本文是一篇电气自动化论文，电气工程与自动化专业是理、工、文相结合，融机械工程、艺术学和计算机设计于一体的新型交叉学科专业之一。主干学科包括电子工程、计算机科学与技术、控制科学与工程。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇电气自动化论文，供大家参考。
硕士电气自动化论文范文精选篇一
第1章绪论
1.1选题背景及其意义
伴随着我国工业化信息化进程的不断深入，我国电网也在不断发展壮大，一方面电网规模日益庞大，屯网结构円趋复杂，另一方面电能负荷需求也在急剧增加⑴。因此，向用户提供高质量的电能产品，有效降低电网损耗，保持电力系统安全稳定、高效经济的运行，成为了现阶段电力工作者努力的方向，越來越受到重视。电力系统的稳定建立在有功功率P和无功功率Q平衡的基础之上。有功和无功的不平衡将反映于频率和电压的变化。电压是反应电力系统运行状态和电能质量水平的最重要指标之一。北京京能热电股份有限公司石景山热电厂是一家拥有近百年历史传承的老厂，因为历史的原因，石热电厂机组容量小（四台220MW燃煤机组），运龄长（四台均在20-30年），自动化水平相对较差。电厂机组高压母线出线结构为：1、2、3号机组连接到220kV四、五母线（双母线出线）；4号机组为单元出线，单独与220kV石门线相连。近些年来，面对激烈的电力市场化竞争等新因素，效率和经济性的新要求促使石热电厂的自动化水平必须要有显著提岛。在屯网自动化方面，继2008年投入自动发电量控制(AGC)系统后，石热电厂进一步结合本厂实际情况，也为能建设一个具有高质量电能的电网，于2012底至2013年度建设并投入电厂侧AVC系统。目前处于安装阶段的后期，即将开展系统的全面调试和试运行。本研究选题着眼于制定我厂AVC系统电压控制策略、安全约束策略的制定、调试过程中的优化和投入运行后的效果验证来展开。
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1.2国内外研究动态
电无功控制系统萌芽于上个世纪60年代，在当时德国最大的电力公司莱茵电力公司（RWE)的电压控制系统中，是通过以最小网损为目标的最优潮流(Optimal Power Flow, OPF)计算[6，7]，将优化计算的结果由调度中心直接发送到各电厂来实现的。这种初期的模式结构简单，实现也并不复杂，但是最优潮流计算量大，运算速度较慢，会影响整个电力系统电压控制的调节跟踪速度。同时，电网系统每一环节的异常以及大量离散的无功补偿设备都有可能造成最优潮流计算发散、计算结果不可取或者难以达到最优[8]。此后，出现了早期基于VQC(Voltage Quality Control)的变电站局部电压无功控制。但其本质上只是变电站内部的E域无功优化，不能从全网角度分析和优化全网的无功潮流。伴随着电网的不断发展，特别是伴随卷信息时代的來临、网络通信技术的普及，上此纪90年代，法la(EDF)率先实现了全网三级屯压控制系统，其后在意大利、比利时、两班牙等ISI的电网中得到较好地应用。
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第2章电厂自动电压控制的原理
2.1北京电网的无功电压控制特点
在北京电网，调度管辖范围大致如下划分[18’19]: 500kV电网，包括500kV电正等级主变压器低压侧的无功设备由网调调度；200kV电网，包括220kV电压等级主变压器低压侧的无功设备由市调调度；llOkV电网由地调调度，见图2-1。石景山热电f i的出线为220kV石i一、二线，220kV石上线和220kV石门线，因此我厂的总无功功率调度主要归北京市调负责。北京电网采用目前应用较广泛的三级电压控制[2G]。三级控制是屯网全局控制，综合考虑各变屯站、电厂的无功分布，全网电压的合格率以及潮流分布，以网损最小作为其控制目标，因此其控制时正常数较长，一般可达到小时级。二级控制主要包括电厂控制和变电站控制。以电厂控制为例，控制目标是根据区域核心母线电压值计算出电厂出线目标母线的电压值，并协调电厂各机组的无功功率，使目标母线电压值或者电厂总无功功率符合三级控制的设定。当控制目标值与实际值有偏差时，可以通过内部控制程序和安全约束条件对机组进行调控，其时间常数一般在秒级。一级控制是指单元机组励磁调节器（AVR)控制，时间常数一般在毫秒级。电厂有AVC系统子站，接收AVC主站计算的目标母线电压值，并根据各台机组的运行状态，分别对各机组下达励磁调节的指令，完成对控制目标的闭环控制，见图2-2。
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2.2无功功率平衡
我国从本世纪初叶开始引入国外先进的全网电压控制系统，湖南省网、福建省网、河南省网、安徽省网、江苏省网先后建立了二级或三级AVC控制架构一级控制由厂站侧AVC装置构成，根据高压母线电压设定值进行闭环控制，响应速度快。二级控制由地区调度AVC子系统构成，用来协调区域内的各一级电压控制。三级控制是省网调度AVC主站装置，通过全网的最优潮流计算得到电厂高压母线电￡￡、500kV变电站变压器分接头和并联补偿设各的投切状态以及地区功率因数考核指标，通过通信网络将优化控制指标下发到二级控制系统，OPF响应速度约在几十分钟[12]。目前，我国已有相当数量的电厂投入了厂站侧AVC系统无论燃煤机组、燃气机组还是水电机组，厂站侧AVC系统基本架构完全一致，分为上位机和下位机两部分，均并联在现场总线上。上位机一般采取主、备冗余设计，一台上位机发生故障，可以自动退出并自动切换至另一台上位机运行。上位机与上一级控制系统主站直接联系，反馈当前电厂的运行状态，并接受主站的目标指令，经过综合运算后，将数据通过现场总线发送至下位机。上位机与下位机之间一般通过光缆连接，可有效屏蔽上下位机之间的通信干扰。下位机与发电机励磁自动调节器(AVR)相联系，通过改变发电机励磁电流来实现母线电压的自动控制。
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第3章电厂自动电压控制系统设计方案.......... 9
3.1石景山热电厂现状.......... 9
3.2石景山热电厂自动电压控制系统总体设计原则.......... 9
3.3自动电压控制系统的具休方案..........10
3.4自动电化控制系统结构设计.......... 16
3.5本章小结.......... 17
第4章石景山热电厂自动电压控制系统的调试.......... 1
4.1石景山热电厂自动电压控制系统选型概述.......... 18
4.2石景山热屯厂自动电压控制系统调试试验.......... 19
4.3石景山热电厂自动电压控制系统的运行.......... 37
4.4石景山热电厂投运自动电压控制系统后的收益分析.......... 38
4.5本章小结.......... 39
第5章总结与展望.......... 40
第4章石景山热电厂自动电压控制系统的调试
4.1石景山热电厂自动电压控制系统选型概述
石景山热电厂自动电压控制POWER AVC 3000装置，是安装于发电厂通过调控机组励磁，实现电网电压、无功优化控制的专门装置。在相关约束条件下，根据接受的目标电压指令，调节机组励磁，从而改变电厂高压侧母线电压，达到控制目标。目的是提高电网的可靠性和电网运行的经济性，该装置可实现本地和远方调度控制。现场性能测试是在装置安装完毕后，测试包括设备投入运行前的全面检查、精度测试、可靠性试验、控制逻辑测试及控制器参数整定，关系到AVC装置的正常运行、调节精度与效能、调节速率指标，关系到其在屯网无功优化控制中发挥的作用。POWER AVC 3000软件根据北京市调调度下发的220kV四、五母线电压.目标值和石门线目标值，分别自动计算得出1号、2号、3号机组所要承担的总无功出力日标位和4号机组无功出力目标值，并根据设定的无功功率分配原则，在充分考虑各种约束条件后，将总无功功率合理分配给每台机组，并通过AVC设备发出控制信号到DCS控制系统，通过DCS控制系统来控制发电机组励磁调节控制系统AVR,实现4台机组的电压无功自动控制。励磁系统调节机组无功功率，最终使全厂母线电压达到北京市调调度所下发的目标值。POWER AVC 3000系统输出异常或调节控制约束条件成立时，POWERAVC3000调节功能会自动退出，并有告警显示功能。
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结论
本文的主要研究工作是石景山热电厂自动电压控制系统投运的设计、调试和应用。本项工作的主要成果有以下三点：
一是根据石景山热电厂现场需求，提出了自动电压控制系统的实现方案，从数据采集方式、闭环控制方式、安全约束策略等多个方面对各种可能的选择进行了分析比较，最终提出了一套适合于石景山热电厂的方案。石景山热电厂的设计方案对其他需要进行AVC系统设计或改造的电厂，具有很好的借鉴意义。
二是设计了自动电压控制系统的调试方案，并通过调试验证了这套自动电压控制系统能够满足电网和电厂对无功电压调节的需求。调试方案涵盖了仿真测试、功能测试、开环测试、闭环测试等多方面，并完整复现了整个调试的过程，并对各项试验的结果进行了分析，对于其他电厂自动电压控制系统的投运具有普遍的指导或参考意义。
三是通过投运自动电压控制系统，为电网和电厂都带来了收益，提高了电能质量，促进了电网的经济运行，也保证了电厂机组的安全运行，并给电厂创造了经济效益。
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参考文献（略）
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第1章绪论
1.1课题背景和意义
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对电力的需求也在日益加大，对电力的依赖性越来越强。而智能电网的提出，被认为是当今世界电力发展和变革的最新动向，也是21世纪世界电力系统的重大科技创新与发展趋势。电网运行自动化、智能化的监控水平已成为国内外高度重视的关键问题。在线、实时、无人化的监测系统已成为智能电网必不可少的一部分⑴随着我国电力系统的建设，各类发电厂和变电站数量的激增，对于供电系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求;尤其是发电厂和变电站内各类的高压电气设备及高压电气连接点。对于这些高压电气设备及高压电气连接点，保证其可靠的运行将直接影响着电力系统本身的可靠性。与一些欧美国家相比，我国电网的平均故障率偏高，经过调查发现，其中一个重要原因就是我们缺乏对高压电气节点有效的在线监测措施，而对其实施的在线温度监测更是少之又少。根据电力事故的事后分析，绝大部分的火灾是由电气节点温度过高而引起的，这种事故一旦发生，将致使设备烧毁甚至导致爆炸，严重威胁生命及财产。如果能在平常实时的对高压电气节点在进行线温度监测并在发现问题后迅速采取措施，防患于未然，将有着重大的意义。因此，对变电站高压电气设备及高压电气连接点温度进行实时有效的监测是非常必要的。在高压电气节点的故障中，由于发热造成系统运行的问题，经常发生。因此，对高压电气节点实施在线温度监测已成为亟待解决的问题[2]。电力系统在安装了在线测温装置后，有以下改进：1、事故事先预警，使人员在第一时间采取措施，避免事故发生或者将事故所造成的损失最小化。2、将正常的3-4天一次的人工巡视改为24小时全天无人在线实时监测，既能够使巡视人员免于福射的伤害，又进一步提高了设备运行的安全程度。分散的人员巡视变成了集中的电脑监控，实现真正的智能化。
1.2国内外发展现状
高压电气节点测温的方法主要分为人工测温，红外热成像测温，有线在线测温，无线在线测温。国内中小型的变电站都是人工测温的方式，国外的变电站综合自动化水平较国内领先，基本上均是有线在线测温，精度更高。人工测温主要是巡检人员使用红外测温仪对设备逐点测温，红外测温仪包括光路部分和电子传感变换部分，光路部分又包括镜头（含猫准机构）和滤色片，电子传感变换部分又包括传感器部分和信号处理部分。这种方法能够准确的判断设备的故障，但同时存在很多的缺点，如：1.对于光亮或者抛光的金属表面的测温读数影响较大并且易受环境因素的影响。2.测量外部物体的温度方便，不方便测量封闭的或者存在障碍物的物体，例如高压开关柜内电气节点的温度或一些电控器件的温度。3.另外，人工测量使得检测人员长期暴露在高电压、强磁场的环境中，对人员的身体也造成了极大的伤害。红外热成像测温技术是一种对目标的被动式的非接触的检测与识别，因而隐蔽性好，不容易被发现，从而使红外热成像仪的操作者更安全、更有效。红外热成像技术不受电磁干扰，适用于高压电气节点的测量，能真正做到24h全天候监控，且探测能力强，作用距离远。红外热成像技术能直观地显示物体表面的温度场，可采用多种显示方式，不受强光影响，应用广泛。
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第2章高压电气节点在线测温系统需求分析
2.1系统需求分析
鹤岗电网是黑龙江省东部电网的重要组成部分，近年来由于高压母线搭接点、断路器触头的温度升高导致的事故频发，就可能导致变电站起火或设备爆炸的严重后果，不仅严重影响电网的安全生产，还会严重威胁公共安全，给供电、用电方带来巨大的经济损失。鹤岗地区电网的特殊地理位置对于黒龙江电网而言尤为重要，鹤岗地区电网位于黑龙江东北部，黒龙江电网按其地理位置可分为东、中、西三个部分，东部电网与中部电网由2回500kV线路和4回220kV线路相联，如果由于温升导致的鹤岗电网事故扩大进而影响整个黑龙江电网，那么后果不堪设想。虽然鹤岗电网开始陆续安装使用一些简单的在线测温装置，由于缺乏统一的平台，各类测温装置长期孤立运行，资源不能共享；同时在线测温所得到的数据也无法与离线试验、运行巡检等其它重要状态量有机结合，自动化和信息化程度不高，导致对隐患的监测及预警能力不强，未能有效发挥其辅助诊断的作用。
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2.2系统测温方式分析
目前国内外关于电气高压节点的温度监测方法的研究较多，但是由于这些节点处在强电磁场、高电压环境中，所以目前大多数的研究都侧重于如何实现测温系统的抗干扰能力与高压环境中的绝缘问题，并且根据测温单元是否直接接触高压电气节点，可分为接触式与非接触式两类，现在主流的高压电气节点测温系统主要有以下几种：
1. 红外线通信高压电气节点测温系统（接触式）：
高压测温探头与被测物体直接接触，测温精度较高，但考虑到电气的隔离，高压测温探头需与被测物体间采用红外线通信方式。这就要求在安装时需将高压测温发射端和需与被测问题端直线相对（可以小角度倾斜），但有一定的安全距离，从而降低了测量的可靠性及稳定性；并且在实际应用中，由于环境的复杂程度不一造成安装的复杂度较高，并对于一些封闭设备，如高压开关柜并不适用；同时红外线通信的通信速率较低；测温探头需采用电池供电（电池使用寿命与具体设计有关）。
2. 红外线热累堆积传感器照射测温系统（非接触式）：
高压测温探头不与被测物直接接触，被测物体表面的散热、测温精度与探头相对于被测物的直线距离、探头与物体间的夹角直接影响测温的精度，大部分情况下的测温精度较低；安装时同样由于环境的复杂程度，使得安装较为复杂；同样无法测量封闭式设备；测温探头可以由监测主机直接供电，无需电池。
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第3章高压电气节点在线测温系统整体方案设计.......... 15
3.1系统设计原则.......... 15
3.2在线测温系统总体结构设计.......... 16
3.3在线测温系统主站设计 .......... 17
3.3.1主站系统结构设计.......... 17
3.3.2主站系统功能设计.......... 19
3.3.3主站系统软件结构设计.......... 20
3.4在线测温系统通信方式设计.......... 21
3.5本章小结 ..........23
第4章高压电气节点在线测温系统终端设计.......... 24
4.1测温系统终端的选取.......... 24
4.2在线测温终端总体设计 ..........26
4.3测温终端取电技术的实现.......... 30
4.4温度采集模块设计.......... 33
4.5本章小结 ..........39
第5章总结与展望.......... 40
5.1总结 ..........40
5.2展望 ..........40
第4章高压电气节点在线测温系统终端设计
4.1测温系统终端的选取
常规的测温终端要么需要人工干预，要么造价较高，要么有安全隐患，要么存在局限性，尤其是对于特殊的行业领域，限制了多种测温终端的应用。电力高压环境测温就是一个典型的比较特殊的被测量环境，对于这样一个物理结构复杂、测量点分布不集中、人工无法或不便于接近的环境，选取合理的测温终端对于系统的建设具有重要意义。传统的测温方法，例如红外测温的方法已经不能适应一些新型电气设备，尤其是封包式电气设备的需求，例如高压开关柜为了避免闪污事故及短路事故，柜体内君进行了绝缘包封，红外测温的方法不能测量柜体内的温度，而断路器触头又极易温度升高引起事故，因此红外测温的方法已不适用于其温度的监测[2G]。
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总结
论文通过深入分析现阶段电力系统中高压电气节点测温的课题背景，认真比较了当前高压电气节点温度测量的几种方案(光纤测温、红外测温、无线测温等)，指出了各自的优缺点，最终选用了无线测温方案。本文设计开发了一套适用于鹤岗地区电网的高压电气节点无线测温系统，并对测系统的终端进行了具体的模块设计。本文具体的工作如下：
1)分析比较了当前高压电气节点温度测量的几种方法，最终选用了无线测温，并对鹤岗电网的需求进行了分析，研究了 WSN在智能变电站中的应用及前景；
2)结合鹤岗当地电网的实际情况，着重对系统的总体、主站、功能、通信方式提出了具体的设计方案，并介绍了本系统的主要监测单元；
3)对在线测温系统终端的各个模块进行了具体的方案设计，并确定了终端的取电方式，之后重点对温度采集模块进行了软硬件的设计，并确认了最终的相关参数。
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参考文献（略）
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第一章 综述
1.1 现代工业对电子封装材料的要求
近几年我国不断加大科研投入的力度，如大飞机和深空探测等重大项目，如今已开展得如火如荼。而航天工业、大飞机制造技术中的关键技术之一是电源和控制系统的小型化，因此对各类电力电子器件的小型化要求日益凸显。然而我国在电力电子器件的绝缘领域里，无论是制造工艺还是绝缘的新生替代产品的研究仍然落后于发达国家。欧美和日本等发达国家已经在此领域处于领先地位，特别是许多生产电力电子器件（主要针对 IGBT）的公司已经较深入地研究了电力电子器件绝缘，例如富士电机、三菱电机等[1,18]。随着电力工业的发展，对于材料低成本，高电气性能和高热导率提出了越来越高的要求。由于氧化铝陶瓷材料具有高热扩散系数，高热导率，相对稳定的电性能和芯片与封装材料间微小的热扩散系数的差异[3]，大功率电力电子器件选用氧化铝陶瓷材料作为基板绝缘材料。然而，氧化铝陶瓷材料具有脆裂性，成形的复杂性等缺点，并且烧结陶瓷材料需要花费较高的成本，而环氧树脂具有易于固化成形，更高的金属粘结性和低成本等优点，本文提出采用高导热性的环氧树脂复合材料作为电力电子器件基板绝缘的实验研究的对象[4]。电子封装材料作为电子元器件及其连线的承载体和电力电子集成电路的保护体，起到支撑、隔绝外界环境、散热、电绝缘等作用。传统意义上往环氧树脂加入高含量的微米颗粒虽然能显著提高其导热性，但是环氧树脂的电气性能显著下降，往往不能满足要求，而低含量的微米颗粒虽然不会显著降低环氧树脂的电气性能，但热导率不能满足要求。随着大功率电力电子器件的发展，高功率要求高热导性，高电压要求高电绝缘强度，这使得传统的封装材料无法满足电力电子器件更加严格的性能要求，研发具有高热导率高绝缘强度的新型的电子封装材料成为迫切需要解决的问题。
1.2 电子封装材料简介
电子封装是指对电路芯片及其相互连线进行包装，起到保护电路芯片，减少电路芯片受外界环境影响的作用。电子封装材料是作为紧固电子元器件及其相互连线的机械支持体，起机械支撑、信号传输、密封环境、屏蔽、散热等作用的基体材料。理想的电子封装材料需要满足如下几个条件：(1) 高热导率，低介电常数与介电损耗，优良的高频和大功率性能。(2) 与芯片热扩散系数接近，避免芯片受热应力作用损坏。(3) 较好的机械性能，对芯片起到支撑和保护的作用。(4) 低成本，实现大规模产业化生产。(5) 低密度，拥有良好的电磁屏蔽特性。电子封装材料主要分为如下几类：(1) 按封装结构：按结构分类包括基板、层间介质和密封材料。基板分为刚性板和柔性板。层间介质分为有机材料和无机材料两种，起到保护电路、层间隔离绝缘、保持信号真实等作用。环氧树脂系密封材料目前占整个电子密封材料的 90%左右。环氧树脂密封材料具有成本低、产量大、工艺简单等优点，近 10 年来发展很快。(2) 按封装形式分：分为气密封装和实体封装。气密封装是将被封装芯片置于与外界隔离的气体中。实体封装是将被封装芯片与封装腔体紧密结合。(3) 按材料组成分：分为有机材料和无机材料封装。
1.3 环氧树脂基电子封装材料
相对氧化铝陶瓷材料的优点环氧树脂指有机高分子化合物分子中包含两个或两个以上环氧基团的材料，通常其相对分子质量相对其他有机高分子化合物较低，并且能够和不同类型的固化剂发生交联固化形成不易被常用溶剂溶解、不易融化并具有网状结构的高分子聚合物，属于热固性树脂。环氧树脂的发明经历了相当长的时期，它的工业化生产和应用是近 40 多年的事。1891 年，德国 Lindmannn 用对苯二酚和环氧氯丙烷反应生成了树枝状产物。1909 年，俄国化学家 Prileschajew 发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物。这两种化学反应至今仍是环氧树脂合成中的主要途径[8]。
第二章 微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的制备和测试方法
2.1 实验原材料与实验设备
实验所用环氧树脂为 Syna-epoxy-06E，由上海锦睿工贸有限公司生产。环氧树脂具体性能指标如表 2-1 所示：
2.2 实验样品制备方法
通过三辊研磨机将微米、纳米氧化铝颗粒和环氧树脂混合 3 次，约 5 hour，三辊研磨机慢辊转速为 26r.p.m,中辊转速为 70r.p.m，快辊转速为 145r.p.m。随后往混合物放入固化剂，固化剂与环氧树脂的质量比为 5:6，将混合物充分搅拌均匀。混合物在真空环境下通过真空泵除气 1 hour。样品制作工艺流程如图 2-1 所示。试样成形采用不锈钢板模具，在其表面涂上脱模剂后放入真空烘箱在 80℃条件下预热 5min，取出模具后往上面再涂一层脱模剂，待模具表面风干后倒入环氧混合物。模具放入真空烘箱并在 160℃下保持 10 hour 固化成形，随后自然冷却至室温。本文针对不同实验制备了不同的样品，具体的模具以及样品方案将在以下各章中分别阐述。从以上数据中可以发现，加入纳米氧化铝颗粒后复合材料比例密度降低了，随着纳米氧化铝颗粒含量的提高，比例密度逐步增大。当纳米氧化铝颗粒质量分数较低时，纳米氧化铝多壳结构没有相互重叠，外层相互排斥，使得实际密度降低。当含量进一步上升时，由于纳米氧化铝颗粒相互作用，层与层之间重叠，粒子之间联系逐步紧密，使得实际密度升高。在第四章中对纳米氧化铝/环氧树脂复合材料击穿强度实验结果的分析可以验证这一点。加入微米氧化铝颗粒后，由于单个微米氧化铝颗粒有较大的面，可以将环氧树脂绕在其周围，使得环氧树脂结构紧密，从而提高了实际密度，我们可以发现，随着微米氧化铝颗粒含量的提高，比例密度越来越大，说明在低场强下，环氧大分子链附着在微米氧化铝颗粒表面，微米氧化铝与环氧树脂联系是比较紧密的，该点在第五章电树枝实验中得到证实，因为我们确实看到微米氧化铝/环氧树脂复合材料比纯环氧更耐电树枝生长，当然这只是其中一个原因。微米、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料密度变化不显著，需要进一步试验提供数据进行分析。密度分析可以成为在第四章击穿强度实验结果讨论分析和第五章电树枝实验结果讨论分析的实验证据，因此本文首先在此对其进行阐述。
第三章 微/纳米氧化铝/... 13
3.1 导热机理与导热模型 ... 13
3.2 热导率测量实验原理 ... 15
3.3 热导率测量实验样品制备 ......... 17
3.4 热导率测量实验结果 ... 18
3.5 微、纳米氧化铝对环氧树脂........ 20
3.6 热导率测量实验结论 .... 21
第四章 微/纳米氧化铝/环氧树脂......... 22
4.1 击穿强度测量实验方法 ...... 22
4.2 击穿强度测量实验样品制备 ..... 22
4.3 击穿强度测量实验结果 ...... 23
4.4 纳米和微米氧化铝对击穿特性的影响分析... 27
4.5 击穿强度测量实验结论 ...... 32
第五章 微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料........ 33
5.1 电树枝测量实验装置及实验方法 .... 33
5.2 电树枝测量实验样品制备 ......... 34
5.3 电树枝测量实验结果 ... 37
5.4 微、纳米氧化铝对电树枝生长影响的讨论分析......... 51
5.5 电树枝测量实验结论 ... 61
结论
本文研究了微米、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的导热和电气性能。实验事实证明往环氧树脂中加入适量的微米氧化铝颗粒和纳米氧化铝颗粒既可以提高其热导率，又可以提高其耐电树生长的能力。本论文研究的主要结论如下：
(1) 纳米氧化铝/环氧树脂复合材料随着纳米氧化铝质量分数提高，比例密度由1wt%纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的-0.18 逐步增大至 5wt%纳米氧化铝/环氧树脂复合材料的 0.08。微米氧化铝/环氧树脂复合材料随着微米氧化铝质量分数的提高，比例密度越来越大，当微米氧化铝质量分数达到 20%时，比例密度达到 0.26。
(2) 往环氧树脂中加入高含量的微米氧化铝颗粒可以显著提高其热导率，纳米氧化铝对环氧树脂热导率提高不是很显著。当微米氧化铝质量分数达到 20%时，微米氧化铝/环氧树脂复合材料热导率是纯环氧的 1.63 倍。
(3) 往环氧树脂加入微米氧化铝颗粒会降低其击穿强度，当微米氧化铝颗粒质量分数达到 20%时，击穿强度降低了 40%。往环氧树脂加入 5wt%纳米氧化铝后其击穿强度比纯环氧高 5%。往微米氧化铝/环氧树脂复合材料中加入适量的纳米氧化铝颗粒，复合材料的击穿强度下降不显著。往 5wt%微米氧化铝/环氧树脂复合材料加入0.5wt%纳米氧化铝颗粒，其击穿强度仅下降了 13.3%。
(4) 在针尖曲率半径 25 m 条件下，纳米氧化铝/环氧树脂复合材料比纯环氧有更强的耐电树枝生长能力和局放信号。在针尖曲率半径 25 m 条件下，5wt%纳米氧化铝/环氧树脂复合材料电压升到 25kV 被击穿，并出现 1000pC 以上局放信号，而纯环氧升至 20kV 被击穿，局放信号在 100pC 以下。纯微米氧化铝/环氧树脂复合材料比纯环氧树脂有更强的耐电树枝生长能力。20wt%微米氧化铝/环氧树脂复合材料在电压升至 37.5kV 保持 5min 才被击穿。微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料当纳米氧化铝与微米氧化铝颗粒比例合适时有更强的耐电树枝生长能力和局放信号。20wt%微米、0.5wt%纳米氧化铝/环氧树脂复合材料在电压升至 37.5kV 后保持 10min 未被击穿，且有 1000pC 以上局放信号。
参考文献
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硕士电气自动化论文范文精选篇四
第一章 绪论
1.1 电气石概述
电气石是自然界比较常见的矿物之一。很早以前就有关于电气石的记载。古代的商人把电气石晶体称为混合宝石。我国俗称的“碧玺” (很多文献也称之为 “砒硒”、“碧霞希”、“碎邪金”)，即是宝石级的电气石[1]。1703 年，荷兰人将电气石引入欧洲，并首先发现了电气石晶体对灰尘、草屑的吸附作用，故称其为“吸灰石”[2]。1880 年法国的皮埃罗、里查兄弟证实了电气石具有热电性和压电性。这就是电气石名称的由来。电气石是由 Al、Na、Ca、Mg、B、Fe、Mn、Si、O、F、H 等元素组成的环状硅酸盐晶体矿物。我国电气石资源主要分布于新疆、内蒙古、云南、吉林、山东等省区伟晶岩地区[3]。我国具有丰富的电气石资源，除作为宝石及科技设备部件外，还有相当大量的电气石没有得到开发和利用，尤其是黑电气石。黑电气石具有压电性、热释电性、自发极化性、红外辐射等特性以及较高的机械化学稳定性，可重复利用，对环境无污染，是很好的绿色环保材料，同时对于人体保健具有很好的疗效。由于其成本低廉、产地广泛、产量丰富，倍受科学界和商界的普遍关注[4]。
1.2 电气石的应用与研究背景
1.2.1 电气石的应用
电气石在各个领域的应用，一是作为添加剂，二是作为主体材料。材料加工的时候，对电气石的结构不能破坏，因为它的自发极化和红外辐射性能是依赖其结构特点产生的，没有特定的结构就没有这些优异的性能。因此无论作为添加剂还是作为主体材料，都离不开电气石表面自由能的作用。电气石作为生态环境功能材料，其表面自由能的变化规律应该得到更为广泛地重视和更为深入地研究。电气石形态各异，不同的地质生长环境和成分可决定其晶型和色泽。电气石的形态和存在形式对电气石的应用影响较大。晶型好、品质高的含锰、锂等元素的彩色电气石称为宝石级电气石，用于制造宝石。晶型较差或团块状的电气石可以用作环境材料。电气石颗粒周围存在静电场，永久性自发极化效应使其具有热电性、压电性、天然电极性、辐射红外线、释放负离子等性能。所以电气石的功能属性可以应用于环境保护、人体保健、电磁屏蔽等诸多生活、生产领域[5-15]：环境保护：电气石能与带电粒子发生反应，它可以吸附空气中的粉尘，处理工厂废气，净化水质处理污水，中和水中的酸碱，可用于酸雨、土壤酸化治理等。饮用水的净化：人们日常饮用的水，由于存在氢键，所以导致水分子的活性降低和老化，不利于体健康。电气石的远红外线可以与水中的氢键发生共振，使得氢键断裂，水分子团变小，提高了水分子的活化性。
人体保健：电气石可以使空气中的负离子增加，释放出波长 4~14 μm 的远红外电磁波，影响人体白血球的活动，抑制不饱和脂肪酸的变化，改善血液循环。具体的表现为改善肺器官功能，改善呼吸热处理对电气石粉体表面自由能的影响研究统绒毛的清洁工作效率。电气石有很强的氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而达到抗菌杀菌的作用，因此电气石被广泛应用于美容、医疗行业。涂料：电气石用于室内装饰涂料，可以净化室内空气。电气石与有机硅烷树脂合成的涂料，用于中高档汽车上，既提高汽车外皮的耐酸性和耐溶剂性，又可以净化车内空气。电气石还可以用于远洋船只的防护涂料，它能吸附阴离子，并且通过对水的电解形成单分子膜，从而阻止海洋生物附在船体上生长，从而增强船体的抗腐蚀能力。电子工业：电气石可以用作生产无线电工业用的波长调整器，偏光仪中的偏光片。结晶完好、无弯曲、无裂纹的电气石，可作测定空气和水中的压电计。标准测试材料、仪器和工业设备上的元器件：在硼的试验中，由于电气石本身就是一种惰性的含硼化合物，所以它可以作为一种控制物质。在检测肥料中水溶性硼的影响实验中，电气石可以作为标准。许多科学和工业仪器使用电气石，即电气石钳，能显示出光的偏振。由于电气石的热电性和压电性，在加热或压缩时都能产生电，所以它是测量高压和流体压缩性仪器的主要部件。早期的测量辐射气强度的热剂量计，也是依赖于电气石的热电性特征。电磁波防护器：在一项实用专利(CN 2358663Y)中介绍了一种有效电磁防护器，它包含电气石层，不但可以防止有害电磁波侵袭人体，还将其转化为对人体无害的远红外线。电气石陶瓷球：在一项发明专利(CN 1222494A)中专门介绍了利用电气石制陶瓷球的技术。它利用了电气石的红外线特性可以增强饮用水活性、增加空气中负离子，可广泛用于饮用水活性化，污水处理，农作物喷水设施和净化空气等领域。
第二章 文献综述
2.1 电气石结构与形态特征
早在 1816 年 Weiss 就开始用坐标系来描述电气石晶体，共有四种坐标系用于描述电气石六角晶体体系中的三角子体系。1851 年布喇菲(Bravais)用三个夹角为 120°的 a 轴和与之垂直的 c 轴(图 2-1 Four-axis setup)来描述电气石晶体。Kulaszewski 在 1921 年开始用劳厄(Laue)X-ray 反射花样来试图建立电气石的空间群，从 19 世纪 40 年代开始相继有不同的结构模型被提出，直到 1969 年 Barton 发现了电气石结构的绝对方向，即电气石结构中硅氧四面体的顶角氧原子 O6指向同一方向，即电气石的正极(analogous pole)才确定了电气石的空间群。电 气 石 属 三 方 晶 系 ， 对 称 型 L33P ， 空 间 群 为 R3m ， 化 学 式 通 常 为 ：XY3Z6Si6O18(BO3)3W4[62]。有学者曾这样解释过其晶体结构：其晶体结构可视为由[Si6O18]复三方环、[BO3]三角和[Mg(Fe)-O5(OH)]的三重八面体共棱并共一顶角联接组成。其中 O1、O3为 OH 的位置组成基本单位，水平地分布于菱面体的顶角(图 2-1 中末标出)，并为Al-O5(OH)八面体所连接。Al-O5(OH)八面体与[Mg(Fe)-O5(OH)]八面体共棱连接成平行于 c轴的螺旋柱。常用布喇菲坐标系描述电气石晶体的点阵结构。电气石为异极性矿物，三重对称轴为 c 轴，垂直于 c 轴无对称轴和对称面，也无对称中心。这种晶体结构决定其粉碎后形成的粉体颗粒极不规则，多棱角，表面存在悬键。氧的不饱和键存在，形成吸附阳离子的表面位，具有吸附 H+能力。除此之外，电气石还存在金属离子形成的表面位。金属离子与 H+发生离子交换可使溶液的 pH 值升高（图 2-1）。但是此结构只能简单的表达出电气石面与面之间，面网之间的结构。
第三章 热处理对电气石热释电性能影响........... 27-39
3.1 试验原料与设备.......... 27
3.2 试验工艺与流程.......... 27-29
3.3 电气石粉体的热处理 ..........29-31
3.4 电气石氧化/还原热处理FE~(2+)含量值.......... 31-32
3.5 电气石氧化/还原热处理负离子浓度.......... 32-33
3.6 结果讨论与分析.......... 33-37
3.7 小结.......... 37-39
第四章 电激发极化对电气石性能的影响..........39-49
4.1 电气石电激发极化原理.......... 39
4.2 试验工艺与流程 ..........39-43
4.2.1 试验流程图 ..........39-40
4.2.2 热处理试验.......... 40
4.2.3 不同粒度电气石对水的作用.......... 40
4.2.4 电气石负离子检测 ..........40-41
4.2.5 电气石电激发极化试验 ..........41-42
4.2.6 电气石还原样品XRD 分析.......... 42-43
4.3 试验结果讨论与分析.......... 43-47
4.3.1 不同粒度电气石对水的作用.......... 43-44
4.3.2 电气石电激发极化结果分析.......... 44-46
4.3.3 电气石还原样品XRD 分析.......... 46-47
4.4 小结 ..........47-49
结论
1.通过氧化/还原热处理黑色电气石改性，可以得到以下认识：
（1）由于 Fe2+占 Fe 总量 69%，Fe3+占 Fe 总量 31%，黑色电气石还原的范围有限，而氧化的范围变化较大。通过不同温度，不同时间氧化/还原热处理，白度变化规律总体趋势相同，氧化气氛下，随着温度升高/时间增加，电气石可变白到 35%；还原气氛下，随着温度升高/时间增加，电气石可变黑到 6%；
（2）氧化/还原气氛下，随着温度升高，电气石中 Fe2+随之降低/升高，即 Fe3+随之升高/降低。在氧化反应过程中，存在 Frenkel Defect 并同时存在反 Schottky Defect，即氧原子通过反 Schottky Defect 将氧原子扩散进入电气石结构内部，并进入结构间隙，完成4FeO + O2→ 2Fe2O3反应；同理在还原反应过程中，发生 Schottky Defect 效应，同时电气石表面发生 O2+ 2H2→ 2H2O，总体完成 Fe2O3+ H2→ 2FeO + H2O↑ 过程。
（3）还原气氛热处理的电气石面网(220), (505), (152) 更有利于 O 原子发生 SchottkyDefect 效应；氧化气氛热处理电气石的(012), (220), (505) 更有利于 O 原子发生反 SchottkyDefect 效应。
（ 4 ） 电 气 石 经 还 原 热 处 理 过 程 时 ， 极 性 基 团 [Fe2+,Mg–O6] 不 变 ， 电 极 距–[Al,Mg,Fe2+,Fe3+–O6]– 链上的 Fe3+还原为 Fe2+，剩余部分 O 原子发生 Schottky Defect，使得电极距与极性基团共顶角 O 更紧密，使得热释电效应更加灵敏；电气石经氧化还原热处理过程时，发生反 Schottky Defect，同时亦发生 Frenkel Defect，极性基团[Fe2+,Mg–O6] 和极距 –[Al,Mg,Fe2+,Fe3+–O6]– 链上的 Fe2+将被氧化成 Fe3+与间隙中 O 原子形成配位，造成极性基团的不稳定，以及电极距键链的扭曲，使得热释电效应在一定程度上受到影响。
（5）通过氧化/还原热处理黑色电气石改性，还原气氛下热处理有益于负离子浓度增加，电气石热释电效应更好；氧化气氛下热处理负离子浓度增加有限，电气石热释电效应一般。
2.通过电激发极化对黑色电气石改性，可以得到以下认识：
（1）通过电气石对水的 pH 值的影响规律，作者认为粒径越小电气石粉体，单位体积具有永久电极性的粒子个数越多、电气石粒子与水分子的接触面积越大、单位表面断键越多，是“小粒度电气石”热释电效应强于“大粒度电气石”的根本原因。
（2）通过电激发极化对黑色电气石改性，作者推断电气石结构中 Fe3+不会在被氧化，它也不会产生自旋，氧化对电气石的自发极化影响很小。而当三价铁转化为二价铁时，二价铁发生磁性自旋，结构中 Fe2+的自旋和三价铁转化为二价铁时会使电气石电偶极矩–[Al,Fe3+–O6]– 链拉伸并产生空穴和缺陷，使电气石的磁性增强，其自发极化增强。与表4-5 体现出相似的规律。
参考文献
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硕士电气自动化论文范文精选篇五
第一章绪论
1.1本课题研究的目的和意义
对于不换位架空线路三相参数不平衡问题，目前的研究对象多为SO0kV高压架空线路，对22OkV架空线路的研究较少。而研究手段以仿真为主，部分文献通过对线路互感矩阵的不对称来研究其不平衡特性。研究所用的仿真模型主要采用三相对称电源经不换位高压线路直接带三相对称负荷模型，也有基于实际系统考虑的环网模型。任意三相对称输电线路在对称分量坐标系中可以三个无电磁藕合的序电路表示。至于不对称输电线路，即使采用对称分量坐标系，三序之间仍有藕合。文献提出了在对称分量坐标中不对称三相潮流的两种求解方法一隐式阻抗矩阵法和解藕—补偿法。这两种方法都能充分利用对称分量坐标中对称元件，诸如发电机、变压器等的解藕特性，提高三相潮流的解算速度。解祸—补偿法则进一步利用不对称输电线路三序之间的弱祸合特性，通过对三序间弱祸合的补偿，实现三序之间的解藕求解，该法还适合于并行计算。对于不换位架空线路的参数不平衡影响因素研究，文献针对不同电压等级的高压输电线路得出了不换位和换位后的计算值并对影响线路不对称度的几种因素分别进行了计算和比较。对于同杆多回线路，文根据序参数计算结果研究了实际线路参数对各类不平衡系数的影响规律及特性，其主要影响因素有导线相序排列方式、导线对地高度、导线间距离以及导线自身属性等。对于不换位架空线路的参数不平衡的解决方法，文献利用三相潮流计算程序对不同输送功率和不同线路长度情况下的由输电线路参数不对称引起的负序电压和电流进行了计算和分析，并对通过合理设置线路串补元件及线路两端无源无功补偿元件参数来减小负序分量的方法的可行性进行了探讨。结合实际网架结构来分析架空线路的电流不平衡问题，文献[14]以山东电网部分SO0kV线路为算例，对22种相序排列方式进行了仿真比较，并从中得出降低线路不平衡电流的几种相序排列方式;文献通过对秦山第二核电厂500kV出线的三相电流不平衡现象进行综合测试和定性分析，提出电网元件不对称和线路潮流的变化是产生三相电流不平衡的主要原因，并提出了相应的对策。
1.2本文研究内容及章节安排
本文首先从卡森模型出发，对不换位架空线路进行分相参数建模，在此基础上分析线路塔型、导线参数、相序排列等因素对不平衡电流的影响;并在环网条件下，研究电源相角和线路潮流等因素对不平衡电流的影响。最后以EMTDC仿真为手段对深圳电网典型线路的不平衡电流进行再现，并根据前文的理论研究成果提出相应的解决方法并仿真验证。本文章节安排如下:第一章为绪论，主要介绍论文选题的意义以及相关的最新研究现状。第二章主要阐述基于卡森模型的不换位架空线路分相参数建模理论，详细介绍了线路各相电感和电容的计算方法以及架空地线和分裂导线的处理方法，针对22OkV线路提出了研究不平衡电流的化简模型。第三章主要对各种影响不换位架空线路不平衡电流因素进行分析和比较，从中寻求影响线路不平衡电流的主要因素。第四章主要研究在环网条件下，分析并总结多个不换位输电线路组合在环网中不平衡规律。第五章结合深圳电网两回典型的不平衡电流较大线路，以EMTDC进行仿真再现其实际情况，并提出相关措施抑制其不平衡电流。第六章为全文总结。
第二章输电线路分相参数建模
任意三相对称输电线路，在对称分量坐标系中可以三个无电磁藕合的序电路表示。但对于不对称三相输电线路，即使采用对称分量坐标系，三序参数之间仍存在祸合。而相分量法由于比较直观，而且可由线路和杆塔的参数直接求得，本文对三相输电线路进行建模时主要采用相分量。
2.1不换位高压线路三相模型
在架空线路参数计算中，常常要涉及“导线一大地”回路。图2-4(a)单导体以大地作为回路的交流电路。在这种回路中，电流经过导线后经大地返回。卡森于1926年提出，计算“导线—大地”回路自感时，可以用一根与架空导线平行的假想地中导线代替大地，地中电流集中在假想导线中流过，如图2-4(a)所示。下面将分别介绍以大地为回路时的线路单位长度的自阻抗和互阻抗公式。由以上结果可知，对于220kV的高压线路，采用本文提出的简化模型计算线路的三相电流及电流不平衡度，与采用LRCn型线路模型所得的结果差异很小，可以认为对于220kV线路，使用简化后的线路模型进行电流不平衡度的计算具有可行性。在研究高压架空线路电流不平衡问题时，使用该简化线路模型取代计算繁琐的n型线路模型，具有以下意义:
(l)该模型揭示了换位220kV架空线路互感参数的不对称，是影响不平衡电流的最主要因素。
(2)该模型用一个三阶互感矩阵表示三相输电线路，结构清晰简单，大大化简了三相电流及电流不平衡度的计算过程，同时也为推导线路不平衡电流的解析表达式带来了极大的方便。
2.3本章小结
对于三相参数不对称线路，三相参数变换到序坐标下仍不能解藕，因此必须在相坐标下对线路三相参数进行建模。本章从卡森模型出发，对不换位架空线路进行分相参数建模，详细介绍了线路各相电感和电容的计算方法以及架空地线和分裂导线的处理方法，针对220kv线路提出了研究不平衡电流的化简模型。在此基础上分析线路塔型、导线参数、相序排列等因素对不平衡电流的影响。
第三章 影响电流不平衡度的因素分析.............. 25-39
3.1 电流不平衡度的定义 ...........25-26
3.2 单回线路的不平衡影响因素 ...........26-31
3.3 双回线路的不平衡因素分析........... 31-38
3.3.1 计算模型...........31-32
3.3.2 各因素对不平衡........... 32-38
3.4 本章小结........... 38-39
第四章 环网不换位线路的不平衡分析...........39-54
4.1 环网等值回路的不平衡分析........... 39-40
4.2 环网中不平衡影响因素仿真分析........... 40-48
4.2.1 电源相角差的影响........... 40-42
4.2.2 电源幅值差的影响........... 42-43
4.2.3 线路两端负荷的影响........... 43-48
4.3 线路相序排列的影响........... 48-53
4.4 本章小结........... 53-54
第五章 深圳电网清经线不平衡电流........... 54-70
5.1 清经线三相不平衡简介........... 54-56
5.2 清经线环网仿真模型 ...........56-59
5.3 降低电流不平衡度方案........... 59-67
5.3.1 方案一 ........... 64-67
5.4 两种方案的比较........... 67-69
5.5 本章小结 ...........69-70
结论
就高压架空线路不换位所带来的三相参数不对称问题，本文在对其进行分相建模的基础上，提出研究220kV架空线路不平衡电流的简化线路模型。分别就单回线路和同杆双回线路的不平衡电流影响因素和治理手段进行了分析和仿真研究，其主要结论如下:
1.不换位单回输电线路不平衡基本规律分析:对线路电流不平衡度影响各种因素程度不一，大致可分为三类:最大的因素有:负荷大小和线路长度;其次为:导线分裂数、架空地线和相线的间距;基本没影响的因素是:大地电阻率、线路半径和线路对地高度。
2.不换位同塔双回输电线路不平衡基本规律分析同杆双回线路的任一回线路的电流不平衡度为穿越不平衡度和环流不平衡度的矢量和(差)。随着各种因素变化时，各种相序的穿越不平衡度和环流不平衡度的变化曲线无交叉，即其大小关系稳定，这为通过相序调整来调节电流不平衡度提供理论支持。穿越不平衡度受线路长度、负荷大小的影响较大;在线路长度较长、或者负荷较大的情况下，同相序和异相序1的穿越不平衡度明显大于其它相序。环流不平衡度不随线路长度、负荷大小和负荷功率因素的影响;各种相序中4种异相序排列的环流不平衡度较大，逆相序较小，同相序为零。为了降低同杆双回线路的电流不平衡度，推荐采用环流不平衡度和穿越不平衡度均较小的逆相序，或者采用环流不平衡度为零的同相序排列。
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硕士电气自动化论文范文精选篇六
1. 绪论
1.1课题背景及意义
目前，解决谐波问题的基本思路可以分为两类:其一是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控为1，这种方法适用于电力电子装置作为主要谐波源的情况。其二是通过装设谐波补偿装置来补偿谐波，这种方法适用于各种谐波源，它包括采用无源电力滤波器(Passive PowerFilter，简称PP)和有源电力滤波器(Active PowerFilter，简称APF)两种方式。采用安装PPF的方法，是利用PPF的低阻抗特性对畸变源进行补偿，它不仅可以补偿谐波，还可以补偿无功功率，而且结构比较简单，一直被广泛使用。但这种方法的主要缺点是其补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易甲与系统发生谐振，导致谐波放大，使滤波器过载甚至烧毁。另外，它只能补偿特定频率的谐波，补偿效果也不甚理想;采用装设APF的方法，是把APF作为一种理想的谐波电流源，产生与畸变源大小相等、方向相反的谐波电流来抵消其畸变分量，从而使得电源电流的波形成为正弦波。它能对幅值和频率都变化的谐波进行跟踪补偿，而且补偿特性不会受电网阻抗影响，因而受到了广泛的重视，并己在日本等国家获得了广泛的应用。但由于其投资成本较高，且大容量的APF不易实现，所以没有得到推广应用。目前，针对电力系统高压、大功率的谐波治理背景，一般都采用PPF和APF相结合的混合有源电力滤波器，以弥补各自的缺点，形成优势互补。
为了克服单独使用PPF或APF进行谐波治理时存在的缺陷，出现了将PPF和F相结合而成的混合滤波方案，其基本思想是:利用PPF为APF分流或者分压来减小APF的容量，同时，利用APF控制灵活的特点弥补PPF在补偿性能方面的缺陷，这是目前APF研究领域的一个重要方向。但是，需要指出的是，不论哪种HAPF方案，其性能都不可能做到和单独型APF的性能完全等同，也就是说，HAPF在降低有源部分容量的同时，是以牺牲APF的部分补偿能力为代价的。但即便如此，HA卫F与单独使用的PPF或APF相比，在性价比方面仍然具有很强的吸引力。HAPF具有非常广泛的应用领域，尤其是在PPF使用性能不佳而使用APF又投资巨大的场合。具体而言，从负荷的角度来讲，包括变频设备、电弧炉、电力机车及高压大功率整流设备等;从行业方面来讲，主要有地铁、冶金、石油、化工、电气化铁路及高压直流输电系统等。研究混合有源电力滤波器的最终目的是将其推广到工程应用中去，以产生较好的经济效益。而混合有源电力滤波器的参数选择是设计混合滤波装置的关键步骤，直接关系到其经济性和性能。混合有源电力滤波器的参数优化需要同时考虑经济、技术和安全多方面的因素，仅凭一个设计指标难以评价设计质量的优劣。在工程实践中，应综合考虑各个设计指标，是典型的多目标、非线性优化问题。如果参数设计不当，不仅会造成投资成本增加、滤波效果不佳，而且还可能造成系统无功功率过补偿等问题。因此，研究混合有源电力滤波器并对其参数进行优化设计具有非常重要的现实意义。
1.2国内外研究概况
国际上，在20世纪50、60年代，一些学者开始对电力系统的谐波污染问题进行研究。在70年代以后，随着电力电子技术的发展，谐波造成的危害日趋严重，引起了世界各国对谐波问题的广泛关注。国际上召开了多次有关谐波治理问题的学术会议，不少国际学术组织和国家都制订了限制用电设备谐波和电力系统谐波的规定和标准。期间，PPF因其结构简单、投资成本低成为了主要的滤波手段。进入20世纪80年代，随着大中功率全控型半导体器件的成熟、基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法的提出以及脉冲宽度调制控制技术的进步，对APF的研究有了飞速的发展。但由于妙F受其开关容量和初期成本的限制，未得到广泛的推广。90年代，出现了无源、有源相结合的混合型滤波方案。1990年，rujitaH等人提出了将PPF和妙F串联后再与电网并联的HApF滤波方案。在该系统中，PPF用来滤除大部分谐波并兼顾无功补偿的作用，而砂F则用来改善无源电力滤波器的滤波特性，克服PPF易受电网阻抗影响、可能与电网阻抗发生谐振的缺点。APF发展至今，其主电路拓扑结构和工作原理都发生了很大的变化。
2新型并联混合有源电力滤波器的拓扑结构及工作原理
有源电力滤波器是一种具有动态抑制谐波、补偿无功功能的新型电力电子装置，其应用弥补了LC滤波器等传统谐波抑制和无功补偿方法的不足。本章首先介绍APF的基本工作原理，然后分析不同拓扑结构的APF，采用适用于本课题研究的新型并联混合有源电力滤波器的拓扑结构，并对其工作原理进行分析。
2.1有源电力滤波器的基本原理
图2.1所示的为最基本的APF系统构成原理图[1]。图中es表示交流电源，负载为谐波源，其产生谐波并且消耗无功。系统由指令电流运算电路、补偿电流发生电路两大部分组成，其中补偿电流发生电路又包括电流跟踪控制电路、驱动电路及主电路三部分。指令电流运算电路的核心是检测补偿对象的谐波和无功电流成分，因此，有时也称为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得到的补偿电流指令信号，产生实际的补偿电流。目前主电路均采用PWM变流器。
3 新型并联混合有源电力滤波器........... 32-43
3.1 遗传算法简述........... 32-35
3.2 多目标优化问题的研究........... 35-36
3.3 混合滤波器参数的综合优化设计........... 36-43
4 新型并联混合有源电力滤波器的参数设计........... 43-58
4.1 附加电感的设计...........43
4.2 无源电力滤波器的设........... 43-44
4.3 APF和耦合变压器的设计........... 44-47
4.4 输出滤波器的设计........... 47-48
4.5 直流侧电容的设计...........48-49
4.6 滤波器参数的综合设计结果........... 49-50
4.7 系统仿真 ...........50-53
4.8 GUI图形界面的设计........... 53-58
5 滤波器参数的优化设计与工程设计方法...........58-66
5.1 工程设计方法研究 ...........58-61
5.1.1 最小电容器安装容量法........... 58-59
5.1.2 无功补偿容量法........... 59-60
5.1.3 工程设计方法实例........... 60-61
5.2 优化设计与工程设计的经济性对比........... 61
5.3 优化设计与工程设计的无功补偿........... 61-62
5.4 优化设计与工程设计的谐波抑制性能比........... 62-66
结论
本文在高压、大功率电网的谐波治理背景下，采用改进的遗传算法对新型并联混合有源电力滤波器的电气参数进行了优化设计。在设计滤波器参数时，应当建立一个合理的、完整的综合评价目标，以求解满足各项指标要求的滤波器参数。本文对这一问题深入展开并进行了详细的研究，取得的主要研究成果如下:
(l)理论分析了滤波器的拓扑结构及工作原理。分析了从最早期的有源滤波结构方式逐步演变而来的各种拓扑结构及存在的优缺点。分析了新型并联混合有源电力滤波器在检测网侧谐波电流控制方式(反馈控制)、检测负载谐波电流控制方式(前馈控制)及两者结合的复合控制方式下的工作原理;
(2)针对新型并联混合有源电力滤波器参数设计的多目标优化特点，为达到投资成本最低、系统功率因数接近于1、谐波抑制效果好三个综合优化目标，采用改进的遗传算法对NPHAPF的电气参数进行了优化设计。编写了MATLAB语言的多目标优化程序;
(3)考虑到滤波器参数的选择对设计滤波装置起着至关重要的作用，直接关系到滤波装置的经济性和性能，对NPHAPF的各个组成部分都进行了详细地研究和分析，包括附加电感、无源电力滤波器、祸合变压器、有源电力滤波器、输出滤波器和直流侧电容。搭建了新型并联混合滤波系统的仿真模型，并用设计出来的NPllAPF各个组成部分的参数进行仿真。通过仿真，验证了综合优化设计目标的合理性，根据NPllAPF的参数优化流程设计了图形用户界面;
(4)根据滤波器参数工程设计方法的最小电容安装容量法、无功补偿容量法分别求得NPHAPF的参数。从经济性、无功补偿性能和滤波效果三个方面出发，对工程设计和多目标优化设计方法分别得到的滤波器参数进行仿真研究。仿真结果表明，采用多目标优化设计方法求得的新型并联混合有源电力滤波器参数具有良好的经济性和谐波抑制性能，并兼顾无功补偿的作用，而由工程设计方法得出的滤波器参数只能满足部分设计指标的要求，验证了多目标优化设计方法的正确性和优越性。
通过本文一系列的理论研究和仿真讨论，可以看出，采用基于改进遗传算法对NpHAPF电气参数进行的多目标优化设计取得了较好的预期效果。因而，本文对滤波器参数设计问题具有一定的借鉴性。
参考文献
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硕士电气自动化论文范文精选篇七
第一章 绪论
1.1 课题的来源、目的和意义
目前国内的火力发电企业的设备检修多采用故障检修和计划检修（包括设备运行时的定检）并行的两种检修方式。故障检修多为设备已经因故退出运行，或者是运行人员、点检人员在对设备进行巡检、点检过程中，通过专用仪器或者技术经验发现问题，然后由检修人员对设备进行有针对性的检修。在设备日常运行时进行的多为故障检修，此时设备已经出现危及安全运行的情况或者是已经无法运行，这种检修又常被称为抢修。故障检修是最基本、最早应用于设备的检修方式，其基于设备已发生、存在问题，是一种亡羊补牢式的检修，检修时所承受的风险和成本都不可预计。这种方式的检修是无计划的、不可预知的，随机性很大，在这种检修方式下如果隐性的问题不能被及时地发现，就会有可能迅速发展扩大，升级成为危及机组、系统安全运行的重大隐患。传统的计划检修往往是不管设备的实际运行状况如何，只要到期就修，它的本质是单纯以时间周期为基础而安排的检修。计划检修相比故障检修能更早的发现、处理设备的出现“隐性”问题、“小”问题，在一定程度上把事故消灭在萌芽状态，有一定的根据和经验依据，但是仍然比较保守，有很大的盲目性和强制性，存在不够科学、经济性差等弊病，主要存在以下几个方面的问题：1.容易浪费大量的人力物力，并且检修后的效果并不一定明显，甚至有反效果，出现“设备是修坏的”反面现象；2.在设备安全运行的情况下增加了停电次数和停电时间，造成了过多不必要的运行操作，增加了误操作的事故率，同时设备在启停的过程中是效率最低、运行成本最高的阶段，这不利于发电企业的成本控制和生产效益，而且设备的损坏也往往出现在停、启的冷热态转换过程，此期间发生的冲击会对系统的牵连影响更大；3.造成过度检修，造成设备的频繁拆卸，广泛、大规模的解体检查，增加了检修过程中产生新的设备隐患的几率；4.检修后按要求进行的各种试验，特别是破坏性试验等也可能会对设备造成不可逆转的“硬”损伤，使其总体运行寿命下降。
针对目前发电企业的这种检修现状，尝试从“状态检修”的角度来对设备的维护、检修进行探讨，目的是寻求一条能改变现在这种过于被动、灵活性不足的检修模式的道路，提前预防、及早发现设备的缺陷，避免设备事故的出现，从而提高设备的可靠性，也能因此提高设备检修的效益和经济性。要对这种检修模式进行探讨，主要是依赖设备在安装、调试、运行等各个时期的资料数据、参数，和在线检测、离线检测等方法手段，计算、预知设备在某一时段可能出现的故障，有针对性的进行检修。什么是状态检修？状态检修是企业以安全、环境、成本为基础，通过设备状态评价、风险分析、检修决策等手段开展设备检修工作，达到设备运行安全可靠、检修成本合理的一种检修策略。欧盟标准 EN13306 中对状态检修的定义是根据设备性能和参数的监测结果及其处理措施进行的预防检修。进行设备状态检修研究，对设备的状况进行检测、规划，做出正确的判断，在设备安全运行时能有效控制其工况，延长其正常的工作寿命；对于发生早期故障的设备能够正确做出决定，适当地延长其运行时间，减少设备突然退出运行对系统带来的冲击；对于检测到的中期故障，能在事故真正发生前进行正确检修，杜绝事故的真正出现，减少损失。这样能大大提高设备的可靠性，及时发现、应对设备的缺陷，避免设备事故，使设备发挥更大的效益；减少检修时间间隔、减少检修项目，避免过度检修和重复检修，避免因检修引起的设备故障，减少了不必要的检修费用，达到了降低企业检修成本、提高效益的目的；也能在一定程度上帮助设备管理人员正确的做好备品备件的采购、管理，降低备品备件对设备检修可能带来的影响。
1.2 国内外研究现状及技术支持
设备检修的观念演变经历了 2 个阶段：事后检修／故障检修（18 世纪第一次产业革命）和预防性维修（19 世纪第二次产业革命）。事后检修（BM，break maintenance），也称故障检修（CM，corrective maintenance），是最早的检修方式。这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运转时才进行维修。显然，这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。到第二次产业革命时期，开始推行预防性检修（PM，prevention maintenance）。预防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现以下 7 种检修方式。
（1）定期检修（TBM，time based maintenance）。定期检修制度直到二战后，才被各国陆续地从军事工业移植到民用工业。中国电力工业的定期检修制度是 20 世纪 50 年代从苏联引入的。直到 80 年代，TBM 仍是主流的维修制度。定期检修在保证重大机械设备正常工作中确实起到了直接防止或延迟故障的作用，但这种不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度解体的维修方法，不可避免地会产生“过剩维修”，不但造成设备有效利用时间的损失和人力、物力、财力的浪费，甚至会引发维修故障。据统计，1996 年我国的 100MW、125MW、200MW 火电机组非计划停运与出力降低的责任原因，分别有 36％、31％和 41％是由于这种过剩检修造成的。
（2）以可靠性为中心的检修（RCM，reliabilit ycentered maintenance）。RCM 是一种以用最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平为目标的检修方式。该检修方式能比较合理地安排大修间隔，有效预防严重故障的发生。RCM 的研究始于 20 世纪 60 年代后期，电力工业则是从 1983 年开始研究，并于 1984 年由美国电力研究院（EPRI）将其用于核电厂的检修。到 1997 年，在美国排名前 1000 家的大公司中，已有 68％的公司采用RCM 的检修方法。
（3）故障查找（FF，fault find）。这种维修方式主要针对紧急备用设备，在固定的时间后启动这些设备，发现问题及时解决，以提高备用设备的可用率。
第二章 火电厂变压器的状态分析
2.1 前言
火电厂里面的大型油浸式变压器主要有：主变、厂变、启备变或者后备变等。这些设备主要承担着电能输送、电压等级互联等的任务，是发电企业里面最重要的设备之一。油浸式变压器是静止的电气设备，在正常情况下，大都能长时间安全运行，而不必要频繁的打开检查，过多的内部检查反而容易造成主体的损伤，或者留下隐患。而在旧的设备检修规程里，要求大型油浸式变压器投产五年吊罩检查，然后每十年吊罩检查，这对本身故障率较低、运行状态比较稳定的变压器来说，既增加了设备风险，也给发电企业增添了不必要的检修成本。因此，大型油变有进行状态检修的需要和必要。可以根据变压器的运行状况和测试结果，判断运行中变压器的健康状态，确定变压器是否需要检修和检修的项目，以取代定期检修的做法。近年来，由于测试技术的进步，监测设备质量的提高，使得较准确的变压器状态判别成为可能。实行变压器的状态检修，适时地监测和分析某些关键性的运行参数，让运行部门能全面地、动态地掌握运行中变压器的健康状况，将会确保变压器有一个长期而有效的运行寿命，从而防止突发事故，避免目的不明的解体检修。变压器状态的准确判断，状态等级的划分，需要运行人员和试验人员高度的责任心和严格的科学态度；需要对运行资料的广泛收集和认真整理；需要对试验数据更深入的研究分析；需要对检修质量的严格要求。
第三章 火电厂发电机的状态分析........... 33-53
3.1 前言........... 33
3.2 状态检修的条件........... 33-38
3.2.1 资料的收集 ...........33-34
3.2.2 必要维护及故障排除...........34-38
3.3 综合分析 ...........38-48
3.3.1 资料的综合分析........... 38-45
3.3.2 试验数据分析........... 45-48
3.4 发电机状态评定........... 48-52
3.4.1 正常状态........... 49-50
3.4.2 受限状态........... 50-51
3.4.3 危险状态 ...........51-52
3.5 本章小结........... 52-53
第四章 火电厂异步电动机的状态分析........... 53-66
4.1 前言 ...........53
4.2 状态检修的条件........... 53-57
4.2.1 资料的收集...........53-54
4.2.2 必要的维护........... 54-57
4.3 综合分析 ...........57-63
4.3.1 绝缘电阻........... 57-59
4.3.2 轴承........... 59-61
4.3.3 其余附件........... 61-63
4.4 电机状态及故障排除...........63-65
4.5 本章小结........... 65-66
第五章 状态检修与设备管理........... 66-70
5.1 管理机构 ...........66-67
5.2 检修制度 ...........67
5.3 监测系统........... 67-68
5.4 人员培训 ...........68-69
5.5 本章小结 ...........69-70
结论
电厂实施设备状态检修的目的，并非教条地用状态检修方式代替目前的检修制度，而是根据具体情况，运用科学的决策手段，对设备进行科学的评估与研究之后，对现有的检修内容进行优化、修订、补充后，对每一种设备采用其最适合检修方式的检修策略。对于采用了状态检修的设备来说，大部分的定期检修工作将变为监测工作。对于必须定期检修的设备，由于优化以后的检修周期是符合运行实际的，这样就使得很多原来必须在大修进行的项目在中小修期间、正常停机期间或者在至备份切换期间进行修理。从研究得知，虽然状态监测与故障诊断技术正逐步得到广泛应用，但是由于电力行业对安全、稳定的要求比较高，新技术的推广难免有一定的阻力，状态监测与故障诊断技术还需要继续提高和完善。
目前，设备的检修管理与检修决策方面的工作还不能完全满足设备状态检修的需要，故障的诊断的正确率、系统的稳定性等方面还存在问题。另外，状态检修最常用的手段——在线监测装置——在目前来说还常有误报警、误判断的情况，或者说监测装置智能化不够、学习能力不强，没有设备管理的“经验”可言，监测的结果常给人一种“不信任”的判断。因此，受企业管理模式及设备管理人员的习惯、心态等的影响，目前在线监测在实际操作中对设备检修所起的主导作用不大，往往还需要其余的监测手段来进行配合，有工作重复进行的现象。在研究中还发现，虽然目前部分设备已引入了在线监测装置，以对设备的状态进行监测，但是，由于设备本身的运行条件就比较苛刻，且监测装置本身设计、制造、安装等方面的原因，会出现与设备不配套、防护等级不一致、运行环境适应性差等的不匹配情况，从而引起了设备的故障，在这种情况下监测装置给设备带来了负面的效应，反而提高了故障发生的机率。
编写该主题论文的初衷，是出于在工作中发现计划检修给发电企业带来了不少的弊端，对企业发展不利，这种状况还有相当大的改进空间，遂进行相关的研究。但是由于研究的开展、论文的编写只能在工作之余，能自我掌握的时间不多，论文编写完毕后，发现研究结果与理想尚有一定的差距，预期过于偏高。由于电厂内的电气一次设备种类繁多，如果要在论文里广泛、细致类别的对每一种设备分别进行状态检修探讨，并不切合实际，而且时间上也不允许，因此在本论文里只重点的着眼于对电力生产影响比较大、部分故障率比较高的主设备上，比如大型的油变、发电机及异步电动机等，而且上述设备已具有相当的代表性。
研究从另一个角度表明，也不是所有的设备都应该实现状态检修。对于某些较小的、对机组运行没有原则性影响的设备，例如小型的断路器、小型的低压电机，完全可以做到使用至损坏后整套更换。虽然说可能整套设备的更换在短期内成本较高，但是如果从长远计算就不一定如此了。假设要在现场对于这些小设备进行检修，小设备的小型部件很多，对这些小部件的管理、采购、保存需要一定的成本，而且现场检修的工艺条件和质量控制是和厂家生产车间无法比拟的。现场检修后的设备运行寿命会远低于厂家原装生产的设备。而且，部分设备特别是进口设备，设计上是根本没考虑现场检修的，很多关键的连接部位在出厂前已被死固定，如果要强行解体检修，最后的情况只有越修越坏。所以，对于小型的、不重要的设备，更趋向于用坏后直接更换。
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硕士电气自动化论文范文精选篇八
1 绪 论
1.1 课题的研究背景及意义
由于资源、经济等各种条件的限制，我国电力系统一般选择普通镀锌碳钢作为接地网的均压导体[7]，通常是采用镀锌扁钢或角钢通过焊接来构成接地网并埋设于地中。但是由于施工工艺缺陷（例如焊接时的虚焊、漏焊）或者金属在土壤中的腐蚀、入地故障电流对接地网的电动力作用等因素，接地网的均压导体之间、接地引下线与接地网均压导体之间常常由于这些原因形成电气连接不良的故障点，从而导致接地网的接地散流性能局部变坏。特别是当接地网由于环境条件限制，布置在腐蚀性强的盐碱地中时，其接地网金属材料的腐蚀非常严重。近年来的国内外调查结构表明，在腐蚀性不同的土壤中金属的腐蚀速度不同，最大年腐蚀速率可达 8.0mm。一般腐蚀较强的土壤中金属年腐蚀率可达 2.0mm；腐蚀强的土壤中金属年腐蚀率可达 3.4mm[8]。因此由于施工工艺、土壤腐蚀、入地故障电流电动力作用等因素所导致的接地网电气连接故障已构成影响电力系统安全运行的重要因素。据不完全统计，我国发电厂、变电站接地网电气连接不良是普遍存在问题，还曾发生过多起由于接地网电气连接存在问题而导致的事故。
① 1981 年广西合山电厂 110kV 开关站内 A 相母线侧的支路瓷瓶在雨雾中闪络，造成弧光接地，A 相接地发展成两相短路直至三相短路，造成全厂停电的重大事故，事故扩大的主要原因是接地引下线在地表一下几十公分处腐蚀严重[9]。② 1981~1985年广东省中试所通过对运行10年及以上的130个变电站进行开挖检查发现，其中 61 个变电站接地网均有不同程度的漏焊、虚焊和腐蚀现象。这当中运行了 16 年的东墩变电站，其接地网均压导体被腐蚀掉 80%左右，而且还有有十多处明显的断裂点；而运行了 21 年的平富岗变电站，其接地网均压导体材料圆钢，已腐蚀成细条状[8]。③ 由于接地网电气连接不良，接地网局部散流性能差，胡集变电站和潜江变电站分别于 1985 年 3 月 13 日和 1986 年 4 月 25 日发生了由于接地故障而导致的事故扩大。当时这两个变电站的 35kV 系统发生了两相短路接地，此接地点与异相异点接地形成短路，造成入地故障电流烧断接地引线和部分接地连接母线，致使电气设备的外壳和端子箱上出现过电压，造成高压窜入主控室进一步引起设备损坏，大大延长了对短路故障的切除时间，从而造成主变压器损坏[10-11]。④ 90 年代云南省电力试验研究所耗时一年多，对集团公司下属的 112 个变电站接地网进行了普查，其中包括 24 个 220kV 及以上变电站，88 个 110kV 变电站。普查结果表明运行年限在 10 年以上的变电站接地网，大部分都由于其所用材料当时未采取任何防腐蚀措施、所处土壤环境带有腐蚀性、投运时间较长等原因，存在不同程度的接地网均压导体漏焊、虚焊和腐蚀现象，其中严重者还出现多处断裂现象。普查结果显示，很多发、变电站由于接地装置缺陷（如热稳定不满足要求），在流过电流时将接地装置熔断或在电动力作用下拉扯断是造成事故扩大的主要原因[12]。⑤ 1994年四川华蓥山火电厂因为3号主变中性点接地引下线在入地处由于严重腐蚀而存在电气连接不良点，在发生系统接地故障的情况下，造成了该厂多台主要机组设备严重损坏事故[13-14]。⑥ 1997 年山东烟台 220kV 幸福变电站因 PT 接地引下线严重腐蚀导致电气连接不良，当发生接地故障时地电位异常升高造成全站停电事故[14]。通过对上述事故的分析发现，引发事故的主要原因在于发电厂、变电站接地网均压导体的电气连接存在缺陷，如接地网均压导体的虚焊、漏焊，腐蚀等，在流过入地故障电流时的发热和电动力作用下导致故障处导体断裂，从而造成事故扩大。
1.1.2 研究的意义
发电厂、变电站接地网的电气连接是否良好是安全生产的关键之一。然而工程上传统的判断方法是通过测量其接地阻抗的大小来间接判断地网接地性能的好坏，但无法对整个接地网均压导体电气连接状况是否良好进行准确的检测。这是因为接地网由网格状均压导体构成，即使其局部区域出现电气连接故障，例如发生腐蚀或出现断点，而其整体的外在表现即接地阻抗安全指标可能还是正常的。在我国变电所事故的调查报告中就曾经出现过相应报道。报告指出有 4 个变电站由于发生单相接地或两相接地故障，控制电缆被烧毁 5500 多米。事后进行事故调查，对这些变电站接地网接地阻抗进行了测量，其接地阻抗实测值分别为0.24Ω , 0.15Ω , 0.155Ω 和 0.1552Ω[15]。由此可以发现，变电站接地网总接地阻抗与接地网能够承受的最大入地故障电流之间不是简单线性对应的，不能单纯的以接地网接地阻抗大小是否合格作为其是否安全的判据。接地网接地阻抗虽然是一个重要的参数，但不是唯一的、绝对的、最能反应接地网接地散流性能的参数[16-19]。因此，这种通过测量接地网接地阻抗进行判断，然后采用大面积开挖查找的方式对接地网均压导体电气连接故障进行定位的方法不可避免的带有盲目性，导致故障诊断定位的工作量极大，而且还将影响电力系统的安全运行。为此，本文将通过分析发、变电站接地网在入地故障电流散流中的电学性质变化，探讨发生电气连接故障前后电路参数的不同，提出一种方便可靠地接地网电气连接的故障诊断方法。从而实现在发、变电站不进行大面积开挖和不停电的前提下，对接地网的电气连接故障进行诊断定位，及时排除故障隐患，防止出现电气设备由于接地连接不良而造成的事故。此研究成果对保护设备和运行人员的安全，保障电力系统安全可靠运行具有重要的工程价值。同时，由于本文还涉及模拟电路拓扑结构分析、不定方程的求解、金属导体在土壤中的电热温升模型等基础理论问题，所以本文的研究工作除具有重要的工程实际价值和社会经济效益外还具有重要的理论意义。
2 基于支路电阻相对变化量的诊断方程及改进拟牛顿求解法
2.1 概述
在我国发电厂、变电站接地网均压导体一般选用镀锌扁钢或者角钢焊接搭建，因此接地网均压导体是电的良导体，其接地引线间的端口电阻非常小，通常在几毫欧到十几毫欧。如果只是依据接地引线间的端口电阻变化值来判断接地网电气连接状况，将难以克服端口电阻测量误差所带来的影响。同时只依据测量端口电阻的变化值也不能完成接地网均压导体故障诊断，对存在电气连接故障的位置进行准确定位，以指导接地网进行改造。本文将根据电网络理论、故障诊断理论和数值计算方法，通过对接地网拓扑结构和可及节点的分析，选择恰当的测量端口，然后基于端口电阻测量值求取待诊断接地网均压导体支路的电阻值，再以支路电阻的相对变化来建立接地网电气连接故障诊断方程。依上述方法建立的该诊断方程通常为欠定方程，其数值求解方法需采用最优化技术，本文依据非负最小二乘法思想，提出了基于拟牛顿法的改进求解方法，通过对普通牛顿迭代法的 Hessian 矩阵添加一个正则化因子，改善迭代过程中 Hessian 矩阵的病态程度，构造了新的求解非线性最小二乘问题的牛顿迭代算法，并给出算法迭代步骤，解决了已有诊断方程求解方法中由于 Hessian 矩阵秩亏或者严重病态而导致不能收敛的问题，完善了诊断方程的求解方法、提高了求解速度和准确性。最后根据计算结果按照故障参数识别法，采用分步诊断结合多次测量的工程方法，以完成整个接地网电气连接故障的诊断。
3 基于均压导体电、热模型的故障判据........... 42-72
3.1 概述 ...........42-43
3.2 基于均压导体电、热........... 43-55
3.3 接地网电气连接故障仿........... 55-56
3.4 小型电阻网络的仿真实验........... 56-61
3.5 基于网络拓扑变换的测量方法设计........... 61-71
3.6 小结 ...........71-72
4 基于直流双臂电桥四端钮测量法的...........72-106
4.1 概述 ...........72
4.2 基于直流双臂电桥的端口电阻端........... 72-77
4.3 小型电阻网络的模拟实验........... 77-83
4.4 接地网的模拟实验及分析........... 83-91
4.5 接地网电气连接故障的现场故........... 91-92
4.5.1 故障诊断步骤的设计........... 91
4.5.2 故障诊断的判据........... 91-92
4.6 发、变电站接地网电气连接故障........... 92-103
4.7 小结 ...........103-106
5 基于探地雷达的接地网电气连接故障诊...........106-120
5.1 概述 ...........106
5.2 探地雷达的探测原理及参数选择 ...........106-113
5.3 基于探测数据的接地网结构参........... 113-114
5.4 基于探测数据的接........... 114-117
5.5 小结........... 117-120
结论
论文针对发、变电站接地网电气连接故障诊断这一课题，进行了大量的相关研究工作，对诊断过程中涉及的理论和工程实现问题进行了较为详尽的论述，主要研究工作及创新点如下：
① 提出将故障诊断学原理、网络理论、矩阵理论及计算机算法结合起来，利用接地网拓扑结构图及接地网引下线间的电阻测量值，建立故障诊断方程，并通过添加正则化因子的改进拟牛顿迭代法求解诊断方程。由于该诊断方程比较的是发生故障前后不同支路电阻的相对变化量，因此提高了诊断精度，同时改进的拟牛顿迭代法改善迭代过程中 Hessian 矩阵的病态程度，解决了已有诊断方程求解方法中由于 Hessian 矩阵秩亏或者严重病态而导致不能收敛的问题，完善了诊断方程的求解方法、提高了求解速度和准确性。
② 提出了结合有限元法和模拟电荷法对接地网均压导体及附近土壤的温度场进行计算的模型，并采用接地网均压导体电、热模型进行了接地网电气连接故障判据的分析，提出了变电站故障电流通过接地网入地散流时，接地网均压导体支路电阻相对变化量与故障程度的对应关系。
③ 引入了网络拓扑变换理论，根据接地网、准元版块、元版块、元网络、可及接地网和本征接地网 6 个层次的网络分层，简化了接地网拓扑结构，设计了基于 ATP-EMTP 的仿真平台，对不同的测量方案进行了比较，优化了诊断时测量端口对的选择，确定了接地网电气连接故障诊断时实用性强的选择原则。
④ 提出了采用直流双臂电桥的四端钮测量法对接地网端口电阻值进行测量，设计了模拟实验确定了诊断步骤并通过现场实测诊断进行验证，实验结果表明选用此测量方法能准确测量端口间几毫欧的小电阻，克服了测量的准确性难题，同时也能消除了变电站工频干扰对测量结果的影响。
⑤ 对探底雷达在接地网电气连接故障中辅助定位的方法进行了探讨，分析了接地网探测的雷达参数，提出了探测时天线中心频率、时窗、采样率、测点点距、天线间距及测网布置的选择方法；提出了基于雷达探测数据的接地网拓扑结构重构方法，开发了接地网结构参数测量系统，成功的解决了接地网电气连接故障诊断中一直无法克服的接地网原始结构参数欠缺导致诊断无法进行或诊断结果可靠性差的问题。
参考文献
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硕士电气自动化论文范文精选篇九
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
本课题来源于国家某军工研究所提出的项目需求，设计一套电位计性能评估研究系统，用于分析、测试、评估舵机用电位计的电气性能。电位计的电气参数主要包括直流总电阻、有效电行程和独立线性度、电气连续性、输出平滑性、接触电阻、后冲、正弦响应，这些参数能够反映电位计的电气性能。鉴于电位计在各领域中的重要地位，对电位计电气性能的测试显得尤为重要，在对电位计进行生产检验和研究过程中，通常通过测试电位计的电气性能参数来判断电位计的合格性。由于功能和应用领域的不同，出现了种类繁多的电位计，其区别主要是设计结构不同和对电气参数的要求不同，所以各种电位计的测试原理和测试方法也就不同。对于某一类型电位计，由于各个电气参数的测试原理不同，其实现方法也会不同。所以，也就出现了针对不同电位计和不同电气参数的测试仪和相关测试系统[1][2]。当前，随着工程应用的需求，电位计的电气参数在航空航天器等领域的运用中要求越来越高，但是，关于电位计电气参数测试的系统却并不完善，主要受测试精度、自动化程度、稳定性的制约[35][40]。所以，研制一套新型的电位计电气性能综合测试系统具有重要的应用价值。研制一套军工电位计的电气性能综合测试系统，主要通过计算机搭建一套测控系统来完成电位计各项电气参数的测试。该项目的实现有利于筛选高质量的电位计供航空航天器使用，有利于检验电位计的合格性以提高生产厂家的生产质量，能够提供电位计的各项性能参数供科学研究使用。其次，现代计算机在测试控制系统中得到广泛的应用，计算机与控制设备相结合的测试系统开发有利于提高现代测控系统的研究和发展。
1.2 国内外研究现状
据统计，市场上电位计的产量以每年 15%左右增长[1]，随着国际局势的变化，军用设备的投资加大，军用电位计的需求量也在逐年增加[2][3]。在电位计产量增加的同时，怎么样提高电位计的生产质量已经成为国内外同行共同研究的课题，并逐渐成为这一行业的热点。目前国内外关于电位计电气参数的测量在原理上都比较成熟。已经制定出相关的测试标准，例如 1994 年实施的国标《电子设备用电位计总规范》[5]，1994 年 12 月实施的国军标《非线绕精密电位计总规范》[4]以及针对某一具体型号 1997 年实施的航天工业标准《WDD 型精密导电塑料电位计详细规范》[6]，这些测量标准针对通用电位计和某型电位计制定了相关的测试方法，这些测试方法是我们构建自己的测试系统的依据。国外某些发达国家由于技术上的优势，相关测试设备研究的比较早，已经形成了比较成熟的测试体系。但是，国外的测试系统具有针对性，针对其专用的电位计，并且测试的标准和参数不一样，测试仪器属于非标设备，不能直接应用于我国的相关电位计。其次，国外开发的测试仪器相对比较昂贵[7][8][9]。国内关于电位计电气性能综合的测试系统不很完善，因为各个行业对电位计参数的要求重点不同，所以也就出现了侧重点不同、测试原理不同的电位计测试系统。国内关于电位计的测试系统比较少，归根结底是由于要求的测试内容多、测试精度高和自动化程度要求高等原因造成。电气性能的测试包括直流总电阻、有效电行程和独立线性度、电气连续性、接触电阻、输出平滑性、后冲、正弦响应，每一个模块的测试原理都不一样，要求的测试标准也不一样，这就使模块的集成化大大下降[4][5][6]。关于电位计电气性能的测试方法的研究还在向更高的方向发展，相信新型高水平的一整套自动测试系统很快就可以出现。
上海交大的仇斌在《基于虚拟仪器的电位器自动检测系统的研制》中概述了其采用步进电机做运动控制，电流电压测试仪实现数据采集，LabVIEW 实现软件编程的方法[35]。电子部五所的吴江在《智能电位器检测仪的研制》中介绍了针对 WD4002 型电位器检测仪的研制，其采用电流法测量原理，将电压信号经缓冲、陷波、放大、低通滤波、A/D 转换，再由接口电路送给计算机处理，实现了低电压测量高电阻仪器[40]。苏州大学电子信息学院的荣方在《基于 LabVIEW 的电位器线性度性能测量系统的研制》中介绍了电位器线性度性能参数的测量方法，其采用马达控制器控制马达运动、DAQ 采集编码器输出、LabVIEW 编写测试模块[36][37][38]。前者的方法对本系统的实施具有很好的参考价值。针对以上情况以及某研究所提出的项目要求，本课题采用先进的运动控制技术和虚拟仪器技术，结合现代数字信号处理方法，设计实现了一套测控系统，该系统能够对电位计的电气性能参数进行综合测试分析。本人主要完成测试系统的软件部分和相关硬件部分，机械部分由项目组的其他人员完成。
第2章 系统分析与设计
2.1 电位计简介
电位器在控制系统、航空航天等技术领域得到广泛应用，由于电位器的使用领域和作用不同，因而各行业对电位器的品种和性能的要求有所差异。按使用功能划分：
（1）作为电路调节使用主要用来调节电路中电压或电流的大小，担当分压器和分流器，以达到控制电路需要的目的。比如在声音控制系统中，通过调节电位器旋钮来控制声音的大小。
（2）作为位移传感器使用位移传感器一般有金属膜传感器、导电塑料传感器、光电式传感器、金属玻璃铀传感器、电位器式传感器等。
由于大多数位移传感器在使用时需要激励电源，这样精度和可靠性就会带来很多问题[2]，电位器式传感器通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出，其精度和可靠性能够得到保证，所以国内外已广泛使用电位器作为角位移和线位移传感器，这种电位器称为精密电位器，又称精密电位计。本文内容对电位计和电位器不做区别，认为电位计是在特殊场合应用的特殊电位器。电位计是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件，电位计通常由电阻体和可移动的电刷触点（动触点）组成，当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。由于电位计品种、结构、安装方式和技术参数繁多，工程人员在选型时首先根据电位计在某一环境下的特殊用途来确定其性能指标[1]，也就出现了种类繁多，用途不同的电位计，在特殊环境下，对电位计的各电气参数的要求会有所差别。本文以导电塑料电位计（以下简称电位计）为例，讨论其主要电气性能参数，如图 2.1 所示为某型号电位计电路原理图和实物图。
第3章 系统硬件实现............ 26-38
3.1 运动控制单元.......... 26-35
3.2 数据采集单元.......... 35-36
3.2.1 数据采集卡.......... 35-36
3.2.2 恒压源和恒流源.......... 36
3.3 信号调理单元.......... 36-37
3.4 硬件布局 ..........37-38
第4章 系统软件实现及实验数据分析.......... 38-70
4.1 LabVIEW 简介.......... 38-39
4.2 软件结构 ..........39-42
4.3 系统自检模块.......... 42
4.4 直流总电阻测试模块..........42-46
4.5 有效电行程和独立线性度测.......... 46-51
4.6 电气连续性测试模块.......... 51-53
4.7 输出平滑性测试模块..........53-57
4.8 接触电阻测试模块.......... 57-59
4.9 后冲测试模块 ..........59-61
4.10 正弦响应测试模块.......... 61-66
4.11 生产报表模块.......... 66-67
4.12 系统抗干扰措施 ..........67-70
第5章 总结与展.......... 70-72
5.1 工作总结.......... 70-71
5.2 未来展望 ..........71-72
结论
本课题通过系统分析与设计、系统硬件的构建和测试软件的编写，实现了电位计电气性能综合测试系统的开发，本人主要负责测试系统软件和相关的硬件部分。该测试系统可以按照国军标要求对电位计的直流总电阻、有效电行程和独立线性度、电气连续性、输出平滑性、接触电阻、后冲、正弦响应参数进行测试，测试结果表明该系统完全能够用于电位计电气性能参数测试，具有一定的实用价值。本文完成的主要工作共有以下方面：
1．提出了电位计电气性能综合测试系统的软硬件系统集成方案。该系统结合了通信、运动控制、信号处理和虚拟仪器专用软件等多方面现代技术，测试系统功能易于扩展。
2．运动控制单元的实现。运动控制单元包括运动控制卡、电机及驱动器，运动控制卡是运动控制单元的“大脑”，它指挥电机按要求进行旋转，电机是整个系统的“心脏”，它是加载装置的动力。利用运动控制卡对电机进行闭环控制保证了系统的精度。
3．调理电路的设计。调理电路主要包括滤波电路和电气切换电路，滤波电路能够对采集信号进行滤波，提高系统精度，切换电路能够对功能模块进行切换，提高了系统的自动化程度。
4．根据电位计各电气参数测试要求，设计了模块化测试软件。利用 LabVIEW 软件平台开发了集采集、信号处理、算法分析、显示、打印等于一体的各功能模块，各功能模块界面友好，易于操作。
5．针对电位计各电气参数测试要求，利用该测试系统对参数进行测试，并对测试数据给予实时显示和分析，使用户直观的了解实验数据分析过程，通过数据分析可知，测试达到了预期的效果。
参考文献
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硕士电气自动化论文范文精选篇十
1绪论
1.1研究背景与意义
电气化铁路的快速发展电气化铁路是一种现代化的铁路运输工具，是城市交通现代化的重要标志之一。和目前使用的内燃、蒸汽机车牵引的铁路相比，其优点是：速度快，运输能'力高，耗能少，无污染，噪声小，安全可靠程度高。
目前国内的电力机车功率最大为900千瓦，而内燃机车为500千瓦，所以在相同牵引重量下，其速度较快；于电力机车的功率大，所以它的牵引力大和持续运输能力高，从而运输能力高；电力牵引的动力是电能，每万吨公里的能耗比其他牵引约低1/3;电力机车无废气、烟尘，对空气无污染，另外噪音较小；电力机车装有大功率的电气制动装置，可以大大提高列车运行的安全度。11年8月15日建成我国第一条电气化铁路——宝风段，至此，我国揭开铁路电气化的序幕，2009年12月26日武广高速电气化铁路开通运营，2010年2月6日郑西高速电气化铁路开通运营，2010年7月，世界上运行时速最快的高速电气化铁路京沪线也已开通，我国电气化铁路进入高速发展的时代。截止到2010年年底，我国铁路营业线总长9.1万公里，其中电气化铁路4.2万公里，比2009年增加6811.5公里、增长19.1%，电化率46.6%，比上年提高4.9个百分点，近6年我国铁路营业线里程与电气化里程对比图及近6年铁路电气化率图如图1-1、1-2所示。2010年，既有线扩能改造完成投资753.92亿元，比上年多17.2亿元、增长2.3%,近5年既有线扩能改造投资额如图1-3所示。
(1) 研究目的
在本文的研究过程中，运用事故成因理论、预警理论，对我国既有线电气化改造工程施工安全预警管理进行了研究，建立完善的既有线电气化改造工程施工安全预警管理理论方法体系，为我国既有线电气化改造工程施工安全管理水平提供科学的依据：科学合理的分析影响既有线电气化改造工程施工中的安全影响因素，构建了安全预警指标体系和安全预警方法，为既有线电气化改造工程施工的安全动态进行及时监控和有效的预警，为施工部门安全决策提供科学的依据，真正实现预防为主，减少既有线电气化施工过程中安全事故发生的目的。
(2) 研究意义
一本文的研究即具有理论意义，又具有现实意义，并且有一定的实用价值。对于既有线电气化改造工程施工安全预警的研究，有利于实现施工过程中安全决策的系统化、科学化、标准化，本文通过预警理论、安全理论，运用科学、适用的定性和定量相结合的方法，对既有线电气化改造工程施工中的各种安全因素分析，找出施工过程中的重难点工程，提出合理可靠的安全技术措施和安全管现对策，实时监控、科学诊断、预先控制、及时矫正，构建出具备监控过程的管理预警机制。为既有线电气化改造工程施工的安全理的系统化、科学化、标准化提供依据和条件，为安质管理部门的监察、管理提供依据。
2我国铁路既有线电气化改造工程安全预警工作概述
2.1我国铁路既有线电气化工程施工安全现状
根据铁道部发布的《铁路既有线电气化改造工程项目安全生产建设标准》，铁路既有线电气化改造工程项目由电气化的新建工程线路、路基、轨道、桥涵、隧道、站场、机务、车辆、通信、信号、电力、给水排水、房屋建筑、环境保护、'安全与卫生、节能等增扩改建的建筑物及设备构成如图2-1所示。
2.1.2 既有线电气化改造工程安全生产特点
既有线电气化改造工程施工关系到运营线路的设备稳定、使用和行车安全，其工程作业受到工务、电务、供电、运输等多个管理部门的影响不按安全规定施工，或没有做好既有线电气化改造工程施工准备导致的行车安全事故时有发生，给铁路生产运输带来严重的危害和损失。一因此，既有线电气化改造工程施工存在风险因素多，风险点多、面广和运营安全要求高等困难总结既有线电气化改造工程施工特点和难点如下：
(1)既有线征地拆迁困难既有线征地拆迁工作难度大，主要有三方面原因，第一，一期建设的遗留问第二，铁路用地归属划分困难；第三，地方政府要求增加的附加项目多。既有线工程的征地拆迁难度显著大于新建线路，这给既有线施工带来很大困难，实际工程中，征地拆迁工作无法顺利进行而影响甚至严重影响施工的现象普遍存在。
(2) 既有线施工与运营相互干扰既有线施工必然影响运营，需要封锁点或其它施工条件；反之，运营又给施T.组织增添许多限制和约束条件。特別是，繁忙干线往往是重要的客运走廊、专运通道，特殊运输保障任务和特殊时段的运输要求都增加了施工组织和安全控制的难度。除了经常停工外，还必须采収特殊的安全措施。施工和安全控制方案实际上随时都在变化。 ?既有线施工受地下管线影响也很大，尤其是运营多年的铁路，原竣工资料不能反映实际情况，加上后来更新改造的，管线错综复杂，工程实施中需要投入大量人力挖沟探测，从而影响工期。
3 既有线电气化改造工程施工的安全因素..............................30-43
3.1 施工安全风险因素分析.............................. 30-37
3.1.1 人的不安全行为 ..............................31-33
3.1.2 物的不安全状态.............................. 33-34
3.1.3 环境的不良状态 ..............................34-35
3.1.4 组织管理的不合理状况.............................. 35-37
3.2 基于人-机-环境-管理的典型安全事故成因分析.............................. 37-43
4 既有线电气化改造工程模型的构建 ..............................43-54
4.1 既有线电气化改造工程指标体系的构建.............................. 43-46
4.2 既有线电气化改造工程综合评价.............................. 46-49
4.2.1 安全评价模型的筛选 ..............................46-47
4.2.2 多层次模糊评价的方法.............................. 47-49
4.3 预警界限的确定和预警信号输出.............................. 49-51
4.3.1 预警界限的确定 ..............................49-50
4.3.2 预警信号的输出.............................. 50-51
4.4 安全预警对策系统分析.............................. 51-54
4.4.1 预警对策系统的方法.............................. 52
4.4.2 预控对策 ..............................52-54
结论
既有线电气化改造工程施工安全问题一直都是比较受重视的焦点问题。本文从施〔的角度，探讨了既有线电气化改造工程施工中的安全管理问题。利用安全预警，针对我国既有线改造工程施工的安全特点，对其安全影响因素进行分析，对既有线电气化改造工程施工安全预警管理体系和预警模型进行了初步探讨。木文的研究结果如下：
(D对既有线电气化改造工程施工的安全现状进行了分析，指出既有线电气化改造工程安全生产中存在的主要问题。
(2) 对影响既有线电气化改造工程施工的安全影响因素进行分析，指出施工过程的人-机-环境-管理对安全施工的影响，并选取五大典型事故，从人-机-环境-管理的角度对其原因进行分析，得出事故成因的鱼骨头图。
(3) 建立既有线电气化改造工程施工过程中的基于人-机-环境-管理的安全预警指标，并提出运用多层次模糊综合评价法对其进行评价，输出危险信号，进行预警研究，并据此建立安全预警模型。
(4) 本文研究过程中，对于安全预警仅从人-机-环境-管理的角度进行了分析，并未将既有线电气化改造工程的综合性、复杂性表现出来，对于安全预警指标的选取存在一定的不足之处，且由于对信息管理知识不足，对安全预警系统在项目中的实施没有提出切实可行的建议。