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电气工程学科和电力系统分析课程

2014-12-2 09:48| 编辑:电工学习网| 查看: 4641| 评论: 0

  1、电气工程学科
  电气工程(Electrical Engineering, 简称EE)是现代科技领域中的核心学科之一,更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来,并将改变人类的生活工作模式等等。从某种意义上讲,电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。正因为此,电气工程的教育和科研一直在发达国家大学中占据十分重要的地位。
  传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本已经十分宽泛,但随着科学技术的飞速发展,21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴,斯坦福大学教授指出:今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。本领域知识宽度的巨大增长,要求我们重新检查甚至重新构造电气工程的学科方向、课程设置及其内容,以便使电气工程学科能有效地回应学生的需求、社会的需求、科技的进步和动态的科研环境。
  电气工程及其自动化涉及电力电子技术,计算机技术,电机电器技术,信息与网络控制技术,机电一体化技术等诸多领域,是一门综合性较强的学科,其主要特点是强弱电结合、机电结合、软硬件结合。该专业培养具有工程技术基础知识和相应的电气工程专业知识,受过电工电子,系统控制及计算机技术方面的基本训练,具有解决电气工程技术分析与控制问题基本能力的高级工程技术人才。
  电气工程下设5个二级学科,分别为电力电子与电力传动、电工理论与新技术、电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术。5个学科的研究领域自成一体,各有所长,发展势头强劲,是近年来考研的热点学科。
  电力电子与电力传动
  电力电子与电力传动专业在各级工业、交通运输、电力系统、新能源系统、计算机系统、通信系统以及家电产品等各个领域都有广泛应用,如航天飞行器中的特种电源、远程特高压电压传输系统,家用的空调、冰箱和计算机电源,都离不开电力电子及电力传动技术。
  电工理论与新技术
  电工理论与新技术专业主要是在电网络理论和电磁场理论的基础上,研究电网络分析方法及其在电力系统中的应用、电磁场数值分析方法及其工程应用、电力系统的电磁兼容技术、基于微机的现代电磁测量技术、电力系统的信号分析与处理技术。
  电机与电器
  电机与电器的研究领域包括:电力系统中的大型发电机、电动机,有着广泛应用的中小型电机。前者侧重于运行分析、建模仿真及监测诊断,后者侧重于理论分析、设计方法及现代节能控制技术。就电力工业本身而言,电机就是发电厂和变电站的主要设备,它在机器制造业和轻、重型制造工业中应用广泛。可以说,只要涉及电机的场所都能看到该学科的研究成果。
  高电压与绝缘技术
  高电压与绝缘技术主要运用于:电力系统防雷保护设计、绝缘子在线监测、防污闪、水果保鲜、真空断路器设计、脉冲储能技术及军工产品等,其研究内容与多个学科交叉,如脉冲与等离子方向、超导技术方向、自动化方向等。
  电力系统及其自动化
  电力系统及其自动化涉及电力生产的全过程(包括发电、输电、配电、用电等),其研究内容衍生的各项技术成果广泛应用于发电厂、变压器、输电线路和配电装置中,涉及控制、优化、经济、稳定等多项指标。除了涉及电气工程相关知识外,该专业对自动化、测量、计算机、通信等技术也有较高要求。
  除以上介绍的5个二级学科外,近年来也有不少院校和科研院所发展了电气信息监测技术、脉冲功率和等离子体等新兴二级学科,电气工程专业更加齐备完善。
  今后若干年内对电气工程发展影响最大的主要因素包括:
  1)信息技术的决定性影响。信息技术广泛地定义为包括计算机、世界范围高速宽带计算机网络及通讯系统,以及用来传感、处理、存储和显示各种信息等相关支持技术的综合。信息技术对电气工程的发展具有特别大的支配性影响。信息技术的持续以指数速度增长在很大程度上取决于电气工程中众多学科领域的持续技术创新。反过来,信息技术的进步又为电气工程领域的技术创新提供了更新更先进的工具基础。
  2)与物理科学的相互交叉面拓宽。 由于三极管的发明和大规模集成电路制造技术的发展,固体电子学在20世纪的后50年对电气工程的成长起了巨大的推动作用。电气工程与物理科学间的紧密联系与交叉仍然是今后电气工程学科的关键,并且将拓宽到生物系统、光子学、微机电系统(MEMS)。21世纪中的某些最重要的新装置、新系统和新技术将来自上述领域。
  3)快速变化。技术的飞速进步和分析方法、设计方法的日新月异,使得我们必须每隔几年对工程问题的过去解决方案重新全面思考或审查。
  2、 电力系统分析课程的内容
  “电力系统分析”课程是电气工程及其自动化学科的专业必修课,同时也是电力相关专业的主要课程。本课程具有很强的基础理论,又具有较强的工程实践性,注重理论与实践的密切结合。该课程对培养学生综合分析能力、了解掌握电力专业的学科前沿的动态以及对电力相关专业课程的进一步学习起着非常重要的作用。
  电力系统分析课程在整个电气工程专业课程体系中起到一个呈上起下的桥梁作用,在整个专业教学中占有十分重要的地位。通过本课程的学习,应使学生获得电力系统方面宽广、扎实的基本理论知识和专业知识,具备分析问题的基本技能,掌握处理问题的基本方法,并且具有分析大型电力系统的基本能力。
  电力系统分析分为三大模块:电力系统稳态分析,电力系统电磁暂态分析和电力系统机电暂态分析。在这三大模块中,稳态分析的内容相对而言较简单,但其内容比较重要。因为它涉及到电力系统正常运行的最基本理论:系统元件模型的建立,潮流计算,频率调整和电压调整等;电磁暂态分析的重点内容是同步发电机发生短路故障的物理过程描述和数学模型的建立,电力系统各种短路故障的计算,因为这部分内容学生掌握的程度直接关系到后续《继电保护》和《发电厂电气部分》课程内容学习的好坏。机电暂态的分析的主要内容是电力系统的稳定性分析,这部分内容的重点是电力系统静态和暂态稳定的基本概念以及两种稳定的主要区别与联系,分析系统静态稳定和暂态稳定的基本方法,提高系统静态稳定和暂态稳定的措施。
  3、 计算机在电力系统运行与规划中的应用
  由于电力系统及其暂态过程的复杂,研究电力系统时,常需要借助一定的工具。这些研究工具大致分两类:电力系统的物理模拟和数学模拟。
  电力系统的物理模拟一般可以看做是一种具体而微的电力系统。其中:发电机、变压器、电动机、线路等都有相应的实物模拟,将它们按给定的接线方案组成模拟系统后,就可运用表记直接观测其中的各种物理现象,这种模拟的缺点是待研究的系统规模不能过大,而且模拟装置的参数调整范围有一定限制。
  目前,通用数字式电子计算机已广泛用于电力系统的运行、设计和科学研究等各方面。自1956年成功的运用计算机计算潮流分布,现在,潮流分布、故障分级、稳定性分析等常规计算活着暂态过程仿真、谐波分析、点点保护整定计算等专业计算,都已有商业软件包可供选用。
  《电力系统分析》课程的实践教学体系主体思想是“全程设计,平台支撑”,“全程设计”就是将某个电网的规划及运行分析的设计贯穿于课堂教学过程,将集中的课程设计分布于整个学期完成;“平台支撑”就是建设便于学生完成设计、了解电力系统实际的实践和仿真平台。实践教学重视与实际电力系统的结合,增强知识的实际灵活应用。

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