时间：2023-09-19 18:51:42
导语：在电力与电子技术的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
在高中物理当中涉及到电力方面的理论知识，主要有电流与电阻，电磁学及电势能等内容，其中，电磁学中的重要内容电磁感应的原理是：变化的磁场能够产生感应电流，当有一个导体放置在变化的磁场当中时，该导体就会自行产生电流，如将导体闭合，即形成一个闭合的回路。这项理论知识在生活中的应用很常见，如许多发电机就是根据这项原理发明出来的，还有家里的电磁炉等也是同样的道理。所以说，很多高中的物理内容虽然大部分是纯理论，但其在生活中的应用只要用心观察，会发现其实它无处不在。
1大容量电力电子技术
在电学当中，大容量电力电子技术的实质是采用一种大功率的半导体材料将電能进行变化和传输，这是一项新型的电子技术，应用于大多数电力领域内。这一项技术最早是出现在上世纪60年代的美国，当时认为，电力电子是由三个学科组合而成的技术，这三个学科分别是：电子学，电力学，控制理论。在我国的生活生产中，涉及到多种能源的利用，不仅仅是电能的使用，大容量电力电子技术的出现能将这种可开发的电能转换成其他能量，从而达到使用功能，如生活中常用到的太阳能热水器就是利用这项原理，将空气中投射过来的太阳辐射能通过这种转换器转换成热能，从而供给人们生活使用，这种加热方式比通过消耗电能来加热更加环保。除此之外，电力电子技术在生产中还有很多其他的作用：
（1）将电能使用最佳化，经电力电子技术的处理后，电能使用将更加高效合理，达到节能的效果。
（2）发展新兴产业，电力电子技术的使用将改变传统的生产方式，并且，这项技术是一种弱电控制强点的媒体，也是一些机电设备和计算机之间的接口，是将计算机与运用到传统产业的基础。
（3）电力电子技术智能化。
我国还处在发展阶段，在各项生产工业中都要应用到能源，但能源毕竟有限，如果不能高效利用对于很多工厂来说利益将会降低，而对于整个人类社会来说，能源枯竭将是一场巨大的灾难，因此全球都在提倡节能环保，而我国对电能的需求量又大，尤其是许多大型的产业和技术产业都需要大容量的电能，电容量越大，操控起来就难，而大容量电力电子技术则能起到用弱电控制强电的作用，此外，在传统工业实现智能化，自动化及节能化的效果中起着桥梁的作用，所以这项技术的应用领域也越来越广，在我国的航空航天，能源，工业制造，交通等领域都有应用。
2电力电子技术在电力系统的应用
2.1电力系统的节能
物理学中在讲电学方面的知识时，物理老师讲过，发电厂生产出来的电电压很高，不能直接运送，因为根据公式I=U/R（I是电流，U是电压，R是电阻）电压越高，运输过程中损耗的电能就越大，所以厂家在运输之前要将高电压转换为低电压，在这个过程当中，电能会损耗一部分，这部分的损耗产生无功率的浪费，主要原因是在生产电能源的过程中电能源发生变化，导致发电机组不能完美的配合，从而产生无功功率的浪费，电力电子技术是通过控制变负荷电动机的运转速度来实现电能的良好的生产和使用，在我们国家，这项技术还尚在研究探索阶段，但在国外已经非常成熟，虽然电力电子技术能够通过以上方式对电能进行控制，然而在实际使用过程中也存在一些问题，实际上，变负荷电动机的成本很高，并且在运转中对电网有很大的影响，所以目前在我国的适用范围并不广，仅仅使用于一些中型和大型的电厂。尽管如此，这项技术还在不断的研发，毕竟电力电子技术能够对配送电的过程进行控制，从而保证电能的质量及稳定。
2.2在发电环节中的应用
在电力生产的电场中，不仅电能的配送过程中会产生电能损耗，同样，在电力的生产中也会产生损耗，且相对于发电量，其损耗的电能不在少数，且在高低压转换的过程当中也会消耗一部分电能，为了满足电力生产节能的要求，在高低压的转换过程当中使用一种风机水泵变频机来达到降低损耗的电能，并且提高转换效率的效果。21世纪太阳能的发现使它成为新世纪的新型能源，被大量的进行开发和使用，利用太阳能发电如今成为全世界奋斗的目标，在将电能转换过程中电力电子技术也解决了大功率电流转换器的问题。
大容量的电能是我国很多工厂生产所需的必备能源，电力电子技术的使用在很多方面解决了这种大容量电能的投入使用问题。在高中物理学中涉及的理论知识还比较浅显，大部分还是基础理论，但了解了最基础的知识对于生活中的技术拓展运用才能有一个大概的概念，生活中的电子产品越来越多，使用的人数也越来越多，其中应用到的电力学知识就越广，作为新时期的高中生，除了掌握课堂上的理论知识外，更要留心观察这些理论知识在生活中的运用。
3结束语
大容量电力电子技术的出现确实对我国的生产和发展起到很大的促进作用，但这项技术在我国还不够成熟，因此需要更多的研究和探索，作为一名高中生，对于物理学这项理论知识的使用还需要进一步的深入和进行网络了解。
参考文献
[1]余永琼.大容量电力电子应用系统及其关键问题综述[J].电子技术与软件工程，2015（03）：12-13.
[2]赵金亮.我国电力电子技术的现状及应用[J].北方经贸，2010（05）：23-24.
[3]谢祥洲.大容量电力电子应用系统及其关键问题综述[J].电子世界，2014（04）：18-21.
作者单位
平顶山市第一中学河南省平顶山市467000
关键词：电力电子技术；职业教育；课程建设
作者简介：张文蔚（1978-），女，上海人，上海工程技术大学高等职业技术学院机电工程系，讲师。（上海200437）
基金项目：本文系2011年上海工程技术大学高职学院教学研究项目（项目编号：JY11-2）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）06-0066-02
随着现代科技的飞跃发展，人力资源质量对于企业生存、地区经济建设，乃至国家可持续发展都起到至关重要的作用。现代社会生产中不仅需要大批具有较高技术和理论的研究、设计型人才，而且需要大量具有丰富理论基础、勤奋敬业、技艺高超的技能型人才。高技能人才短缺已成为当代中国职业教育有待解决的热点问题之一。职业院校作为培养高技能人才的摇篮，担负着培养高技能人才的重任。如何提高学生对专业技术的理解能力和应用能力，加强学生的就业竞争力是职业院校亟待考虑的问题。专业建设是提升职业院校办学水平的关键，专业课程建设更是其基础工程。
电力电子技术是一门利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，它横跨电子学、电力学和控制理论三个领域，广泛应用于工业、农业、交通运输、航天通信、家用电器等方方面面，涉及电气节能、新能源发电、电力牵引和智能电网等工程热点问题。“电力电子技术”是电气自动化及其相关专业的主干课程，课程建设涵盖教学队伍建设、教学内容建设、教学条件建设、教学方法与教学手段建设等多方面，下面就本课程在精品课程建设过程中涉及的一些问题进行探讨。
一、“电力电子技术”课程教学中发现的几点问题
1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管，电力电子技术学科由此诞生，其概念和基础也随着晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立。近年来，随着半导体及其集成技术的高速发展，电子和通讯产业的强大支撑，电力电子领域的器件、控制方法日新月异，表现出智能化、小型化、高性能、节能环保等特点。实际授课内容中晶闸管整流部分往往讲得最多，对于其它全控型器件，以及逆变、斩波、调压等电路只是略作介绍。原因主要是晶闸管整流是基础，在学时不断被压缩的情况下，学好基础理论和基本分析方法当然显得更重要。此外，也不排除技能等级鉴定等因素。因此，如何安排好有限的课堂时间，合理分配“电力电子技术”课程各环节的比重，怎样在教学中更大程度地引入新器件、介绍新电路、演练新工艺，是课程教师非常值得探讨的一个问题，也是课程建设的重点。
要上好一堂课，除了备内容，还要备学生。目前，职业教育面对的学生往往存在着理论基础不扎实或是学习态度不够认真、惰性较大等问题。传统的教学方式往往是理论课“满堂灌”，学生学习较被动。随着国家对职业教育的重视，无论公办还是私立职业院校，其教学条件都有很大改善，课堂教学中使用多媒体教学已不足为奇。现代化教学设施带来了便利，然而，如若不及时调整教学内容，只是按照教科书内容一页页地翻PPT，其进度自然加快不少，但对于学生来说，枯燥、跳跃式课程内容更不好理解、消化，学习效果可能还不及一支粉笔、一本书。如果课堂吸引不了学生，使他们开小差、没兴趣，那就不要指望有多少人在课后会捧着教科书去图书馆或实验室查资料、自学。因此，如何更有效地利用教学资源，最大限度地发挥学生主观能动性是课程建设的难点。
一门课程教学情况的好坏，取决于教师和学生两方面。一般来讲，教师对于课程的授课情况由学校相关部门组织专家听课及学生测评后得出。学生对于课程的掌握情况大多看课程的总评成绩，成绩大多由任课教师根据学生课程最终考核及平时表现综合给出。对于大多数学校、大多数课程来讲，学生的学习成绩中，课程的最终考核，也就是期末考试成绩，往往占主要比重。这就直接导致了许多学生平时不学习、不复习，期末根据复习课内容突击、强记。考试结束后不久，学生所学的知识由于学得不扎实，很快全忘了，更谈不上应用，学习效果较差。因此，如何调整现有考核评价体系，完善教学机制也是课程建设中值得研究的问题。
二、“电力电子技术”精品课程建设途径
精品课程是指具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。
1.专业教师敬业、协作
一门课程教学质量的好坏，取决于师资队伍的政治素质、业务素质及教学水平，因此，在课程建设中需要制定教师队伍建设规划，培养造就一支事业心强、专业水平高、教学能力强，知识、年龄、职称结构合理的教师队伍。
科学技术的发展日新月异，其应用于生产实践的周期越来越短，作为培养直接就业于生产一线的技术工人的职业教育，必须紧密结合社会生产实际，传授给学生最先进的技术知识与技能。师资队伍建设中必须提升教师队伍业务能力，采取培养与引进结合的方式，提高队伍综合能力及双师素质。同时，课程教学水平的提高应该注重充分发挥课程组的团队优势，集体备课、互相交流，分工合作、群策群力，才能取得更好的成效。
2.教学内容精心组织、教学资源丰富立体
“电力电子技术”课程的教学内容必须紧密联系行业发展、联系新技术及其应用。对教学内容进行合理组织、精心编排。此外，专业建设可以将电子技术、电力电子技术、自动控制技术、交直流调速技术等课程结合起来，形成一定的专业学科体系，“电力电子技术”课程建设以此为依托，同时，在专业知识链的衔接中起到桥梁作用。
教学离不开教材，教材建设作为学校教学基本建设之一，对提高教学质量具有不容忽视的作用。建设立体化教材就是在传统的课程教材、参考书基础上，结合教学内容、教学方法与手段，采取电子图书、电子教案、计算机辅助教学课件、习题集、试题库、网络课程、学习指导、实验指导、实践指导等多种形式，极大地丰富教学资源库。立体化教材建设在丰富教学内容的同时，有利于培养学生掌握学科发展动态和开拓知识的方法与能力，有利于促进网络教学改革，提高师资队伍水平，促进教学条件改善，改进考核方法。
3.教学方法灵活多样、教学手段先进有效
教学方法是教学过程中教师与学生为实现教学目的和教学任务要求，在教学活动中所采取的行为方式的总称。教学手段是师生教学相互传递信息的工具、媒体或设备。改革教学方法与手段的着力点在于把发挥教师主导作用与发挥学生主体作用相结合，全面提高教学质量。
在教学方法上，采取项目教学、任务引领、案例教学等形式，讲练结合，开展多层次实训、现场体验式教学、学生科技创新等教学活动。在教学手段上，使用现代化的教育技术和手段，适时使用多媒体课件、flas演示；建立多层次实验教学环境，开发MATLAB、PSIM等虚拟实验教学平台等。实验、实训项目在原有验证型课题的基础上加入创新型课题，有利于激发学生的学习主动性。当然，多媒体素材的准备、虚拟场景的演示、网络平台的开发需要任课教师投入更多的时间和精力。
4.评价机制开放，考核标准多元化
课程教学评价分学生评价和专家评价两部分。课程结束后，组织学生进行座谈、测评；课程进行过程中，可聘请一些来自企业、研究所的技术专家，以及校内外相关专业的教育专家观摩教学过程，评价教学内容与组织形式，交流、指导课程教学。鼓励专业教师多参加企业锻炼、交流访问，开拓视野，促进学科建设。
对于学生成绩考核，应避免一张考卷定成绩的情况。课程成绩中，除了笔试成绩外，还将平时任务完成、课堂相应、作业递交、学习态度等情况记入总成绩，笔试成绩所占总评比例相应减少，使成绩考核更全面、客观反映学生实际掌握情况，更大程度地激发学生主观能动性。
三、结束语
要做好精品课建设，必须建立一支精干的教师团队，开发与精品课程配套的教学内容、教学方法、教学手段、实践环节，不断建设和完善教学环境，形成合理的教学评价体系。面对国家大力发展职业教育的大好形势，职业教育工作者更要不畏艰辛、开拓创新，为社会主义现代化建设培养高素质、可发展的技能型和应用型人才。
参考文献：
[1]王新刚.高职国家精品课程资源建设状况的分析[D].济南:山东师范大学,2010.
关键词:电力电子技术;铁路机车;牵引动力
1绪论
为了满足社会发展的需要，铁路行业正朝着速度更快、稳定性更高、成本更低廉的方向发展。尤其是电力电子技术在铁路机车当中的应用，优化了机车设备的结构和性能，提高了铁路运输的效率。因此，研究分析电力电子技术与铁路机车牵引动力的发展具有重要的现实意义。
2铁路机车牵引技术的发展
机械设备的发展，带动了铁路机车设备的发展。在铁路机车设备的最初时期，很多机车设备的主要动力来源于蒸汽，而蒸汽式机车也是铁路系统的第一代机车，标志着人类社会的道路运输正式进入到了全新的发展时期。蒸汽类型的机车因其动力较弱，操作繁琐等问题，难以满通运输发展的需要，同时由于其主要以煤炭作为主要燃料，不仅消耗大量的能源，而且还排放大量的二氧化硫，对周围的环境造成了严重的污染。于是，在科学技术的发展推动下，电力类型的机车设备越来越多的应用到铁路运输当中，提高了机车设备操作效率的同时，也使得机车设备的牵引动力更为强大。近年来，晶闸管整流器类型的机车设备越来越多，推动了铁路机车电子化的发展。该类型的机车设备不仅具有电力类型机车设备的良好性能，而且还能够高效率的控制电能，实现了机车设备的高效率运行。例如当前我国自主研发的韶山系列电力机车等，就是在牵引动力方面引入了电力电子技术。此外，我国还自主开发了斩薄调压技术，实现了不使用开关的情况下，通过脉冲技术的应用，将触网电压直接牵引到发动机上，为铁路机车的电动机，在一定范围内提供了持续不断的稳定电压。
3电力电子技术概述
3．1电力电子技术
相比较传统的电子技术，电力电子技术利用了如GTO、晶闸管等电力电子元器件，对电能实现了优化控制。该项技术既可以将电力的功率调高到兆瓦的水平，也可以将其调低到1瓦以下。在铁路机车设备中引入该项技术，实现了机车电能的精准控制，使得机车可以按照人们的设计要求进行运行，不仅提高了铁路行业电能的利用效率，而且还提高了电力类机车的运行效率。
3．2电力电子技术的应用优势
在铁路机车牵引动力中，应用电力电子技术，不仅可以有效的提高机车本身的运行速率，而且还具有以下优势:(1)电力电子技术可以对当前铁路机车的交流电机进行优化，在满足铁路机车基本性能要求的基础上，缩小了电机设备的体积，解决了传统铁路机车设备安装与运行时间长等问题。此外，电力电子技术还可以有效的优化铁路与轮轨之间的摩擦力，提高了机车设备的牵引功率。(2)电力电技术可以为铁路机车的运行提供持续稳定的动力，相比较传统的电力技术，铁路机车的运行稳定性和安全性大幅度得到了提高。(3)解决了铁路机车存在的电刷与转向器磨损问题，有效的控制了电动机无换向器的控制，确保了铁路机车运行过程中的稳定性。
4电力电子技术在铁路机车牵引动力方面的应用
近年来，传统的交流电控制牵引力模式，已经难以满足铁路机车设备实际运行的要求，很多地区都积极引入了新技术和新材料，以期满足当前社会发展的需要，实现铁路系统的可持续发展。尤其是多频率的交流电牵引驱动的应用，正式标志着电力电子技术实现了铁路机车牵引动力的优化升级，其具体表现在以下几个方面:(1)通过四象限变流器的有效利用，降低了铁路机车运行过程中，电网中存在的电流谐波分类，提高了电力供应的质量，确保了铁路机车运行过程中不会受到交流电动力产生的信号干扰，进一步提高了铁路系统运行的稳定性。(2)利用交流传动电力电子技术，改善了供电电网的电工功率，使其接近于1功率，有效的降低了电网当中的电能损耗。此外，它还可以通过再生制动的方式，对电网实时反馈电能的相关信息，提高了电能质量的同时，也达到了节能减排的目的。(3)利用电力电子技术，可以优化铁路机车牵引与制动之间的关系，例如，利用设置在铁路机车上的位置转换开关，可以实现了在主电路上对牵引、制动的自动转换，有效的避免了人工操作所可能存在的错误，提高了转换的效率，使得整个操作过程更加的简便和可靠。
关键词：应用技术主导型； 电力电子； 教学改革
1 引言
《电力电子技术》课程是高等工科院校自动化类专业的一门重要的专业基础课，又是本专业核心课程，其主要任务是使学生全面了解和掌握各种变流装置的组成及其电磁过程、工作原理、控制方式、设计计算和技术指标等内容，为学生学习后续课程及今后从事自动控制方面的工作打下基础。
应用型本科作为高等教育的一个层次，必然有其自身的培养目标和教学特点。人才培养的目标定位不同，教学思路、教学方法以及对专业的知识的要求就会有差异。专业教学的目的就是要求学生通过在校学习相关的专业知识和应用技术，成为应用型专业人才。为了实现这一培养目标，积极开展教学改革，探索一种既符合《电力电子技术》课程特点，又适合应用型人才培养要求的教学规律和教学方法，对提高教学质量、全面推进综合素质教学，培养合格的应用型人才都有积极意义。
2 课程特点
电力电子技术是电力、电子及控制技术领域间的交叉学科。课程有以下几个特点：一是教材内容丰富，具体表现为概念多、公式多、波形多。随着新型电力电子器件的出现及控制技术的发展，课程内容将不断更新，教学内容将进一步扩展；二是课程综合性强。它是《高等数学》、《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电机拖动基础》、《计算机控制技术》等课程知识的综合应用，要求学生较好掌握前授课程的知识，在学习本课程基础上，既能作定量的应用计算，又会作定性的波形分析；三是课程实践性强。学生在掌握原理、熟悉计算的基础上，还应具有较强实际动手能力，能完成电力电子装置组装、集成、调试、运行、检测及诊断等实际操作。
近年来，结合课程特点，有步骤地对课程的教学方法作了改革，着重对课堂理论教学、课程设计与实验教学等环节进行了综合分析与研究，努力探索一种较为科学的教学方法，现作简要介绍。
3 课程教学改革与探讨
3.1 理论教学坚持贯彻“知行合一”原则
根据应用型人才培养目标，课堂理论教学采用精讲多练，深入浅出的教学方法。为了使学生刚接触本课程时，就有一个较深的认识，授课时通过图1简述课程所涉及的知识结构，即整流、逆变、斩波、调压、变频等变换方式，结合实例分析电力电子技术在各领域中的应用，让学生对课程涉及知识有了基本认识，同时激发他们学习的兴趣。
图1. 电力电子技术框图
在课程的理论教学改革中，着重抓两个重点：
（1）将知识课堂转变为能力课堂。理论教学的质量主要取决于课堂讲授的效果，而精选教学内容又是提高讲授效果的前提。因此，通过教学实践的总结，确定将“整流”、“逆变”和“器件与触发电路”列为重点内容，其他则有所涉及。在“整流”、“逆变”部分内容学懂理解后，学生再学习其他变换电路也就比较容易了。
为了便于学生系统掌握课程内容，将教材内容分为五个知识板块，即元件与保护、整流电路、逆变电路、触发电路和其他变换电路等，而且对五个知识板块的内容提出不同的要求，便利学生消化课程内容，有系统有重点进行学习，整个教学过程中始终突出知识的应用和能力的培养，坚持贯彻“知行合一”原则。
（2）确定科学的讲授体系，综合应用各种教学方法，全面提升教学效果。根据应用型本科规划教材特点及近年来教学实践体会，将课程确定为：电力电子元器件整流电路触发电路逆变电路其他变频电路，这样一个讲授体系，能将各章内容合理衔接，又使重点难点内容相对分散。授课中，结合概念，对重点内容集中时间进行深入透彻分析，使学生形成深刻印象；结合实例，对难点内容进行分析对比，帮助学生加深理解，实际效果比较理想。
3.2 结合工程实际组织课程设计
应用型本科培养的是应用型人才，为了巩固课程理论知识，同时注重培养学生应用能力，不仅在课堂授课时要结合工程实际内容，而且还要有目的地组织学生进行课程设计，进行工程应用实践。
如何选择设计课题和内容是搞好课程设计的关键，所以在提出设计方案前，指导教师应先行一步，在大量收集文献资料的基础上，做方案比较，进行完整的计算及实验调试，再确定设计内容，设计步骤及实验调试要求，编制完整的设计任务书，然后再去指导学生进行课程设计。
课程设计的目的很明确，有三点：一是结合教材有关“整流电路”、“元件选择与保护”、“触发电路”内容讲授，要求学生利用所学知识，立竿见影地用于工程实际设计中去，让学生对设计产生较大兴趣；二是把设计与工程实际紧密联系起来，要求学生根据设计任务要求，独立完成电路设计、线路形式选择及主要参数计算，保护电路设计及元件参数选择，确定移相范围及触发电路等，以提高学生理论联系实际的能力；三是通过设计加强应用能力训练，要求学生应用所学的计算机CAD绘图技术完成电路图的绘制，应用综合实验教学平台进行实验调试等，有目的地加强学生的实际操作能力的培养。
这样的要求既有一定的难度，也有相当广度，但确实可行。学生通过这个环节的实践，增强了独立思考能力，开阔了视野。不少学生运用所学知识完成单元电路设计；也有学生利用所学知识对触发电路进行了改进设计；还有学生对保护电路提出了不同见解。总之，学生间相互探讨，相互启发，活跃了学习气氛，提高了应用能力，为从事专业工作打下了基础。
3.3 依托实验教学平台加强实验教学注重能力培养
应用型工科培养的人才除了具有一定的理论知识，还应具备专业技术的应用能力。这种能力的形式，不能简单依靠知识注入来获得，必须经过长期的培养、系统的训练，不断的积累，而逐步形成的。在这种能力形成过程中，实验教学具有独特作用。在实验教学环节中具体完成以下几项工作：
（1）科学系统地编制实验指导书，精心选择实验项目，使每个实验都能起到“工程训练”的目的。
（2）强调人人动手、独立完成实验。对实验确实存在困难的学生，指导教师要耐心启发学生，帮助分析实验要领，但决不包办代替。
（3）注重参数的定量分析和波形定性分析。变流装置在运行中有大量的参数和波形，需要检测和分析。例如：检测元件的端电压，就能判别元件的工作状态；检测输出电压，就能推断装置的运行状况。又例如，在三相全控桥式电路中，测试输出波形时，发现波幅不一致，缺波头等现象时，也能分析出装置出现的问题等。因此，要求学生重视参数定量分析和波形定性分析，就是要让学生通过实际操作，来提高分析问题、解决问题的能力。
总之，通过课程实验教学，将封闭的教学转变为开放的教学，确实起到既巩固基础理论知识，又能使学生获得比较系统的实际操作训练，对提高课程教学效果有较大推动作用。
4 结束语
课程教学改革必须从学生的培养目标出发，把课堂上的理论讲授、设计室里的分析计算以及实验室中的实际操作等多个教学环节有机结合起来，实现各教学环节的衔接、交差和融合，充分发挥综合教学优势，达到在有限时间内获取最佳教学效果。通过《电力电子技术》课程教学的改革与探索，深深感到要使课程教学满足培养目标，需要不断地科学探索、不断地认真总结，以适应现代教学的要求。
参考文献
[1] 王兆安、刘进军. 电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2010.7
关键词：虚拟仿真；Matlab；电力电子技术；实验实训
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0134-02
一、引言
电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门新兴学科，且广泛应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域，它的应用领域几乎涉及国民经济的各个工业部门。
二、电力电子技术课程教学现状
当前高职院校基本都采取理论教学加实践操作的模式进行电力电子技术课程的教学。首先，讲解电力电子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后对各种变流电路（包括整流、逆变、斩波和交流变换等）的电路构成、工作原理和波形等进行分析；最后在实验实训台上进行实操、搭建电路、观察波形等进行验证。
电力电子技术课程本身属于电类各专业课程中较难的课程之一，教学对象又为高职学生，他们理论基础差，计算能力弱，因此教学重心一定偏向实操。然后，在对电力电子电路进行实验实训分析的过程中，由于电力电子器件具有非线性等特点以及电力电子电路的复杂性，造成实验实训结果不明显，单从示波器显示波形不能很好地检测电路的正确性。而且电力电子技术的实验实训都涉及到220V或者380V的高电压，具有一定的危险性。往往造成学生实验实训项目做得迷迷糊糊，不知道结果是否正确，即使知道错误了也很难进行排故，导致学生学习兴趣减低，形成恶性循环。
三、虚拟仿真技术在电力电子技术教学中的应用
虚拟仿真技术是近年来随着计算机技术迅猛发展而逐步形成的一类实验研究的新技术，它在各类专业各种类型的课程当中被广泛应用。虚拟仿真技术的优点主要有：（1）实验硬件门槛低，基本不需要专业的实验设备，只需要普通计算机即可；（2）实验过程安全可靠，不涉及高电压、高电流；（3）实验过程迅速、结果清晰明显，能快速地在计算机屏幕上显示所需要的所有结果，一目了然；（4）纠错排故简单，基本的仿真实验修改只需要在仿真环境下进行器件或者连接的修改。
鉴于以上优点，虚拟仿真技术在电力电子技术课程实验当中进行应用十分合适，并能有效地提高电力电子技术课程的教学效果。目前，可对电力电子电路及系统进行虚拟仿真的软件较多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。这些模拟仿真软件的出现，为电力电子电路及系统的分析提供了方便、有效的手段，大大简化了电力电子电路及系统的设计和分析过程。其中Matlab软件由于其Simulink环境下提供的SimPowerSystems工具箱在电力系统分析、电力电子电路分析中令人满意的表现、友好的界面和模块化的形式受到广大用户的青睐。
根据电力电子技术课程教学的要求，结合课程实验操作内容，我们设计、建立并实现了涵盖高职教学要求的十五个电力电子技术Matlab仿真项目。下面以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行模拟仿真的方法和步骤。
四、仿真实例
本节以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。直流升压斩波电路是典型的直流斩波电路之一，它通过电容、电感元件的储能以及电力电子器件（此处使用IGBT）的通断控制，使负载上得到比电源电压高的电压，其电路原理图如下所示。
根据电路原理图，在Matlab的Simulink中建立直流升压斩波电路仿真模型，步骤如下：
1.仿真平台建立。启动MATLAB，进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项，进入所需的仿真环境，点击File/New/Model新建一个仿真平台。
2.模块提取。在Simulink环境中拉取所需要的模块到仿真平台中，具体做法是点击左边的器件分类，电力电子仿真实验一般只用到Simulink和SimPowerSystems两个，分别在它们的下拉选项中找到我们所需的模块，用鼠标左键点击所需的模块不放，然后直接拉到仿真平台中。本电路图所需要的模块及提取路径如下表所示。
3.仿真模型建立。将提取的各模块，按照原理图布局好位置并进行连线。具体做法是移动鼠标到一个模块的连接点上，会出现一个“+”字型光标，按住鼠标左键不放，一直拉到所要连接的另一个模块的连接点上，放开左键，连线就完成了。本电路图的仿真模型如下图所示。
4.参数设置。参数设置分为模块参数设置和仿真参数设置。模块参数设置如下：直流电压源的幅值设置为100V。电阻负载设置为1Ω。控制脉冲电压由脉冲发生器产生，电压幅值设置为3V，周期设置为0.001S，脉冲宽度比的大小设置可改变输出负载电压的大小。IGBT、功率二极管、信号分解器、电感和电容可保持默认设置。示波器根据需要输出的波形个数设置输入端口数。仿真参数设置如下：将开始时间设置为0，终止时间设置为0.01，算法设置为ode23tb。
5.仿真。完成以上步骤后便可以开始仿真，仿真结束后双击示波器观察波形。直流升压斩波电路在控制脉冲电压宽度比为80%和40%时的仿真波形如图3所示，与理论分析值一致。
五、小结
虚拟仿真技术随着计算机技术的发展在近些年得到了长足的发展，越来越多的课程在教学中引入了虚拟仿真技术，它对课程教学效果的提供具有较大的作用。文章在分析教学现状的基础上，引入了使用Matlab软件的虚拟仿真技术，并以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。
参考文献：
[1]王波.虚实结合、理实一体的电力电子技术课程改革的探索与实践[J].时代教育，2015，（7）.
关键词：直流输电；电力电子；发电机
一、前言
电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。
二、电力电子技术的应用
自20世纪80年代，柔流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。
(一)在发电环节中的应用
电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。
1大型发电机的静止励磁控制
静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。
2水力、风力发电机的变速恒频励磁
水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组)，机组的最佳转速便随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运行，通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。
3发电厂风机水泵的变频调速
发电厂的厂用电率平均为8％，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65％，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。
(二)在输电环节中的应用
电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。
1直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDCLight)技术
直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。
2柔流输电(FACTS)技术
FACTS技术的概念问世干20世纪80年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。
20世纪90年代以来，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。
(三)在配电环节中的应用
配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力(customPower)技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。
(四)在节能环节的运用
1变负荷电动机调速运行
电动机本身挖掘节电潜力只是节电的一个方面，通过变负荷电动机的调速技术节电又是另一个方面，只有将二者结合起来，电动机节电方较完善。目前，交流调速在冶金、矿山等部门及社会生活中得到了广泛的应用。首先是风机、泵类等变负荷机械中采用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量和水流量具有显著的效果。国外变负荷的风机、水泵大多采用了交流调速，我国正在推广应用中。
变频调速的优点是调速范围广，精度高，效率高，能实现连续无级调速。在调速过程中转差损耗小，定子、转子的铜耗也不大，节电率一般可达30％左右。其缺点主要为：成本高，产生高次谐波污染电网。
2减少无功损耗，提高功率因数
在电气设备中，变压器和交流异步电动机等都属于感性负载，这些设备在运行时不仅消耗有功功率，而且还消耗无功功率。因此，无功电源与有功电源一样，是保证电能质量不可缺少的部分。在电力系统中应保持无功平衡，否则，将会使系统电压降低，设备破坏，功率因数下降，严惩时会引起电压崩溃，系统解裂，造成大面积停电事故。所以，当电力网或电气设备无功容量不足时，应增装无功补偿设备，提高设备功率因数。
关键词：案例教学法；教学改革；电力电子技术
作者简介：王晓刚（1976-），男，吉林长春人，广州大学机械与电气工程学院，副教授；王清（1963-），女，黑龙江哈尔滨人，广州大学机械与电气工程学院自动化系主任，副教授。（广东 广州 510006）
基金项目：本文系广州大学“专业综合改革试点”项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0077-02
2010年教育部提出实行“卓越工程师教育培养计划”，其主要目标是培养一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量工程技术人才，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量。[1]在此背景下，必须对现有的课堂教学模式进行改革。本文在广州大学“专业综合改革试点”项目的资助下，以“电力电子技术”课程为对象，对课堂教学方法进行了改革，应用案例教学法，改善了教学效果，使学生的知识、能力和素质满足社会的要求。
一、“电力电子技术”课堂教学现状
“电力电子技术”是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课，也是“运动控制系统”的先修课程，在专业培养中占据十分重要的位置。但从国内各高等院校的现状来看，课堂教学存在着较大的不足，主要表现为：
1.教学内容陈旧
电力电子技术的发展日新月异，许多新型电路、控制方法和应用在教材中并未提及，造成学生学与用脱节，该问题在毕业设计中表现得比较突出。
2.教学方法落后
传统的教师教和学生学的授课方式仍大行其道，课堂氛围沉闷，教师与学生、学生与学生之间缺乏交流与互动，学生学习的主动性不高，许多学生将学习目标降低为通过考试获得学分，这与卓越计划中“强化培养学生的工程能力和创新能力”的培养特点相背离。
3.教学手段单一
目前大多数院校已经采用多媒体教学，有的还利用各种仿真软件演示电路的波形。但多媒体的利用并不充分，基本上还是教师演示给学生看，效果必然要大打折扣。
针对目前课堂教学中存在的问题，各学校的相关教师或教学团队纷纷尝试教学改革。三峡大学开发了电力电子电路flash动态演示课件，直观生动地再现了电路的动态特性；[2]重庆科技学院采用工程案例教学法，通过实际案例使学生将平时分散学习的知识综合起来，形成解决实际问题的应用过程，让学生知道学有所用，体会到解决实际问题的成就感；[3]合肥工业大学采用从果到因的逆向思维教学法，培养学生思考问题的能力和创新意识；[4]北京科技大学提出了在CDIO工程教育模式下的“电力电子技术”课程教学改革方法。[5]上述“电力电子技术”教学改革为广州大学该课程的改革提供了参考和借鉴。
二、案例教学法的可行性
案例教学法是一种先进的教学方式，教师根据工程生产实际给出若干案例，学生分成若干研究小组，在教师地引导下组织文献查阅、研究和讨论，在规定时间内完成案例的设计后，通过报告的形式汇报研究成果，汇报完成后由教师和学生共同进行对相关问题的讨论。在这种教学方式下，学生由被动的接受者转变为知识的发掘者，实现教师与学生、学生与学生间的互动。与传统教学方式相比，案例教学法的优势十分突出，大大改善了教学效果，因此已经在我国高校的课堂教学中得到应用。[6，7]
电力电子技术在工业生产和国民生活中应用广泛，同时也综合了电子技术、电路、自动控制等多个学科，因此具有很强的工程性和综合性。同时，“电力电子技术”强调理论联系实际，因此必须重视实践性教学。
在“电力电子技术”的教学中引入案例教学法，对于达到课程的实践性和综合性要求，调动学生学习的自觉性和主动性，提高学生自学能力和实践能力，改善教学效果，大有裨益。
三、案例教学法的实施过程
新型教学法的实施步骤为：
1.提出课题（案例）
将全班学生分为5个课题小组，小组可由教师划定，学生也可以自由组合。根据“电力电子技术”教学大纲和教学目标要求，选取实践性较强的5个案例，分配给5个课题小组，每个小组负责1个课题，课题的选择由各组自行协商。由于学生刚刚接触“电力电子技术”，因此教师在选择案例时需注意案例的难度，案例不能过于简单，需具有挑战性，但也不能难度过大，占用学生过多的时间，甚至令学生失去兴趣。经过实践，笔者给出的第一批5个案例为：级联式晶闸管整流器的设计、高功率因数PWM整流器的设计、SPWM逆变电源的设计、矩形波交流电源的设计、高频高压脉冲电源的设计。当然，案例的选择并不是一成不变的，为了防止部分学生向上一届学生索要案例设计结果，同时考虑到电力电子技术发展迅速，每一届教学中都将对案例进行修改或更换。
2.研究学习
各课题小组根据案例的要求，进行分工合作，首先要充分理解教材，判断案例涉及教材中的哪部分章节的内容，深入阅读教材，然后根据教师提供的文献资料及学习方法，通过图书馆、期刊网等文献检索工具的帮助，查阅相关文献，对课题进行拓展学习。由于课题涉及的电路、自动控制等方面的理论较多，需要学生阅读较多的文献。小组成员之间需要经常沟通和讨论，并进行材料的整合并为报告做准备。
3.仿真研究
由于学时以及实验条件所限，学生无法对每个设计出的电路进行实验研究，为了检验设计结果的正确性，可采用仿真验证的方法。目前，有多种仿真软件可以仿真电力电子电路，其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。这两种软件已被许多教师用于课堂教学中，但学生动手使用的并不多，实际上，这两种软件易学易用，学生无需在学习软件的使用方法上花费太多的时间。在案例设计过程中，学生可以随时用设计的仿真程序验证设计的正确性；设计完成后，要给出不同拓扑结构、不同控制策略、不同电路参数和控制参数下的主要波形，并由此确定最佳拓扑和参数。在第二和第三阶段，学生可通过网络课程平台与教师交流。
4.报告讨论
报告和讨论是案例教学法的重要环节，一般安排在课程结尾阶段进行。由于学时的限制，为每个案例分配的时间为20分钟～30分钟。课题组推举一位报告人，报告人应在报告前做好PowerPoint讲稿，报告时用5分钟的时间介绍案例的要求和设计结果。余下时间由全体学生讨论设计的合理性，学生也可以提出各种问题，由报告人进行解答，报告人解答不了的，由该课题组的其他成员解答。教师在此过程中应对讨论的深度和广度加以把握，最后对案例设计的结果进行点评，并记录学生在报告和讨论过程中的表现，作为考核的依据。
5.撰写小论文
通过一个学期的学习与实践，每个学生提交一份与案例相关的研究性小论文，教师应要求每个课题组内各成员间的小论文内容有区别，即应侧重于自己所研究的那一部分。
6.期末考核
期末考核的成绩由三部分组成：报告和讨论过程中的表现以及小论文的质量。为了保证考核的公平性，教师在布置任务时要为课题组的每个成员分配不同的工作。以“SPWM逆变电源的设计”为例，可将案例拆分为若干子课题，如：单相逆变电源的设计、三相逆变电源的设计、常规SPWM调制方法研究、梯形波SPWM调制方法研究、鞍形波SPWM调制方法研究等几个子课题。在小组成员较多的情况下，可令其中一部分同学用Matlab/Simulink仿真，其余同学用PSIM仿真，这样不仅使每个学生都有相互独立的任务，还可将不同仿真软件得到的结果进行相互验证。
四、案例举例
本节以“矩形波交流电源的设计”为例来说明案例的实施效果。
教师给出的案例为：矩形波交流电源在原油脱水等工业现场的应用较为广泛。本案例中矩形波电源的设计指标为：输入为三相380V/50Hz交流电；输出为单相矩形波，幅值5kV～20kV可调，频率0.1kHz～20kHz连续可调。要求学生设计出系统框图、主电路、驱动控制电路，并对原理进行仿真，给出仿真波形。
经过研究、讨论以及教师指导，学生给出了详细的设计方案。其中系统框图如图1所示。
此外，学生画出了主电路，并选择IGBT作为降压变换器和全桥逆变电路的开关器件，选择SG3525作为控制芯片，选择EXB841作为驱动芯片，画出了控制和驱动电路。
学生的设计方案得到教师的肯定。但是在仿真中，学生遇到困难，不知如何调节输出矩形波的幅值，这是因为教材中电路原理讲得较多，而与控制有关的内容有限。学生在网络课程平台的论坛提出这一问题后，教师及时给出了建议，即将采样得到的矩形波幅值除以变压器变比后得到全桥逆变器输出电压的幅值，此幅值与降压变换器的输出相同，与给定电压比较后得到误差，再用PI调节器产生占空比信号。学生获得建议后并经过小组的进一步讨论，最终得出了仿真结果。
此案例将电力电子技术教材中不同章节的内容，以及自动控制技术的内容联系起来，学生在完成此案例后，对电力电子技术的原理和应用有了更深入地了解和体会。
五、结论
与传统教学方式相比，案例教学法在提高学生工程实践能力、调动学生学习主动性、培养团队精神等方面具有较大优势。一个学期的实践表明，这种方法的教学效果明显优于传统教学法，与“卓越工程师教育培养计划”的理念相符合，值得进一步研究和推广。当然，这种方法也存在着一定的不足，如对教师和学生的要求较高，部分学生积极性不高，教学法的实施与有限的学时存在矛盾等，笔者将这些问题的解决方法在今后的实践中进行更深入的探索。
参考文献：
[1]林健.面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011，（6）：5-15.
[2]孙坚，王强.数字环境下“电力电子技术”教学方式的改进[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：115-116.
[3]飞，李正中，邬红，等.工程案例在“电力电子技术”课堂教学中的应用探讨[J].中国电力教育，2011，（25）：101-102.
[4]杜少武，张毅，黄海宏，等.电力电子技术课程的逆向思维教学法研究[J].电气电子教学学报，2007，29（4）：94-97.
[5]董冀媛，李晓理，董洁，等.CDIO模式下电力电子技术课程教学改革思考[J].中国电力教育，2011，（35）：97-98.
众所周知，电力产业，是国民经济的命脉，它决定了GDP的发展。全国各地企事业单位对于电力的需求也比以往多，同时，各大用电用户对于供电的质量与安全性也提出了进一步要求。对于在智能变电站中存在的相关问题，就要加强完善，将环保，集成，可靠的智能设备进行积极引进，最终把其相关功能进行全面改善，这对于推动智能变电站的发展来讲，有着非常重要的现实意义存在。
结合实际情况，本文提出了智能变电站的相关设计中存在的问题，并针对具体问题，提出了一些有效的解决对策。
【关键词】智能化变电站 设计 问题 优化 研究
智能化变电站的相关设计要在根本上体现出信息化，自动化与智能化。利用标准化的信息共享，信息化平台与全站信息当做基本要求，在根本上实现一次与二次设备的数字信息化传递工作，使用220kv智能变电站的信息达到高度集中的形态，在根本上将自动化想、运行管理情况进行全面完善。并构建出程序化的控制系统，并在自动化设别的状态之下，将监测系统和站内信息决策分析系统进行程序化管理。进而在根本上将其运行维护的负荷量减轻。
1 智能变电站相关设计中存在的弊端
1.1 电流电压互感器在运行过程中的不合理现象
在职能变电站中电子互感器说明书上主要有两部分内容组成：电流互感器与电压互感器。在其电流互感器中包含了合并单元项目，但在通常情况下，智能变电站的电流与电压互感器中的中标厂家并不相同，不同类型的电子互感器的输出都有私有条款进行限制的。其不能将输出FT3格式的相关内容进行全面满足，令两个厂家的不同产品在实际使用中显得问题颇多，最终令电压与电流互感器中的相关设计非常不合理。
1.2 开关柜二次室空间非常有限
在智能变电站中的开关柜二次室中，除了包括必要设备，例如：交换机，电度表，光纤熔接盒之外，还柏涵了智能化的设备和电气设施。与一般的开关柜相同，开关柜二次室的空间也是下载的，很男满足变电站的相关要求。
1.3 变电站电气回路的相关接入方式
在变电站的电气回路中吗有多种多样的元件设备，在进行运行的时候，因为电气回路利用了次级对应的相关接入方式，并通过控制电缆的方式将电压和电流的互感器二次侧电流与电压的收入录播测控装置与继电保护设备中，进行采样工作，之后通过A/D转换设备敏吧电压电力转换成为能够识别的数字量，在这个过程中，会出现一定的干扰现象，信号的信噪也会发生一些变化，进而对变电站重点设备的保护动作起到了干扰作用。
2 智能化变电站的优化设计
2.1 将电子互感器合并单元规约问题加以解决
把互感器的输入信号接入到职能变电站的合并单元中，并依照FT3的格式将其接入到互感器合并单元，这样能够在根本上将电压互感器与电流互感器的合并单元问题倪加以解决，在职能变电站中加入适量的合并单元数量，能够实现对职能组件柜的体积控制，因为电压鞭杆七与电流互感器在合并是时候，会出现延迟现象，因此要将两种互感器的同步问题进行全面解决。依照最新制定的《智能变电站继电保护技术规范》相关要求，电子互感器要将一次电压或者电流进行真实反映，其中输出的电压或者电流的额定延时不能超过2毫秒。
2.2 开关柜的二次优化设计
将职能变电站的相关设计要求进行全面考虑，能够在开关柜的二次室旁边单独创设一个交换机屏，并在一定程度上将二次室的空间加以拓宽，将其电气设施进行全面设计，并在其中摆放好相关设施。
2.3 电气回路接入方法设计
智能化变电站能够在根本上实现对于两种互感器的保护，在一次设备不能将智能变电站相关设计要求进行满足的时候，可以吧电流与电压的互感器二次绕组接在相同的保护装置中，利用串联的方式将电气回路接入。在此同时，把智能变电站的总开关和模拟量进行数字化处理，光学互感设备能够利用光纤电路将智能变电站的相关信息进行全面传送。在根本上将电路回流，多点接地与电压回路等相关问题进行解决。在进行单元合并的时候，接受多个护肝信号，依照计量装置，测量控制设备与继电保护设置的相关要求，将组织中的信号进行合理分配，通过不同数字信号将二次设备的数字信号进行全面传送。令变电站的接线变得更具有安全性。除此之外，智能化变电站也能够使用光缆线路吧合并单元与远端模块直接相连，把数字的采样信息直接传送到点对点网络回路中，并获取到电流与电压的信息量。
3 结束语
最近几年，我国也加大了电力系统建设工作的力度，对于智能化变电站的相关设计工作，一直以来都是我国电网的建设中心问题。智能化变电站利用多种多样的新式技术，将以往的维护运行与相关调试做出了一些列优化，为了在根本上将智能变电站实现优化设计，就要依照变电站的相关设计要求，将其操作的信息共享方式进行全面优化。在根本上保证智能变电站的安全运行。
参考文献
[1]刘士源，苏正.220kV 智能变电站的设计与应用[D].北京：华北电力大学，2013.
[2]晋海斌.220kV智能变电站设计方案优化研究[D].北京：华北电力大学，2013.
[关键词]S变换支持向量机故障诊断电力电子电路
1前言
随着电力电子技术的发展,电力电子装置越来越复杂,其故障模型也越来越复杂,为使电力电子装置正常高效地工作,研究有效的故障诊断技术是很有必要的[1]。近几年,神经网络故障诊断技术被广泛应用于电力系统故障诊断中[2-6],主要是由于基于神经网络故障诊断的方法不要求明确的故障模型,利用强大的自学习功能、并行处理能力和良好的容错能力,避免冗余实时建模的需求。但是通常采用的BP网络在结构设计上存在盲目性,且在训练过程中容易陷入局部极小点。文献[7-8]研究了采用小波变换方法进行故障特征提取的故障诊断方法。本文针对电力电子电路实现故障诊断,提出了一种基于S变换和支持向量机相结合的电力电子电路故障诊断方法,该方法首先对各种故障信号进行S变换时频分析,由变换结果选取合适的特征量,然后采用支持向量机作为故障模型分类的工具,建立故障诊断模型,用来识别各种不同类型的故障信号。
2S变换基本原理
S变换由Stockwell于1996年提出[9],是一种可逆的局部时频分析方法,其思想是对连续小波变换和短时傅立叶变换的发展。信号的一维连续S变换定义如下
(1)
(2)
其中,为高斯窗口(Gaussian Window),为控制高斯窗口在时间轴位置的参数,为频率,为虚数。由式中可以看出,S变换不同于短时傅立叶变换之处在于高斯窗口的高度和宽度随频率而变化,这样就克服了短时傅立叶变换窗口高度和宽度固定的缺陷。其一维连续S逆变换为
(3)
S变换可以看作是对连续小波的一种“相位修正”,并且可以从连续小波变换推导而来。若将母小波定义为一个高斯窗函数和一个复向量的乘积,代入到信号的连续小波定义式中即可得到S变换。
由于信号的S变换与其傅立叶变换之间之间存在如下关系:
(4)
在实际数值实现中,必须将S变换离散化。离散S变换可以通过以下方式获得:设是对连续时间信号进行采样得到的离散时间序列,是采样时间间隔,为总采样点数。则该序列的离散傅立叶变换为:
(5)
式(4)中,令且,则得一维离散S变换
(6)
式中代表时间的,代表频率的。
3 基于S变换―SVM的电力电子电路故障诊断方法
3.1 故障电路和故障模型分析
图1为三相全波桥式整流电路,电路中主要发生两种情况的故障:电路中有一只晶闸管故障或者同时有两只晶闸管发生故障。本文应用Matlab R2006a 6.4仿真工具箱建立整流电路仿真模式,来对各种故障进行仿真实验。经研究表明:整流桥输出端的直流脉动电压包含了晶闸管是否有故障的信息,是一个关键的测试点;并且直流脉动电压容易检测,若可借助于的分析达到故障分类的目的,则可达到事半功倍的效果,所以我们尝试将作为主要分析处理对象。为了便于分析,本文以任一只晶闸管发生短路、断路故障作为主要研究内容,同时我们还将电路正常工作时作为一种特殊的故障进行分析。
3.2 基于S变换的故障特征提取
通过Matlab仿真整流角为时不同故障产生时的信号(每个周期采样64点),运用式(5)和式(6)对其进行处理S变换,得到不同故障发生时的S模时频矩阵3-D如图2(a)-(m)所示。
从图2可以看出,不同故障发生时信号的S变换时频分布也不一样;而S模时频矩阵中,其列向量表示故障信号某一时刻的幅值随频率变化的分布,其行向量表示故障信号某一频率处的幅随时间变化的分布。由图还可知,在频率为2k~3.15kHz的频率段内,不同故障产生时的S模时频矩阵的幅值在整个时域内分布不相同;同时,在这个频段内能量幅值在时域上的分布也不相同。因此,本文将最高频率分成在8个时域段内的能量作为故障的特征向量,即F={F1、F2、^、F8},每个特征量的计算可由式(7)得到。
(7)
式中M=N/8,N为总采样点数;fm为最高可分析频率成分,fm=fs*(N-1)/N,fs为采样频率。
3.3 SVM在故障类型识别中的应用
3.3.1 SVM的基本原理
支持向量机[10](Support Vector Machine,简称SVM)是由Vapnik和他的合作者提出的基于统计学习理论的通用机器学习方法,可在高维特征空使用线性函数假设空间进行学习。SVM能够用有限样本得到较好的模型泛化性能,同时使得模型的结构和参数易于优化。
SVM是从线性可分情况下的最优分类面发展而来的,利用优化方法把求解最优分类面的约束优化问题转化为其对偶问题,即求
(8)
的最大值。为每个样本对应的乘子,解上述问题后得到的最优分类函数是:
(9)
引入核函数的概念后,SVM用代替上述问题中的点积,把原来的输入空间变换到一个高维的空间,在高维空间中原来的非线性可分问题变为线性可分问题,从而按照线性可分情况求得问题的解。
3.3.2 SVM在电力电子电路故障诊断中的应用
应用SVM在电力电子电路故障诊断中进行故障类型的识别,其实现步骤如下:
Setp1:学习阶段
(1) 建立电力电子整流装置故障诊断的SVM模型,根据1-a-r的思路,为每一种故障类型构造一个SVM,故障类型的SVM模型如图3。
(2) 建立训练样本集(X,Y)。根据步骤(1)所建立的故障诊断的SVM模型,为每个二类SVM建立训练样本,当输入训练样本属于第i类SVM时设定标号为1,故障类型不属于该类标号为-1。
(3) 依据实际情况为SVM选择适当的核函数及有关参数,作为高维特征空间在低维输入空间的一个等效形式。选择的依据是Mercer定理,核函数的选择可参考文献[11]。
(4) 通过训练样本集,求解二次规划式,获得每一个SVM的支持向量及相应的Lagrange乘子。
Step2:故障分类决策阶段
(1) 装入SVM学习阶段的有关数据(包括训练样本数据(X,Y),系数和以及支持向量)。
(2) 输入未知故障样本,根据图4的多故障分类流程图和判别函数式(9)计算输入未知故障样本的决策输出值。
(3) 由步骤(2)判别函数的值,判断故障样本所属的故障类型。
3.4 仿真实验结果分析
为了全面检验本文提出电力电子整流装置故障诊断方法的有效性,我们选择整流角发生偏差-10~10等20个角度的故障样本,以及在这些整流角的故障样本中加入信噪比分别为20dB和10dB的高斯白噪声信号等作为测试样本(非训练样本)加以验证。训练样本选整流角为0度时共13个故障样本,测试样本共780个故障样本。
由第3.2、3.3节相结合的基于S变换―SVM的电力电子电路故障诊断方法,首先采用S变换故障特征提取方法得到故障样本;然后由基于SVM的电力电子电路故障诊断算法,建立与故障类型相对应的13个SVM,并进行训练;当训练SVMi时,将属于该类故障的训练样本的标号设为1,其余的训练样本的标号设为-1。经实验本文选用一次多项式为SVM故障诊断模型的核函数,惩罚因子C=0.01;通过训练各种故障样本后,获得二次规划式的支持向量及相应的拉格朗日(Lagrange)算子,学习阶段完成。表1、表2为在相同核函数,不同样本数情况下的训练结果。
表1中26个训练样本是在13个训练样本的基础上增加整流角发生10度偏差的13个故障样本,表2中26个训练样本是在与表1相同的13个训练样本的基础上增加含有SNR=10dB高斯白噪声的13个故障样本;从表1和表2的第1行,训练样本从13增加到26个,所得到SVM的支持向量数都是8个,同时其函数值也没有变,这说明后来加入的13个训练样本都是非支持向量,他们对分类面没有影响,即分类面一样;再比较其他故障的SVM,训练的结果与上述分析类似,事实上表1、表2中二次得到的和值是一样。
表1不同训练样本数一次多项式核SVM训练结果的比较
SVM 训练样本13个 训练样本26个
SV
个数 函数值 训练
时间/s SV
个数 函数值 训练
时间/s
SVM1 8 0.000187
SVM2 5 0.000122
SVM3 5 0.000106
SVM4 5 0.000058
SVM5 5 0.000110
SVM6 5 0.000061
SVM7 5 0.000062
SVM8 3 0.000002
SVM9 4 0.000002
SVM10 3 0.000002
SVM11 3 0.000002
SVM12 3 0.000002
SVM13 4 0.000002
表2 不同训练样本数一次多项式核SVM训练结果的比较
SVM 训练样本13个 训练样本26个
SV
个数 函数值 训练
时间/s SV
个数 函数值 训练
时间/s
SVM1 8 0.000187
SVM2 5 0.000122
SVM3 5 0.000106
SVM4 5 0.000058
SVM5 5 0.000110
SVM6 5 0.000061
SVM7 5 0.000062
SVM8 3 0.000002
SVM9 4 0.000002
SVM10 3 0.000002
SVM11 3 0.000002
SVM12 3 0.000002
SVM13 4 0.000002
表3为利用三种不同的故障诊断方法对整流角在-10~10发生偏差等20个角度的故障样本分别加入信噪比分别为∞、20dB和10dB的高斯白噪声共780个信号进行故障诊断在正确诊断个数和训练时间上的比较。SVM方法的样本数据为波形的每个周期的64个采样值;S变换-BP方法中BP网络的结构为8-15-13(输出层节用13个节点来表示13种不同类型的故障,如1000000000000表示无故障,0100000000000表示发生断路故障,0000000100000表示发生短路故障,其它故障表示以此类推),E为训练目标误差,神经网络的实际输出经对第一位小数点进行四舍五入处理后与目标输出进行比较确定它的平均诊断结果,本文选用具有较好推广能力的L-M学习算法进行网络训练。
为了进一步验证应用S变换提取电力电子电路故障特征的有效性,本文还分别将基于统计特性的PCA和基于经典时频分析方法的小波变换与SVM相结合对上述实验的故障样本进行诊断。在PCA-SVM方法,根据文献[8]中主贡献的定义,我们选择它为85%来从64点时域采样值提取每个故障样本的14维故障特征向量;而在小波变换-SVM方法中[12],利用小波变换提取每个故障样本在8个子频带中经归一化后的能量作为特征向量,在这两种方法也选择与上述的S变换-SVM方法相同的训练样本训练SVM的权值,然后分别对测试样本进行故障元的定位和故障类型的识别。仿真结果表明,这两种诊断方法均能正确诊断无噪声信号的故障样本,但它们的诊断正确率却会随所含噪声的SNR的下降而减小。PCA-SVM方法分别对含有SNR=20dB和SNR=10dB噪声故障样本的正确诊断个数分别为155和89;小波变换-SVM方法分别对含有SNR=20dB和SNR=10dB噪声故障样本的正确诊断个数分别为203和166。
由表3的第1行可知,基于S变换-SVM的电力电子电路故障诊断方法对噪声具有鲁棒性;与SVM和S变换-BP方法相比,该方法在故障诊断精度、训练所花费的时间和推广能力方面都表现得更出色。
4结语
针对故障特征提取和故障诊断两个关键技术,本文结合S变换和支持向量机构造了电力电子电路故障诊断方法。仿真实验结果表明了该方法对噪声具有鲁棒性,并具有很好的范化能力和高诊断正确率等优越性,这都得益于S变换良好时频特性和支持向量机优秀的统计学习特性;同时,该诊断方法也可推广至其它形式可控整流电路中。
参考文献:
[1] Ho-In Son, Tac-Jin Kim and Dec-Wook Kang.Fault Diagnosis and Neural Point Voltage Control When The 3-Level Inverter Fault Occur[C]. 2004 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference. Aachen, Germany, 2004:4558-4563.
[2] Liu Aimin, Lin Xin, Liu Xiangdong. Fault Diagnosis Method of High Voltage Circuit Breaker Based on RBF[C]. 2005 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition: Asia and Pacific, Dalian, China, 2005:1-4.
[3] Fengxing Zhou, Gengguo Cheng, Jun Zhou. Fault Diagnosis Technology Based on Wavelet Analysis and Resonance Demodulation[C]. Proceedings of the 5th World Congress on Intelligent Control and Automation.Dalian,2004:1746-17 50.
[4] Yang B S, Han T, An J L. Neural Network for fault diagnosis of Rotating Machinery [J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2004, 18(3):645-647.
[5] 毕天殊,杨奇逊.基于新型神经网络的电网故障诊断方法[J].中国电机工程学报,2002,22(2):73-78.
[6] 崔博文,任章.基于神经网络的电动机逆变驱动系统故障诊断[J].仪器仪表学报,2007,28(3):473-478.
[7] Zhi-Yong Luo, Zhong-Ke Shi. Wavelet Neural Network Method for Fault Diagnosis of Push-pull Circuits[C]. Procee- dings of the 4th International Conference on Machine Learning and Cybernetics. GuangZhou, 2005:3327-3332.
[8] 王荣杰,电力电子整流装置故障诊断方法的研究[D].广州: 广东工业大学硕士学位论文,2006.
[9] Stockwell R G, Mansina L, Lower R P. Localization of the complex spectrum: the S transform[J]. IEEE Trans. on Signal Process, 1996,44:998-1001.
[10] Nell Cristianini and John Shawe-Taylor. An Introduction to Support Vector Machines and Other Kernel-Based Learning Methods[M].北京:电子工业出版社,2000.
购物车(0)