电气工程及其自动化专业二级学科介绍

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1、电气工程及其自动化专业二级学科介绍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。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。一、电力电子与电力传动电力电子与电力传动学科主要研究新型电力电子器件、电能的变换与控制、 功率源、电力传动及其自动化等

2、理论技术和应用。它是综合了电能变换、电磁学、 自动控制、微电子及电子信息、计算机等技术的新成就而迅速发展起来的交叉学 科，对电气工程学科的发展和社会进步具有广泛的影响和巨大的作用。该学科对 实践动手能力要求很高，难度较大。该专业需要的基础是电路基础，模拟电路与 数字电路，电机学，单片机技术，计算机控制技术，电力电子技术，电力拖动自 动控制系统，数字信号处理。电力电子器件的原理、制造及其应用技术；电力电子电路、装置、系统及其 仿真与计算机辅助设计；电力电子系统故障诊断及可靠性；电力传动及其自动控 制系统；电力牵引；电磁测量技术与装置；先进控制技术在电力电子装置中的应 用；电力电子技术在电力系统中

3、的应用；电能变换与控制；谐波抑制与无功补偿。研究方向：1 ）谐波抑制与无功补偿；2 ）电力电子电路仿真与设计；3 ）计 算机控制系统；4 ）电气系统智能控制技术；5 ）现代控制理论及其在电气传动 中的应用；6 ）系统故障诊断技术及应用；7 ）现代交、直流电机调速技术；8 ） 功率变换技术的研究。电力电子与电力传动是一个全新的学科，国内的老师大多电机出身，很有可 能不能提供实际的指导，但是导师的重要性在于能够给你提供广阔的研究资源， 带领进入这个学科的大门。这个学科较强的国内较强校还是有的：第一个不可否 认就是浙江大学，徐德鸿、钱照明、吕征宇教授等；第二个是西安交通大学，德 高望重的王兆安老师、

4、及他的两个高徒刘进军、杨旭；最后的一个是南京航空航 天大学的严仰光及他的学生阮新波教授等。当然，国际上最牛的学校是美国弗吉 尼亚大学的国家电力电子系统研究中心，最最最牛的 Fred.Lee 李泽元教授就在 这里；当然，美国的科罗那多大学也不弱，特别是在电力电子的数字控制方向， 著名电力电子学科教材 Fundamental of power electronics 的作者 Erickson 就是这里的领军人物。有志于想到国外从事电力电子研究的同学，可以申请这两 所学校。但是，很遗憾的是，电力电子目前只是一门技术，而不能够称为一门科学的 学科，那是因为尚未形成完整及精确的理论基础。因为如果没有深厚

5、的理论基础， 就不能称之为科学。这门学科目前主要是从事电路拓扑与应用技术的研究，目前 的理论基础是线性控制方法与电路工程。但是，电力电子其实不应视作一个线性 系统，因为功率器件是工作于开关状态的，也就是一个强病态非线性系统。因而， 可以这么说，目前的电力电子系统基于线性控制理论是完全不够的，甚至在某些 场合下可以导出一些错误的结论。电力电子技术目前有几个研究方向：高频开关 电源技术：所有的信息系统与通信设备都需要使用开关电源，小到各种便携数码 产品，还有现在时兴的各种平板电视，大到服务器系统、通信基站机房、及种种 航空设施等；电力电子技术在电力系统中的应用：如各种谐波补偿、有源滤波装 置等，还

6、有不断发展的不间断电源设备（UPS）,电动汽车的驱动与控制系统，电 机的节能驱动方面如各种变频器（包括变频空调），在当前能源短缺的状况下， 太阳能、风能及各种再生能源的应用，电力电子技术是最关键的技术要素。这一方向的基础是：第一位的是控制理论；第二位的是电路知识；第三位也 非常重要的模拟电子，当然如今电力电子的数字控制是一个非常重要的发展方向， 单片机、DSP的数字控制技术也将占有非常重要的地位。但是现实的情况下，很 多从事电力电子研发的人，很多的就学过一门“电力电子技术”就根本就不够， 因为很难理解电力电子系统的控制环路设计；但是学控制的人也下手无门，因为 很可能不知道如何结合控制与电路拓扑

7、，甚至对电路的工作原理根本不明白。其 实这一学科最缺乏的是多学科交叉人才，搞控制的很多不大懂电子电气理论；搞 电子电气的又不明白控制基础不了解数字控制技术。另外，一个更重要的问题是， 电力电子是一门实践性极强的学科，现在的大学老师或是毕业的学生，理论与实 践脱节的程度实在是太严重了，且不必说究竟有没有了解一点点深入的基础理论。 入手的第一步应该是仿制别人的产品，然后测量各点的实际工作波形，接着研究 怎样利用控制、电路知识来解释各种实验现象。电力电子与运动控制技术可被看作是计算机技术后的第二次重大技术变革， 它将极大地改变人类的能源与生活二、电力系统及其自动化电力系统是电气工程下面一个非常非常传

8、统的专业，毕业后较大的可能进入 国家电网或南方电网下属的各级电力公司。研究方向：（1）智能保护与变电站综合自动化。对电力系统电保护的新原理进行研究，将 国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、 微机新技术等应用于新型继电保护装置中，使得新型继电保护装置具有智能控制 的特点，大大提高电力系统的安全水平。对变电站自动化系统进行了多年研究， 研制的分层分布式变电站综合自动化装置能够适用于35kV500kV各种电压等 级变电站。微机保护领域的研究处于国际领先水平，变电站综合自动化领域的研 究已达到国际先进水平。（2）电力市场理论与技术。基于我国目前的经济发展状况、电力市

9、场发展 的需要和电力工业技术经济的具体情况，认真研究了电力市场的运营模式，深入 探讨并明确了运营流程中各步骤的具体规则；提出了适合我国现阶段电力市场运 营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和 算法，紧紧围绕当前我国模拟电力市场运营中亟待解决的理论问题。(3) 电力系统实时仿真系统。对电力负荷动态特性监测、电力系统实时仿 真建模等方面进行了研究，引进了加拿大 teqsim 公司生产的电力系统数字模拟 实时仿真系统，建成了全国高校第一家具备混合实时仿真环境的实验室。该仿真 系统不仅可进行多种电力系统的稳态及暂态实验，提供大量实验数据，并可和多 种控制装置构成闭环系统

10、，协助科研人员进行新装置的测试，从而为研究智能保 护及灵活输电系统的控制策略提供了一流的实验条件。(4) 电力系统运行人员培训仿真系统。电力系统运行人员培训仿真系统是 针对我国电力企业职工岗位培训的迫切要求，将计算机、网络和多媒体技术的最 新成果和传统的电力系统分析理论相结合，利用专家系统、智能cai (计算机辅 助教学)理论，进行电力系统知识教学、培训的一种强有力手段。本系统设计新 颖，并合理配置软件资源分布，教、学员台在软件系统结构上耦合性很少，且系 统硬件扩充简单方便，因此学员台理论上可无限扩充。(5) 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

11、理信息与配网scada 体化方面取得了重大技术突破。其中， ndlc采用了 dsp数字信号处理技术，提高了载波接收灵敏度，解决了载波正在 配电网上应用的衰耗、干扰、路由等技术难题；高级应用软件pas将输电网ems 的理论算法与配网实际结合起来，采用了最新国际标准 iec61850、 61970cim 公 共信息模型；采用配网递归虚拟流算法进行潮流计算；应用人工智能灰色神经元 算法进行负荷预测。(6) 电力系统分析与控制。对在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳 定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电 机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调

12、度自动化 仿真、电力负荷预测方法、基于柔性数据收集与监控的电网故障诊断和恢复控制 策略、电网故障诊断理论与技术等方面进行了研究。在非线性理论、软计算理论 和小波理论在电力系统应用方面，以及在电力市场条件下电力系统分析与控制的 新理论、新模型、新算法和新的实现手段进行了研究。(7) 人工智能在电力系统中的应用。结合电力工业发展的需要，开展了将 专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运 行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研 究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与 控制的智能化水平。(8) 现代电力电子技

13、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(9) 电气设备状态监测与故障诊断技术。通过将传感器技术、光纤技术、 计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝 缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、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，全面提高电气设 备和电力系统的安全运行水平。三、电机与电器电机与电器”学科在一体化电机的理论

14、与技术方面，主要研究了步进电机、 无刷直流电机、感应同步器等。在电机的电力电子驱动技术方面，研究了电动车、 电机驱动系统的结构与控制策略、变频电源谐波抑制技术。在高环境、高可靠电 机与电器方面，研究了高环境电器可靠性理论与技术、航天电器的理论与技术、 卫星姿控用飞轮的可靠性设计。在新型电磁机构的理论与应用方面，研究了特种 电机、磁性流体密封、旋转轴的在线动平衡、电磁成型技术。其中在步进电机和 无刷直流电机等特种电机及航天电器方面具有较大影响。专业领域：电机设计与制造、低压电器设计与制造、电机电器及其控制、微 特电机。专业人才的核心能力：电机与电器的设计、制造、测试及设备维护，电 机与电器控制技

15、术应用。四、高压电与绝缘技术高电压与绝缘技术是电气工程的二级学科之一，主要研究方向以设备绝缘状 态为基础，涉及气体放电、等离子、局放、闪络等多个方向。该专业就业方向主 要分布在网省公司电力科学研究院，设计院以及省市级电力公司，就业率历来较 高。“高电压与绝缘技术”学科其主要研究方向为：电力系统过电压与绝缘配合 电力系统接地技术，电力设备绝缘技术与绝缘材料，气体放电理论及其应用，电 力设备在线监测与状态维修，高电压新技术（脉冲功率技术，等离子体应用等等）五、电工理论新技术电气工程一级学科下的二级学科，主要从事电磁现象的基础理论研究及新技 术的开发与应用，电磁能量和电磁信息的处理，控制与利用为目的

16、基础，衍生各 类高新技术，如强磁场和磁悬浮技术、脉冲功率技术、电磁兼容技术、无损检测 与探伤技术、新型电源技术、大系统的近代网络理论与智能算法应用技术等，而 且与其它学科交叉、融合，发展形成多种新技术，如电磁环境保护技术、生物电 磁学技术等，并成为边缘学科和交叉学科的生长点。本学科为电气工程学科准备 必要的理论基础，对电气工程学科的发展和社会进步，对高级科技人才的培养具 有重要的学术和技术支撑作用。本学科的研究方向包括“场”、“路”、“器件”和“能”等方面的基础理论和 新技术。它们既相对独立，又互相依赖。主要研究内容为：1. 电磁场与电磁波理论及其新技术： 主要研究工程电磁场理论和电磁场的 数值分析、电磁场理论与电磁兼容技术、特种电机与电器电磁场或磁路的分析与 设计、电磁波的传播与散射、多效应耦合场的分析与设计等。2. 网络理论与自动化设计： 主要研究大规模电路分析与设计理论、人工神 经网络及其应用、交直流混合电力网络分析、非线性动力网络（包括混沌）