据的方式，提高了采集数据的准度。
五、结论
本文通过对电压无功优化控制系统的浅要介绍，分析了其包含的自动化技术，从一个侧面反映了我国电力系统自动化科技的发展，也展现了电力行业专业人才的卓越才能。本文对电压无功优化控制系统从设计思想，系统构成方面进行的论述，可作电力专业的教辅材料，也可供电压无功优化控制装置设计和运行参考。
参考文献
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0060-01
在我国自动控制技术不断改进的前提下，企业生产已经能够通过系统程序设置来控制相关外部设备来实现自动化生产模式，根据控制理论分类我们可以将其分为经典控制理论以及现代控制理论两大类。在本文中笔者将就自动控制理论在海上钻井平台的应用的相关问题进行分析和研究，希望本文能够对海上钻井平台的开发和研究能够有所帮助。
1 海上钻井平台的自动控制系统分类
海上钻井平台的自动控制理论在过去的几十年中取得了较好的发展，而其中所使用的控制理论主要为经典控制理论中的闭环控制理论。海上钻井平台的控制理论主要涉及到电动机的调速控制系统、发电机的压力调节系统的数字调压装置等的使用都是十分广泛的，在海上钻井平台的直流电动机调速的使用也比较多，而海上钻井平台所使用的西门子的整流装置例如SIMOREG K系列的产品都是通过这种闭环控制系统实现控制功能的。
2 闭环控制系统介绍及控制原理
在海上钻井平台中使用的闭环控制系统是自动控制理论中十分重要的内容，在经典控制理论中又称之为反馈控制系统，而这种控制系统的控制原理主要是通过偏差变化作为系统控制信息的信息驱动机构，而自动控制系统则能够根据系统中的变化量产生相应的控制信息来对偏差量进行纠正。在经典控制理论中负反馈的控制理念主要有比例调节器、积分调节器以及比例积分调节器这三种调节器。在以上的这三种调节器中反应速度最快的是比例调节器，但是由于这种调节器在稳态性能方面不够完善，而积分调节器的稳态误差最小，但是对于偏差量的反应不够灵敏。在海上钻井平台中使用的调节器主要是比例积分调节器，因为这种调节器是将比例调节器和积分调节器的优点结合在一起，不但能够对调节信息作出迅速的反应，而且稳态性比较好。
在海上钻井平台的控制系统中所使用的调速器中所使用的电位器控制的，例如在PI调节器的调节量中的P增益主要是用来对自动控制系统中的调节速度进行调节的，而PI调节器的积分控制主要是用来对积分的增益进行调节的，还有一个调节器就是ACTUATOR COMPENSATION这种执行补偿部分，这一部分发挥着对执行器的阻尼系数进行指导的作用。在海上钻井平台中使用的柴油机、汽轮机等的控制要求将其控制阻尼系数调整为15%左右，而蒸汽机这类的机械设备的控制阻尼系数要求控制在50%左右。在海上钻井平台的自动控制系统中通常不要求对控制系统进行调整，但是在系统运行中出现不稳定等状况时要求对系统中的控制量进行控制。由于在海上钻井平台中使用的电机设备比较多，因此在现场的实际情况中要根据发电机的需求对发电机的无功负载进行调节和选择。通过配合合理的闭环调节系统能够保证控制系统在反应速度、系统的稳定性以及设备的运行寿命等方面起到十分重要的作用。
3 双闭环调节系统介绍及控制原理
在比例积分调节系统中所使用的单环控制系统能够很好地保证自动控制系统本身的稳定性，也能够实现对控制系统的无静差的调节。但是在海上钻井平台中所使用的电动机对于设备的启动速度以及控制程度的要求比较高，比例积分调节系统的控制能力和特点显然不适合对此类电动机的控制。为了能够保证海上钻井平台所使用的电动机能够在电动机的电流以及电动机的转矩控制方面得到满足，可以采用西门子厂家生产的的装置对海上钻井平台中所使用的电动机进行控制。
对于此类电动机的控制最主要的就是能够迅速的获得较好的动态特征，西门子厂家生产的比例积分调节器就能够很好地做到这一点。这种调节器主要是通过对限幅的控制来实现对转速的调节的，通过对电动机通电电压的控制来进行无静差控制，并且通过对电压的控制来实现以上控制作用。当电动机在运行的过程中一旦设备的负载电流到达最大值，比例积分调节器的调节作用达到饱和状态，通过这种双重的控制系统从而很好地实现控制作用。
在比例积分调节器的系统控制中主要有以下两种静态特征：首先就是电动机的转速不饱和阶段中，比例积分调节器的偏差量为0，此时电动机的转速在输入量以及系统的反馈量这两项量都是相同的；除此之外还有就是电动机的转速达到饱和阶段，电动机的转速调节器的转速达到饱和状态时系统的稳定性不会再受到影响，而自动控制系统中便形成了无静差的单闭环调速系统。
在西门子公司生产的直流调速装置中主要是通过双闭环调速系统来对电动机速度进行控制，这种装置中包含有速度调节装置以及电动机电流整定装置，主要是系统量的比较环节、脉冲触发环节以及电动机电流分反馈环节这几种元部件，在其中通过模拟运算的方式来将调节器中的存储器进行调节，而且这种自动控制系统中运算速度要远远高于其它速度调节器，而且在其中装设有监控保护装置，系统的稳定性非常好，反应速度更为灵敏。
西门子控制装置在海上钻井平台中的应用十分广泛，目前我国在海上钻井平台中所使用的西门子控制调节装置主要有6RA24，这种控制系统，而在其中主要是通过模拟部件的连接来实现的，而且这种装置的工作模式十分简便，能够根据现场的实际情况进行选择性连接。在西门子控制装置6RA24中不但可以实现积分调节、比例调节、比例积分调节这三种调节模式的选择，而且能对调节器的P＼I增益都能够起到控制作用，并且能够控制电动机的电流，因此该装置的反应速度十分灵敏，系统的稳定性能也很高。海上钻井平台所使用的6RA24装置不但能够通过参数的调节来实现对控制系统的控制，而且能够更好地保证控制系统的稳定性和速度控制灵敏性，因此能够有效的提升设备的工作效率。
4 结语
在本文中笔着就自动控制理论在海上钻井平台的应用进行了简单的分析和探讨，由于自动控制系统中包含有动态控制和静态控制等多个方面，因此此类控制系统是比较复杂的，而对于海上钻井平台又发挥着十分重要的作用，希望本文能够对我国海上钻井工作的开展能够有所帮助。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0069-02
“电力载波通信原理”是讲授电力系统利用电力线传输语音和数据的基本理论及实现方法的课程，[1]是电力通信专业重要的专业课，包括理论教学和实验环节。该课程在介绍通信原理的基础上讲述了电力通信相关知识，如电力线载波通信原理等。随着科学技术的发展，多学科交叉渗透，该课程内容有了较大充实。为了在有限的学时中引导学生尽快入门，提高学生的理论分析能力与实践能力，笔者引入了一些新的理论和方法，在理论教学和实验教学两个方面进行了一定的探索和研究。本文以幅度反馈理论的应用为例介绍了现代反馈控制理论在电力载波通信中的应用。
一、幅度反馈理论在电力线载波通信中的应用
在载波通信原理教学中有一个重要的知识点是稳定电力线载波信号幅度的理论和方法，其主要内容包括电力线载波信号稳幅的基本原理（主要是自动增益控制原理）、幅度反馈稳定性分析和工程实现方法。课程中介绍了较多的基本原理，但对反馈稳定性分析和工程应用的介绍较少。学生在实现与此相关的课题时（如“简易电力线载波机设计”课程设计），一般采用教科书上介绍的自动增益控制（AGC）电路，但载波信号的幅度不是特别稳定，而且不能准确地设置和控制载波功率的大小。[2]
为了解决该问题，在课程教学中应注重启发学生利用现代反馈控制理论改进实验电路：将自动增益控制电路改进为自动电平控制（ALC）电路，在单片机的控制下成功地实现载波功率的设置；为了解决ALC电路中运算放大器的失调电压、失调电流、温度漂移等因素对载波功率稳定性的影响，引导学生拓宽思路，在ALC电路中采用锁相环中广泛应用的有源比例积分放大器代替一般AGC电路中的固定增益放大器。理论和实践证明，改进后的电路不仅带来了更好地稳定载波幅度的效果，而且能够实现载波幅度的精确控制和显示。
二、改进前的电路――AGC电路
1.AGC电路简介
传统电力线载波机中的AGC电路原理如图1所示。
图1所示的AGC电路中的反馈网络由检波器、低通滤波器和直流放大器组成。检波器检测出载波输出信号振幅（有效值电平或峰值电平），经低通滤波器滤去不需要的高频分量，然后进行适当放大后控制可变增益放大器的增益。反馈网络设计的原则是：当载波输出信号幅度增大，检波器检测出的信号也随之增大，直流放大器产生一个较小的电压，控制可变增益放大器的增益趋于减小；反之当载波输出信号幅度减小，检波器检测出的信号也随之减小，直流放大器产生一个较大的电压，使可变增益放大器的增益趋于增大。[1]无论何种情况，通过环路不断地循环反馈，使得载波输出信号幅度保持不变或仅在较小范围内变化。
由于电力线载波通信需要采用调幅技术来传输信息（语音和数据），因此环路中的低通滤波器非常重要。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等原因引起的信号强度变化是比较缓慢的，所以整个环路应具有低通传输特性，这样才能保证AGC电路仅对载波信号电平的缓慢变化有控制作用。[3]当载波输入信号为模拟调幅信号或数字基带调幅信号（ASK）时，为了使调幅波的包络变化不被AGC电路的控制作用抵消，必须恰当选择低通滤波器的频率响应特性，使其对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而仅对低于这一频率的缓慢变化有控制作用，这主要取决于低通滤波器的截止频率。
2.AGC电路的缺陷
图1所示的AGC电路有以下缺陷：一是载波放大器的输出幅度不够稳定；二是不能准确的设置和显示载波信号的输出幅度；三是在稳定幅度的过程中容易产生过冲现象。
产生第一个现象的原因是不仅反馈网络中的检波器存在较严重的温度漂移现象，运算放大器也存在温度漂移、失调电压、失调电流等各方面的影响。由于直流放大器具有固定的增益，上述现象造成的电压变化被直流放大器固定放大因而产生变化的控制电压，造成载波信号幅度的波动。造成第二个现象的原因是反馈网络中缺少一个可变的参考电压，无法对载波放大器的输出幅度进行准确的比较和判断（有一些电力线载波机的AGC电路中包括一个参考电压，但通常是固定电压，不能作为可变的电压参考）。第三个现象的产生是反馈网络中的低通滤波器造成的，由于低通滤波器的截止频率设计的相当低（为了适应低速率基带信号的传输，这一点是绝对必要的），而带宽很窄的低通滤波器的瞬态特性往往很差，当载波信号幅度瞬间产生变化时，低通滤波器的响应较慢且有明显的充放电过程，因此带来载波信号幅度的起伏。[4]为解决上述缺陷带来的问题，考虑采用ALC电路取代AGC电路。
三、改进后的电路――ALC电路
1.经典ALC电路简介
经典ALC电路原理如图2所示。
与图1所示的AGC电路相比，图2的ALC方案作了两个重要改进：一是用瞬态特性良好的Bessel低通滤波器取代普通的低通滤波器，用以改善载波输出信号的瞬间起伏；[4]二是用积分器取代固定增益的直流放大器，同时由单片机控制的DA变换器产生一个可变的参考电压UR作为积分器的电压基准，从而将载波幅度的稳定过程转变为动态调节过程。这样有两个优点：一是无论反馈网络中的检波器或运算放大器性能如何，只要参考电压UR稳定且积分器本身失调小，载波输出信号幅度都能实现稳定；二是改变参考电压UR的大小可以达到新的动态平衡，从而实现载波信号幅度的程控。
ALC电路的工作原理是：载波输出信号首先经检波器检测出信号的包络电平，该信号经低通滤波器滤去不需要的高频分量后送到积分器的反相端（通常是直流电压），将可变的参考电压UR加到积分器的同相端作为积分电压基准；当载波输出信号幅度增大时，加到积分器反相端的直流电压也随之增大，若该电压大于参考电压UR，积分器输出一个负斜率的电压（积分器反相积分），这个电压作用到可变增益放大器上，使可变增益放大器的增益趋于减小，载波输出信号幅度随之减小；当载波输出信号幅度减小时，加到积分器反相端的直流电压也随之减小，若该电压小于参考电压UR，积分器输出一个正斜率的电压（积分器同相积分），这个电压作用到可变增益放大器上，使可变增益放大器的增益趋于增大，载波输出信号幅度随之增大。这两种情况下，加到积分器反相端的直流电压都以参考电压UR的大小为平衡点来变化。若环路参数设计适当，最终使得加到积分器反相端的直流电压等同于参考电压UR，载波信号幅度保持不变。由此可见，改变参考电压UR的大小可以达到新的平衡点，从而可以实现载波信号幅度的程控和显示。
2.经典ALC电路的缺陷和解决方法
采用积分器取代固定增益直流放大器来实现载波信号幅度的自动控制会带来一个问题，即载波信号幅度会出现低频的周期性起伏过程。其原因是积分器的输出是以参考电压UR的大小为平衡点，是一个动态调节的过程，若电路形式不合适或环路参数设计不当往往造成载波信号的幅度不能稳定在平衡点上而是围绕着平衡点周期性的振荡，造成载波信号幅度的不稳定，[4]这一问题也常常出现在锁相环的工作工程中。
为了解决该问题，考虑采用带阻尼的有源比例积分放大器代替普通的积分器，具体电路如图3所示，[4，5]在此采用的是二阶有源比例积分放大器。
为了兼顾数据通信的要求，积分器设计了两种不同的低频截止频率，分别是200Hz和1.5KHz，用电子开关进行切换。电路参数需要根据要求进行设计，一是积分器的两组时间常数τ11、τ12和τ21、τ22，通过时间常数可以计算出电路中各个元件参数并验证低通滤波器的截止频率fc1和fc2，不能大于要传输的语音和数字基带信号的速率；二是根据理论分析确定阻尼常数ξ，由ξ的大小可以评估积分器的稳定性。在具体电路中，采用电位器W1来调节阻尼常数ξ，通过电位器的调节，学生能够观察到载波信号幅度的低频起伏过程及消除过程。
3.二阶有源比例积分器的理论计算
二阶有源比例积分器的理论计算不是一个复杂的课题，由于应用环境是电力线载波通信，所以需要考虑电力线载波通信的具体要求。对于兼顾语音通信（载波电话）和数据通信（数据传输和抄表）的电力线载波机，其语音通信最低频率为300Hz，最高频率为3.3KHz，数据传输的最低速率为640B/s，最高速率为8KB/s，[6]根据这项要求确定二阶有源比例积分器的最小带宽约为200Hz；在应用于高速率数据传输时，由于占用带宽更宽，为了保证数据传输的质量，将二阶有源比例积分器的带宽设计为1.5KHz，两者采用电子开关进行切换。电路中元件参数的设计过程如下：
3）计算τ12：根据τ12=2ξ/ωn，计算得τ12=4.6ms，再根据τ11=R2C1，求得R2约为1KΩ。
（2）1.5KHz带宽的相关参数计算。1.5KHz带宽相关参数的计算与200Hz带宽计算过程相似，在此环路带宽ωc=2288rad/s。由于环路带宽的增加，电容C2的数值应当相应减小，调整为0.1uF。计算结果是：τ21=190us，R1约为2KΩ；τ22=613us，R3约为6.2KΩ（应用时为了切换带宽方便，将两种带宽共用一个电阻R1，这也是调整电容大小的依据之一）。最终确定的各项参数如图3所示。
四、结论
本设计的内容和难度已超出本科生教学大纲的要求，在指导教师的启发和帮助下，学生能够发挥主观能动性，通过查阅并借鉴参考文献，完成对系统模型、控制方法、系统设计、电路仿真及实物制作的流程，进行一次较系统的科技方法训练。在整个课题设计和制作阶段，学生们不仅巩固了理论教学的内容，还自发融入了其他课程及参考资料中的方法，真正得到了一次理论与实际相结合的锻炼。
参考文献：
[1]孙同景.PLC原理及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]刘晓胜，胡永军，张胜友.低压配电网电力线载波通信与新技术[J].电气应用，2006，25（2）：5-7.
[3]B.Williams，Fred J.Teaylor.电子滤波器设计[M].宁彦卿，姚金科，译.北京：科学出版社，2008.
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（b）-0083-01
电力系统的电压和无功的控制是整个系统的重要组成部分，实现电压无功综合控制是一个具有复杂性、不精确性、非线性特点的控制问题，同时，电压无功综合控制对实时性要求非常高，依靠传统数学模型和常规的控制方法实现起来比较困难。模糊理论由于具有传统方法所不具备的智能特性，因而在电压无功控制中得到了广泛的应用。
1 现状分析
随着电力系统规模的不断扩大以及电力自动化技术的持续发展，宣钢也对变电站自动化设备进行不断的升级改造，但是在电压无功综合控制方面，却仍然与系统运行的实际要求存在较大的差距。宣钢内部变电站基本都采用基于九区图法的电压无功综合控制，此种VQC在实际运行中由于其经常出现投切震荡，导致系统设备不堪重负和出现故障。
运行中的变电站负荷是随着生产节奏不断改变的，变电站要想维持供电电压稳定性，必须随着负荷改变不断的对变压器有载调压开关以及并联电容器组进行操作，过与频繁的操作会降低高压电气设备的使用寿命，同时增加设备故障率。
2 将模糊理论用于电压无功综合控制的优势
模糊控制理论非常适合运用在解决量纲不同且目标相互冲突的优化问题上，在电力系统电压无功综合控制调节时，电压的变化和无功的变化相互影响，若采用模糊控制策略进行控制，可以在无功调节判据中引入电压的变化量，将原先基于固定边界的无功功率变为基于模糊无功边界，这样的控制策略下，无功控制的边界为两条斜率随电压变化而改变的斜线，电压无功能够实现动态平衡，避免出现无功调节震荡现象，可以减少开关设备的动作次数，提高了开关设备动作的准确性。
3 系统设计
3.1 选择输入输出信号
变电站电压无功综合控制系统的建立可以选择电压和无功与标准值之间的偏差作为两个输入量，将驱动有载调压变压器分接头升降和无功补偿电容器组投切两个控制量作为输出量，建立一个一阶两输入两输出的模糊控制系统。该模糊控制系统的系统结构如图1。
3.2 选择模糊集合和模糊函数
按照上一节确定的两输入两输出来选择输入输出变量的论域，结合35kV变电站运行的实际情况，则变压器二次侧电压的偏差量的论域为[-1.5，+1.5] ，无功功率的论域的论域[-3Q0， +3Q0]；变压器的分接头有7档，其论域为={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}；控制电容器投切的控制量，投入电容器组定义为负，切除电容器组定义为正；为了能够使模糊子集更好地覆盖模糊论域，将模糊输入变量和以及模糊输出变量和的论域都定义为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}；模糊词集{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；按照CRI推理法则把论域为X={-X，+X}转化成证书论域N={-n，….-1，0，1，…..n}，量化因子应该为q=n/x，比例因子l=x/n。
4 实际算例分析
结合宣钢某变电站的实际设备进行控制：该变电站的实际设备参数如下：主变压器为三相双绕组变压器：型号为SF9-40000-35/6.3，一次电压为35±3×2.5%/6.3 kV，接线为Ynd11，变压器阻抗的标幺值为0.63+j7.87Ω；电容器有6组，容量均为3600kVar。
通过模糊控制对其进行电压无功综合控制与原先采取九区图发控制的控制效果对比如下。（见表1）
5 结语
综合上表罗列的控制效果情况可以看出，将模糊控制应用在电压无功综合控制中时，当系统的电压和无功发生轻微变化时，其变化量不足以引起模糊变量隶属度函数的变化，避免了原先的控制系统在此种情况下设备频繁调节造成的系统震荡。
参考文献
