时间：2022-05-06 11:14:04
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇高电压技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：地面生产系统，660V，供电系统，中性点接地方式
一、引言
随着煤矿工业采煤机械化不断提高，矿井生产能力越来越大，与之配套的地面生产能力的规模也越来越大，造成单台电动机的容量相应增大，用电负荷随之增大，从而出现电压降增大、电能损耗增加、电缆截面不足等问题，故在煤矿地面生产系统设计中，传统的380V供电已不能满足配电的要求，需提高配电电压，如低压供电系统采用660V及更高电压。本文就地面生产系统供电电压由380V提高到660V电压技术问题进行探讨。
二、660V供电的国际国内发展概况
早在上世纪60年代，660V电压就被作为一种标准电压列入国际电压标准中。1967年国际电工标准IEC38/67推荐的额定电压中就有660V。在以后IEC38中均有660V电压作为额定电压。我国1959年的国标GB156/59中，只规定了220V、380V两种电压为额定电压。而在1980年的GB156/80中已把660V列入国家标准额定电压。我国现行国家额定电压标准中，660V电压仍为国家标准额定电压。
我国煤矿企业井下于70年代初基本实现全行业660V升压改造。1981年，我国开始对煤矿矿井地面生产系统和选煤厂进行了660V升压供电的试验和研究工作，经过长时间对各种系列电气元件等电气设备在660V条件下的试验和验证工作，于1986年11月建成我国第一座由660V配电电压供电的阳泉四矿选煤厂，并顺利投入运行，1988年6月通过了由能源、机电两部主持的技术鉴定。1990年原能源部发出在煤炭工业中新建地面生产系统及选煤厂应采用660V供电的通知，进一步推动了660V供电在煤矿生产中的发展。随后，九龙口矿、淮南南潘集三矿、大同晋华宫矿等多座大型选煤厂都采用了660V供电并投入运行。
三、660V供电系统的可行性技术分析
1、供电输送能力提高
电网的输电能力与其供电电压的平方成正比，即：
式中：P——通过线路的输送功率，kW；
Z——线路阻抗，Ω；
Un——额定电压，V；
cosφ——线路功率因数；
ΔU%——电流通过线路的电压降百分数。
为便于分析比较，可认为输电质量ΔU%和功率因数cosφ不变，则线路中输电能力P·Z与电压Un平方成正比，即：
电网供电电压为380V时，电网输电能力为：
电网供电电压为660V时，电网输电能力为：
两种电压的输电能力比较：
可见，电压由380V升高到660V后，电压提高倍，线路输电能力为380V电压时的3倍，也就是说，如输电功率P不变，导线截面不变，则660V电压供电的输送距离为380V电压的3倍。同样，如输电线路阻抗Z不变，即电缆长度和截面不变，其输送功率也为380V电压的3倍。
2、电能损耗降低
电网供电电压从380V升高到660V后，电流将降至原来的1/，电能损耗与负载电流的平方成正比，因此用电设备均能降低电能损耗。用电设备的功率越大，使用660V供电的经济效果越好。
三相输电线路上有功功率损耗：
式中：ΔPL——有功功率损耗；
In——线路额定电流，A；
R——线路每相的电阻，Ω。科技论文。
现设定输送功率不变，线路长度不变，则380V、660V时输送线路上的功率损耗分别为：
两种供电电压输送线路上的功率损耗相比：
可见，在输送功率和线路不变的情况下，660V供电电压线路上的功率损耗是380V时的1/3，即可减少输电线路上功率损耗的2/3。
3、节约金属、减少投资
一般0.4kV低压配电系统中配电电缆采用0.6/1kV耐压等级，在用于0.66kV低压配电系统时，无需增加电缆耐压等级。另一方面，由于采用0.66kV配电电压，提高了电压等级，对为相同容量的电动机配电，则可以减少配电电缆截面或增大输送距离。
660V供电时的导线截面积约为380V时的57.7%，而导线、电缆截面由标准分级所决定，故通常至少可降一级标准截面来选取导线、电缆。通过技术分析，升压改造后电缆、配电开关等方面节约的材料达40%~55%。同时补偿功率因数用的电容器，相同容量情况下，在660V电压下使用时要比380V输出无功功率提高2倍（Qc=U2ωc），而价格只差50%，故可降低电容器投资约一半。
4、供电安全可靠
380V供电系统为中性点直接接地的三相四线制系统，一般为动力照明混和供电。660V供电系统为提高运行安全，采用中性点经电阻接地系统。
变压器接地方式一般分为四种：即不接地方式（中性点绝缘）、直接接地方式；电阻接地方式（数十Ω为低电阻接地，数百Ω为高电阻接地）、消弧线圈接地方式。中性点接地与否，对供电系统设计、维护运转及安全都有重大关系。当发生一相接地时，随着接地方式不同，电压差别很大。科技论文。对于直接接地和低电阻接地的电网，一相接地时，接地短路电流较大，除能使继电保护迅速动作外，还有降低内部过电压的优点。对不接地、高电阻接地和消弧线圈接地方式的电网，单相接地电流很小，对提高系统的稳定性和供电可靠性有利。对地面660V配电系统，其中性点接地方式目前没有明确的规定，《煤矿安全规程》规定，煤矿井下采用中性点不接地系统。中性点不接地系统的优点是单相接地电流小，从而避免了人触电时大接地电流对生命造成的危害。但缺点是由于网络电容电流和系统漏电电流很小，不便于实现保护的选择性。科技论文。为避开这一缺点，又能提高供电系统的稳定性和可靠性，因此地面660V供电系统一般采用中性点经高阻接地方式，通过适当调整接地电阻值，从而实现既能保证保护装置的选择性又可抑制单相电弧接地时的过电压。
660V供电系统必须装设选择性漏电保护装置，否则不能投入运行，而380V供电系统一般不装设这种保护，适当选择中性点接地电阻，可以增加故障点的零序电流，提高选择性漏电保护的灵敏性，实现有选择性的切除故障回路。660V供电系统采用上述保护措施后，人身触电后得到了有选择性的保护，比现在广泛使用的无漏电保护的380V系统具有更高的安全可靠性。
四、结语
通过对660V供电技术探讨，若矿井地面生产系统用电负荷较大，则采用660V电压供电为最佳方案。
参考文献：
［1］ 顾永辉.工矿企业660V供电［M］.北京：煤炭工业出版社，1997
关键词：智能变电站 逻辑配置 点对点配置 GOOSE配置
中图分类号：TM63 文献标识码：A
1 引言
通过智能化的调试发现，存在很多无法满足现场运行要求的问题，面对智能化站刚刚起步，这些问题需要现场解决从而满足目前的运行要求还是说总结出新的运行规定，如果只是为了满足现场的要求，将会形成各个智能站配置均不统一的情况，这样，对智能站今后的维护相当不利，如果在原理上实现配置的一致性，将会为以后的运行维护带来很大的方便，所以本论文以各种智能设备的原理为基础，实现配置的一致性，让配置的原理与传统的原理一致，下面主要针对几个常见的问题进行分析。
2 电压并列回路的配置
目前常见的配置为双套合并单元，实现了设备的双重化配置，但是对于这种配置的电压并列回路特别复杂，需要将两套合并单元都做相应的处理才能实现电压的并列，这无疑增加了回路的复杂性，在实际接线中，每套母线合并单元都接入了两条母线的电压，并且电压的接入回路都是通过常规回路来实现的（有些厂家母线合并单元的刀闸位置、断路器位置等也可用通过外部电缆回路来实现，对于智能站来说，采用这种方式将会大大增加回路的复杂性），在这种配置下相当于两套完全独立的母线合并单元，在运行维护时需要采取不同的措施，如当II母母线检修退出电压互感器时，应将II母智能终端的并列把手由自动切换到II母强制I母上，同时也应将I母智能终端的并列把手也切换到II母强制I母上，这是为了防止备自投装置的两条母线电压均取自I母合并单元时II母电压失压导致备自投放电。
3 备用电源自动投入装置的配置
备自投相关的智能设备有进线智能终端、分段智能终端、进线合并单元、分段合并单元、母线合并单元、主变保护、主变本体智能终端。进线和分段智能终端主要向备自投装置发送进线断路器的位置以及手跳闭锁备自投信号（对于不启动KKJ的断路器操作把手）和遥控跳闸闭锁备自投信号、进线合并单元主要向备自投装置发送线路电压以及线路电流，分段合并单元发送电流，对于进线备投的备自投装置不需要分段电流，母线合并单元主要两条母线的电压，两条母线电压可取自一套合并单元也可以取自两套合并单元，主变保护的内容是后备保护动作闭锁备自投装置，主变本体智能终端非电量动作闭锁备自投，对于另一端母线没有电源点的进线可以不设置非电量跳闸闭锁备自投的逻辑。
3.1 直跳、直采点对点配置
点对点方式是指线路间隔的电压电流、母线设备的电压电流、备自投保护动作跳、合断路器均是通过点对点的方式来实现的。线路和分段的断路器位置和手跳信号既可以采用点对点方式也可以采用GOOSE组网形式，通常选用组网形式，主变保护动作和非电量动作闭锁备自投信号则是通过GOOSE组网形式来实现。
3.2 直跳、直采GOOSE组网配置
GOOSE组网方式是指所有智能设备的信号均通过GOOSE组网来实现，保护电压电流也通过GOOSE交换机向备自投，实现的数据信息的高度共享。各过程层智能设备首先将自己的断路器位置、手跳信号、线路电压电流、到GOOSE交换机，同样间隔层智能设备将闭锁备自投信号也发送到GOOSE交换机然后实现数据的共享。
备自投所需电压电流，跳闸方式目前没有明确要求，目前我们常用的配置方式有两种，点对点方式或者GOOSE组网方式，两种方式均不影响备自投正常运行，各有自己的特点，直跳、直采点对点方式虽然提高了运行的可靠性，但是让网络更加复杂化，并且没有实现网络的共享。而GOOSE组网配置的特点是牺牲安全性和可靠性，从而达到简化网络（组网需要一组光纤即可实现，而点对点方式至少需要六组光纤）的目的。
3.3 母线电压配置
备自投装置需要的两条母线电压宜取自一套合并单元，通常情况下，每一套合并单元均接入两条母线的电压，在分裂运行时，两天母线的电压互感器均在运行，此时两个互感器独立运行，在每一套合并单元都能正确采集到两条母线的电压，这种情况不能影响备自投的保护功能。当一个电压互感器退出检修时，母线合并单元可以通过并列把手来实现备自投装置的两条母线电压均有压。另外，取自同一个合并单元的好处是减少备自投装置的光口，减轻CPU的工作量，可以增加备自投保护装置的工作寿命。
4 控制回路断线的配置
4.1 智能终端控制回路断线
智能终端控制回路断线对于提供TWJ（跳闸位置继电器）和HWJ（合闸位置继电器）接点的智能终端，通常由TWJ和HWJ常闭接点串联形成，然后通过硬接点信号接到智能终端的开入上，对于没有提供TWJ 、HWJ接点的应该通过软件自动生成一个控制回路断线的信号，然后将此信号通过GOOSE网发到对应的测控装置，再通过测控装置发送到后台，应在后台注明是智能终端控制回路断线。
4.2 保护装置控制回路断线
线路保护、分段保护等保护装置一般可以通过控制字来选择是否判断控制回路断线，当该控制字投入使用相应保护可以通过断路器的位置来判断是否控制回路断线，所以在保护装置的断路器位置开入中必须要配置智能终端操作箱的TWJ和HWJ,而不直接配置为断路器的位置硬接点遥信。如果配置断路器的位置硬接点遥信，在平时运行时，断路器只有两种状态，不是分位便是合位，即便控制电源消失时，这种状态也不会改变，此时，保护装置依然能接收到断路器的位置因而保护装置无法判断别出控制回路断线，如果逻辑配置中的位置接点取自TWJ和HWJ，当控制电源消失时保护保护接受不到断路器的位置，从而判别出控制回路断线信号，导致断路器发生故障时拒动的可能性
5 总结
面临着数字化技术的在智能化变电站中的不断应用，对智能化设备的稳定性，高速化网络、信息共享、系统配置的可靠性提出了新的要求，针对以上特点，本论文提出的这些解决方案具有以下的几个特点：
（1）较高的可靠性。在现场处理，实施验证之后，通过实际运行观察发现，本论文提供的解决方案运行稳定，有效的解决了发生的问题。
（2）充分的理论依据。本论文所涉及的几个问题都是在调试过程中发现的，处理方案也是通过设计人员、研发人员、继电保护人员、运行人员根据实际运行要求提出的解决方案，因此考虑的情况比较全面，理论依据比较充分。
（3）丰富的现场经验。提出解决方案后，在实施验证过程中也投入了大量的工作，从而为该论文提供了丰富的现场经验。
参考文献：
[1]刘振亚.智能电网技术[M].中国电力出版社，2010
[2]高翔，张沛超.数字化变电站系统结构[M]. 华北电力出版社，2006年12月.
[3]王义梅.电网继电保护应用[M].电网技术出版社，2000年6月.
[4]赵丽君，席向东.数字化变电站应用技术.电力自动化设备，2008，24(5)：118-121
作者简介：
马玉虎（1983-）男 电力工程工程师 大学本科 从事电力系统继电保护技术工作
关键词：ZPW-2000A;无绝缘轨道电路;故障及对策;
中图分类号：U284 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-10-00-01
一、ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路系统
（一）技术特点
ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路系统，其设计理念符合机车信号为主体信号的自动闭塞及列车超速防护系统的设计要求。它采用 1700Hz-2600Hz 载频段、FSK 制式轨道电路传输特性、主要参数及计算机技术，主要涵盖了以下几点技术特性：实现轨道电路全程电气折断检查，解决了调谐区断轨检查;充分肯定、保持UM71 无绝缘轨道电路的技术特点和优势;防护拍频干扰;检查调谐单元断线故障;优化系统参数，提高轨道电路传输长度;减少了调谐区分路死区;根据固定轨道电路长度，通过允许最小道碴电阻方式对轨道电路进行调整，一方面提高了轨道电路系统工作的稳定性;另一方面满足了1Ω/km 标准道碴电阻和低道碴电阻传输长度要求;通过采用提高机械绝缘节轨道电路传输长度的方式，与电气绝缘节轨道电路实现等长传输;减小铜芯线径，采用国产信号数字电缆代替法国 ZC03 电缆，加大传输距离，减少备用芯组，提高轨道电路系统技术性能价格比;为了便于维护，降低工程造价，发送、接收设备通用四种载频频率，电码化器材种类减少，从而降低运转备用数量;为了便于防护和维修，采用长钢包铜引接线代替 70mm2 铜引接线;信号收发设备具有完美的检测功能，发送器同时能实现“N+1”冗余，接收器可以实现双机互为冗余;在传输长度、安全性、可靠性、抗干扰性方面 ZPW-2000A 与 UM71 对比。
（二）主要技术条件
1、环境要求。ZPW-2000A 无绝缘轨道电路系统安全运行时的环境特点如下：相对湿度不大于 95%（温度30℃时）。大气压力为 74.8kPa-106kPa（相对海拔高度2500m 以下）。室外温度为 -30℃-+70℃，室内温度为-5℃-+40℃。周围没有易腐或易爆的气体。
2、直流电源电压。电能消耗： 设备稳定运行过程中发送器负载为 400Ω、功出为 1 电平时，电流耗电为5.55A，接收器正常工作时耗电电流小于 500mA;在功出短路时发送器耗电电流小于 10.5A。直流电源电压范围：23.5V-24.5V。
3、轨道电路。分路残压小于 140mA（带内），分路灵敏度为0.15Ω。具备分离式断轨检查功能，有关轨道继电器可靠失磁、检测轨道电路全程（含主轨与小轨）断轨。传输长度符合相关规定。主轨道无分区死路;调谐区分路死区不大于 5m。
4、系统冗余方式。接收器采用成对双机并联运用，发送器采用“N+1”冗余，实行故障检测转换。
二、ZPW-200OA轨道电路维修
区间轨道电路发生红光带时，首先要分清是主轨道部分还是小轨道部分故障，是室内故障还是室外故障。
用CD96系列移频表测试衰耗器“轨出1”测试塞孔，电压不低于240mV时，说明主轨道正常，属小轨道故障;若测得电压低于240mV时，说明主轨道有问题。进一步测试衰耗器“XGJ”测试孔电压，当测得直流电压正常（不低于23V）时，为主轨道故障，不正常为小轨道故障。
主轨道信号可在区间综合柜发送端电缆模拟网格盘上“电缆侧”测试孔测试，测得电压低或者无电压，则是室内发送设备故障。当测得发送电压正常时，测试接收端“电缆侧”测试孔电压，如果电压正常，则是室内接收部分故障;电压不正常。则是室外设备故障。
室内设备不良以电缆模拟网络防雷元件劣化产生短路居多，室外设备故障一般以补偿电容性能下降、钢包铜等阻引接线接触电阻大等较为常见。
（一）发送设备故障时，检查发送器工作的五个必备条件是否满足：
1、发送电源电压为24V，且极性正确。电压低于23V时查找原因;
2、有且只有一路低频编码条件;
3、有且只有一路载频条件;
4、有且只有一个“-1”或“-2”选择;
5、功出负载不能短路。
检查发送器工作正常时，测试发送功出电压，若电压不正常为发送器故障;正常时，再测试发送端电缆模拟网络盘空载电压，电压正常为模拟网络盘故障，不正常是发送器至模拟网络间连线故障。
（二）接收设备故障。
因为接收器是双机并用工作，主机故障时，改为并机接收。所以接收器故障导致的设备故障的可能性很小。当接收发备故障时，测试模拟网络盘空载电压，不正常为模拟网络盘故障;正常时，在衰耗器背面端子（Cl、C2）上测试输入电压，正常为衰耗器故障，不正常为衰耗器至模拟网络间连线不良。
（三）小轨道故障时，首先测试运行方向下一区段衰耗器上“轨出2”测试塞孔电压，若电压正常，再测试“XG”测试塞孔直流24V电压是否正常，若正常为本区段“XGJ”至下一区段“XG”间连线断线，若测得下区段“XG”电压无输出，则是下一区段衰耗器故障。如果测得“轨出2”电压较低时，且在“轨入”塞孔测试小轨道移频电压低于42mV，可能是室外补偿电容不良;若“轨入”塞孔测试小轨道移频电压大于42mv，则断定为下一区段衰耗器故障（小轨道调整不当）。
（四）列车运行正方向时3JG、反方向运行时lLQG没有下一区段，它们的XGJ检查条件是，直接向相应接收器供+24V电源。出现3JG轨道电路故障时，只检查主轨信号和24V电源是否正常。
（五）主发送器故障时，不能倒向N+l发送导致轨道电路故障。可能原因是主发送的报警继电器落下条件接入N+1发送的选择条件故障。逐一检查发送功出选择、载频选择、低频选择是否正确。
参考文献：
[1]彭天育 ZPW-2000A无绝缘轨道电路验收调试故障的探讨[期刊论文]-铁路通信信号工程技术 2014（2）
关键词：DC-DC变换器，自抗扰控制，Buck变换器
0. 引言
DC-DC变换器有两种类型，为开关变换器和线性变换器。多年来，PWM型DC-DC开关变换器因具有灵活的负极性和多种拓扑结构升降压方式的特点以及工作效率高，操作简单，所以在工业控制上受到了人们的青睐和广泛的应用。但是开关变换器是一个强非线性动态系统，无论是基于线性反馈控制或是现有的PID等常规控制方法都无法对DC-DC开关变换器取得满意的效果。随着非线性控制理论和数字控制技术的不断发展和日趋完善，将非线性控制理论引入到DC-DC开关变换器的控制策略中，对提高变换器的鲁棒性，更快的动态响应以及对输入和输出电源和负载扰动的良好抑制能力有着理论和实际的意义。多年来电力电子学界的国内外专家学者一直在研究控制开关变换器的非线性控制策略，并取得了一定的成果[1]，其中由北京前沿科学研究所韩京清研究员首次提出的一种非线性鲁棒控制技术[2],也就是自抗扰技术，具有算法简单、系统响应快、适应范围广等特点，已引起国内外控制工程界专家学者的广泛关注和高度好评。国内很多高校和研究所正在大力研究它在军工和民用等诸多领域的应用。
本文介绍了自抗扰控制技术在PWM型DC-DC开关变换器中的应用。这种控制方法可以消除由于大信号或是小信号的输入电压和负载扰动而引起的输出电压的变化。最后以其中的Buck变换器的电路为例，并对电路进行了建模、仿真和实验。结果表明，该自抗扰策略具有很强的鲁棒性、动态响应快等优点。
1.自抗扰控制器
经典PID控制器是用参考输入和被控量的误差及其微分﹑积分的线性组合来产生控制信号的，然而在实际运用中，参考输入经常不可微，甚至不连续，而输出信号的测量又经常被噪声污染，因此误差信号按经典意义经常在不可微或其微分信号被噪音的导数淹没。在实际电路中，一般采用差分或是超前网络近似实现微分信号，该方法对噪音有很强大的放大作用，使微分信号失真而不能用，而“线性组合”常引起快速性和超调量之间的矛盾。自抗扰控制通过引入积分串联型跟踪微分器来提取合理的微分信号，并使用合适的非线性组合，以改进经典PID控制，提高自身的适应性和鲁棒性。自抗扰控制主要针对如下一类对象： y(n) = f (y , ,?, y (n- 1) , t) ，其中f为未知模型摄动及扰动的作用量。自抗扰控制器由跟踪—微分器（TD），扩张状态观测器（ESO），非线性状态误差的反馈控制率（NLSEF）构成，整个控制器仅需要系统的输入量和输出量作为信息来源。自抗扰控制器的实质是由扩张状态观测器产生不确定模型f对输出作用的补偿量，以使对象的不确定性在反馈中加以抵消，从而达到重新构造对象的目的，所以说扩张状态观测器是整个自抗扰控制的关键。以二阶受控对象为例 ,自抗扰控制器的结构如图1所示。非线性跟踪-微分器的参考输入产生2个输出和,其中为参考输入的跟踪信号,是根据对象能力与控制需要安排的光滑过渡过程 ,而跟踪的微分。科技论文。实际上是的“广义微分”，是一种“品质”很好的微分。TD除了跟踪参考输入信号，安排预期过程外，其主要作用还在于柔化的变化以减少控制过程中的超调量。扩张状态观测器由系统输出产生3个信号:、、,其中为的跟踪信号,为的微分信号,为对系统模型和外扰动的估计。科技论文。非线性组合器由偏差和微分偏差产生基本非线性控制量, 然后用补偿总扰动而产生最终控制量。
2. Buck开关变换器的建模
PWM型DC-DC开关变换器是一非线性和不连续的系统，这使得对它建模成为一个十分困难的问题。从目前的研究情况来看，借助现代控制论的系统建模方法，对电力电子拓扑网络建模是一条有效途径。从微分几何的角度来考虑这个问题，本文以Buck开关变换器为研究对象，其电路拓扑如图2所示。
图 2 Buck电路拓扑结构
为简单起见，假定开关是理想的和同时认为状态转换是瞬间完成，本文仅研究电感电流连续工作的状态(CCM)下运行的buck变换器，即输出电感T的电流在整个开关管S关断周期中都存在。从以上的图中的拓扑电路中，可以分别写出Buck变换器导通和关断2个阶段的状态方程。在1个开关周期内利用状态空间平均法对Buck电路建模可以得到1个关于输出电压和开关频率的非线性状态方程。PWM控制中的占空比与自抗扰控制中的控制量是等价的。描述DC-DC开关变换器的微分方程一般可设为：
S导通时的状态方程为：
+ (1)
S关断时的状态方程为：
+ (2)
对式(1)和式(2)用时间平均得到Buck变换器的状态平均方程如下：
+ (3)
在式(3)中,代表输出电压,D代表占空比;代表电感电流;代表输入电压。科技论文。当然在实际的系统中，对Buck变换器建模时，还应该考虑器件的寄生元件，包括电感电阻和电容电阻等。在式(3)中并没有这些寄生参数，如电容寄生电阻和电感寄生电阻等，可以把他们看成是系统的内扰，同时将电源和电压的波动看成是系统的外扰。自抗扰控制的优势就是不用考虑内外扰的影响，利用由扩张状态观测器产生不确定模型f对输出作用的补偿量，以使对象的不确定性在反馈中加以抵消，从而达到重新构造对象的目的。
3.自抗扰控制器数字仿真
为了验证自抗扰控制器的可行性，采用MATLAB中的Simulink对上述的控制方法进行仿真。电路仿真的参数设定为:L=270mH;C=10uF;额定负载R=5;额定输入电压为8V;参考输出电压为4V，其仿真结果表明，自抗扰控制策略对电源输入和负载电流干扰具有很强的抑制能力，动态响应快；虽然输入电压和负载变化时的输出电压有波动，但是很微小，并且能在极短的时间内恢复。
4. 结论
本文应用自抗扰控制器,实现了PWM型DC-DC开关变换器对输入电压和负载变化具有良好的抑制能力，即输出电压只同给定参考输出有关。具有较强的鲁棒性，而且可以克服高频抖振现象，总谐波失真小，是一种可行的适应性好的非线性控制方案。
参考文献
[1] 林维明，黄是鹏.PWMDC-DC开关变换器非线性闭环控制策略的研究[J].中国电机工程学报，2001，（3）:19-22.
[2] 韩京清.自抗扰控制器及其应用[J].控制与决策，1998；13(1):19-23.
关键词：西门子变频器，保养维护，电容充电
1.外观检查
对长期存放的变频器，检查时要注意变频器的外观是否有变化，如:外观有无变形，有无磕碰痕迹;有无液体渗出和物件脱落;有无动物、昆虫、浮游物等人驻，以及其他异常的变化。论文参考网。
2.检查风机的灵活性
用细的木棍或其他较软的物体拨动风叶，手感应该流畅，风机转动应灵活，不能有卡涩的现象，观察风机是否有液体渗出或油的痕迹。
3.电气性能检查
长期存放的变频器，由于环境的影响和变频器器件的使用期限，必须定期对变频器进行电气性能的检查及保养。具体方法如下:
使用万用表检测整流部分的整流桥特性，使用万用表的欧姆挡X100，红表笔接变频器的“P”端，用黑表笔分别接输人“R”“S”“T”，表针摆动应在2/3处，超过2/3或低于l/2均视异常，将黑红表笔交换重新测量，表针不能摆动，如出现摆动则为异常。使用万用表的欧姆挡X100，红表笔接变频器的“N”端，用黑表笔分别接输入“R”“S”“T”，表针摆动应在2/3处，超过2/3或低于1/2均视异常，将黑红表笔交换重新测量，表针不能摆动，否则为异常。论文参考网。
用同样的方法检查逆变部分，将“R”“S”“T”换为“U”“V”“W”，因为逆变的IGBT的源极和漏极之间在关闭状态下同样有整流桥特性。
绝缘测试。对于输人输出端和地(外壳)进行高压绝缘检测，使用500v摇表的黑表端接变频器的接地标识。红端分别接“R”“S”“T”“U”“V”“W”，均速摇动摇表，测量绝缘电阻应在SM以上。
电容器的检测。主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容、滤波电容、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元器件组成。论文参考网。其中对变频器寿命最有影响的是平滑铝电解电容器，它的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定。在主回路设计时已经根据电源电压选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。
电解电容器相对温度的劣化特性直接影响到变频器的寿命。
一般每上升10℃变频器的寿命减半，这是因为电解电容器内部的化学反应随着温度的升高导致劣化速度加快。劣化速度与材料温度的关系遵循阿列里乌斯理论(电解液理论)。电解电容器的内部温度实际上是电容器周围环境温度与脉动电流造成的温度之和。因此，我们应该在安装时考虑适合的环境温度，在电容器劣化过程中，会出现静电容量减小，漏电流增大，等价电阻值增大，tgδ值增大等现象。维护保养时通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于初期值的80%，绝缘阻抗在5MΩ以下时应考虑更换电解电容器。对于储存不超过5年的电容器我们应该定期充电以进行维护，每隔半年到一年充电一次，方法具体如下:
首先准备功率不小于5KW的三相调压器将调压器的输人端接人有短路过流保护的三相电源，三相电源每相必须有10A的交流电流表作为指示。将输出端通过快熔接入变频器的“R”“S”“T”。将变频器调至10伏以下，送电，观察电流表是否异常，如无异常，将电压缓缓调到30伏，观察5分钟，如无异常，每十分钟将电压升高20伏，加压过程中，随时观察电流的变化，当电压超过200伏时，振风机等开始工作。这时可将电压缓缓升到350伏，观察有无电流波动，维持1小时后，将电压升到额定电压，再维持2小时，继续观察电流。无异常即可。上电过程中，如果遇见变频器的面板显示有故障代码，先查明原因，是否与低压有关，否则应引起重视。电源断开后应等到充电灯完全熄灭方可拆除电源线，待机器完全冷却后装机。
除日常的检查外，推荐检查周期为半年。在众多的检查项目中，重点要检查的是主回路的平滑电容器、逻辑控制回路、电源回路、逆变驱动保护回路中的电解电容器、冷却系统中的风扇等。除主回路的电容器外，其他电容器的测定比较困难，因此主要以外观变化和运行时间为判断的基准。
参考文献
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关键词：双馈风力发电系统；三相短路故障下；响应与保护
Abstract: doubly-fed wind power generation system is used in the present world the most extensive wind turbine, the wind turbine generator using a slip-ring generator, the power grid is connected directly with the stator, the rotor is connected with the power system through the converter, and the doubly-fed wind power generator sets itself also has the underdamped, therefore, sensitivity to power grid is also strong, in the case of three-phase short-circuit faults, wind power generation system will suffer from serious destruction, not only affects the personal safety of operators, also affects the safe operation of the whole power system, at this stage, the protection measures in the three-phase short circuit fault the doubly-fed wind power generation system is mainly to set the protection resistance.
Key words: doubly-fed wind power generation system; three-phase short circuit fault; response and protection
[中图分类号] TM614[文献标识码]A[文章编号]
一、引言
在近些年来，风力发电在世界范围内均得到了十分迅速的发展，各种风电厂的单机容量以及建设规模也越来越大，这也在一定程度上增加了对并网型风电机组运行的要求，就现阶段来看，双馈风力发电系统是目前世界范围内应用程度最为广泛的风电机组，这种风电机组的发电机使用的是绕线式发电机，这种发电机与一般的发电机相比而言，有着一些不同，突出表现就是其电网直接与定子相连，转子则是通过变换器同电网相连，且双馈风力发电机组本身也具有欠阻尼性，因此，对电网的敏感性也较强，如果电网在运行过程中发生故障，那么很可能会导致发电机中转子的电流在短时间内增大，既而导致变频器以及双馈发电机出现过电压和过电流的情况，因此，为了防止这种情况的出现，就要设置好必要的保护装置，下面就对双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护进行深入的探讨。
二、双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应
电压跌落时双馈发电机表现的动态特性
在电网处于正常运转的形态时，双馈发电机组机端的电压的表示公式为：
在电网发生三相短路故障时，整个双馈风力发电机组电压有效值会出现逐渐减小的情况，随着时间的推移逐渐减小，在有效值减小的过程中，整个双馈风力发电机组的相角也会发生一定程度的变化，在锁相环设计完好的情况下，可以对其电压的变化进行全称跟踪，那么在这时，电压变化的矢量就可以用以下的公式来表示：
在上述的公式之中，是在电网发生故障之后发电机顶子电压的幅值，这个幅值可以在很大程度上反映出电网故障点距离双馈风力发电机组的距离以及电网故障的实际情况和严重程度，当时，即发电机定子出现短路时，对电网造成的危害最大。此外，在双馈发电机内部，电压的跌落还会导致发电机内部出现一系列的变化，在这些变化之中，最重要的变化就是发电机定子磁链中发生的变化，因此，必须要掌握好发电机定子磁链中发生的变化与电压跌落的关系，具体的计算方式如下：
双馈发电机最大故障电流
据研究分析表明，直流母线电压以及转子电压，其震荡程度与双馈发电机电子电压跌落情况具有十分密切的关系，在整个双馈发电机定子电压为零，即三相短路故障的发生位置在定子侧的时候，对线路的危害最为严重。
三、双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的保护措施
根据以上的分析，可以得出双馈发电系统出现三相短路故障的具体变化过程，即电压的跌落直接导致定子电压出现突变，并引起定子磁链出现衰减情况，进而出现较为严重的震荡电流，这时，为了控制住这种严重的震荡电流，变换器就必须要输出较高的电压，如果变换器难以提供需要的高压，那么在电流的作用下，就会导致变换器出现损坏，为了避免这种情况的发生，在风电机组中大多设置了较大的转子保护电阻，尽管这种保护电阻可以在一定程度上抑制住转子的电流峰值，也可以吸收一部分转子的磁场储能，但是，如果旁路电阻逐渐增大，那么就会导致转子电压出现升高的情况，情况严重时就会导致变换器发生损坏，甚至导致发电机转子被击穿，因此，在保护电阻的设计中还要考虑到其他的问题，首先，保护电阻的设计不宜过小，要保证保护电阻可以限制转子短路电流对变换器和发电机的最大电流；其次，保护电阻的设计也不宜过大，电阻设计过大会导致转子侧出现高电压的情况，在三相短路故障的影响下，就会超过变换器以及发电机可以承受的最大电压，因此，保护电阻的设计一定要在规定的范围内。
四、结语
通过对以上三相短路故障对双馈风力发电系统的影响分析，推倒出了关于转子电压的具体计算公式，并得出在双馈发电机组的实际运行过程中，三相短路故障对其造成的危害，经过分析，在三相短路故障的情况下，风力发电系统会遭受到严重的破坏，不仅影响这操作人员的人身安全，也影响着整个电网系统的安全运行，就现阶段来看，对于双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的保护措施主要以设置保护电阻为主，在保护电阻的设计过程中，要保证保护电阻可以限制转子短路电流对变换器和发电机的最大电流，但是其设计也不宜过大，要根据双馈风力发电系统的实际情况将其控制在合理的范围内，保证双馈风力发电系统运行的安全性。
参考文献：
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论文关键词：电路定理，比喻，教学
0 引言
众所周知，电路定理是电路理论的重要组成部分，对定理内容的理解和应用是学习电路后续内容的关键。在教授某一定理时，通常的讲法是先介绍该定理的内容，然后加以证明，最后通过例题讲解如何应用该定理。但在教学实践中笔者发现，此种教法很难使学生真正理解定理的内容并做到熟练应用。为此，采用行之有效的教学方法帮助学生理解定理内容，是我们迫切要解决的问题。比喻教学法就是一种很好的教学方法。它是指教师教学中借用学生已感知的知识来映射新知识，使新知识更容易被理解的一种方法。本文以电路中比较常用的三个定理（叠加定理、戴维南定理及互易定理）为例，说明比喻在电路定理中的应用。
1 叠加定理
叠加定理的内容是：多个独立源作用的线性电路，任一支路（或线性元件）的电压或电流都是电路中各独立源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。可以说，该定理是电路定理中比较容易理解的定理，但为了让学生能更清晰、准确地抓住定理所表达的内容，可以采用比喻法。独立电源可以产生流动的电流，现实生活中的水龙头可以产生流动的水。所以在实践教学中，可以将独立源比作水龙头，而将某一条支路（或线性元件）比作某一个水槽，那么独立源在某一支路所产生的响应（电压或电流）就可以看作打开水龙头向某一水槽所注的水。图1所示电路为电压源和电流源共同作用时在电阻上产生电流。图2 所示为水龙头A和B同时打开向水槽C注水。则定理内容可通过比喻表述成：水槽中多个水龙头一起打开所注的水，等于各水龙头单独打开时在水槽中所注入的水的和。如果在介绍叠加定理之前用上这样的比喻教学，那么定理的内容也就呼之欲出了。这种比喻生动、有趣，又贴近生活，学生们易于接受而且印象深刻。
图1 图2
2 戴维南定理
戴维南定理---又叫做等效电压源定理。其定理内容为：任何一个线性含源二端网络就其外部性能来说，可以用一个电压源等值代替，电压源的电压等于原含源二端网络的开路电压，电压源的内阻等于原含源二端网络变为无源二端网络的入端电阻。戴维宁定理实质上是一种分析方法，是通过等效变换演化出的一种表现形式，它是求解复杂直流电路的一种重要方法。相对支路电流法而言，戴维宁定理的应用范围狭窄，原理的理解也较为困难，不少学生学起来感觉枯燥难懂,甚至将戴维宁定理诙谐地称为“太为难定理”。究其原因，主要还是对“等效”这个概念没有真正理解论文格式。因此，教学中最重要的是要学生掌握把一个有源二端网络等效为一个电源的思想。笔者在讲授“等效”这个概念时运用了比喻教学法，收到了很好的教学效果。戴维南定理的图示说明如图3所示。这里可将线性有源二端网络比作白猫，电压源比作黑猫，而将待求支路的电阻比作老鼠。对于老鼠来说，无论白猫还是黑猫都会对它构成威胁，所以白猫和黑猫对于老鼠来说是等效的。但是，白猫和黑猫的习性以及扑鼠方式肯定是不一样的，也就是说，白猫是白猫，黑猫是黑猫，它们相互之间是不能等同的。而对于待求支路来说，线性含源二端网络和电压源的作用是相同的，它们都可以为待求支路的电阻提供相同的电压和电流。但两者之间却不能等同，一个是结构比较复杂的网络，一个是结构简单的电压源。通过这样的比喻，学生也就自然明白了，用电压源（黑猫）替代原来的二端网络（白猫）后，负载电阻两端的电压和流过的电流均不变，即“等效”指的是对外电路（老鼠）等效。
图3 戴维南定理图示
3 互易定理
互易定理的基本意义是，对任一仅有唯一独立源，且仅由线性电阻构成的网络，独立源所在端口与响应所在端口可以彼此互换位置，而互换位置前后，激励和响应的关系不变。互易定理有三种形式，如图4所示。该定理的形式较多，且当激励为电压源（或是电流源）时，响应有时是短路电流，而有时是开路电压，学生很难记忆，且容易记混淆。同样教学，运用比喻法可以解决这个问题。这里将电压源比作父亲，电流源比作母亲，而将短路电流比作儿子，开路电压比作女儿，这样作比后就很容易找到三种形式的规律。首先，可以把独立源所在端口与响应所在端口的关系看作是父母与子女的关系。那么，互换前两端口若是父子关系（或母女关系），则互换后两端口仍然是父子关系（或母女关系）；若互换前两端口是父女关系（或是母子关系），则互换后两端口则是母子关系（或是父女关系）。通过这样的比喻，学生就容易抓住规律并理清互易前后激励与响应的关系了。
(a) 互易定理的第一种形式
(b) 互易定理的第二种形式(c) 互易定理的第三种形式
图4互易定理的三种形式
4 结束语
作为教师应有能力将深奥的理论讲得通俗易懂，用现实中易理解的事物使抽象的知识形象化。教学中适当运用比喻，不但能够激发学生的学习兴趣、活跃课堂气氛，还能使学生对电路定理的理解比较直观形象，进而增强学生的记忆。但这种比喻教学法要求教师有很高的专业功底，因为学生更容易记住教师的比喻，如果比喻得不确切,非但起不到好的作用,反而会弄巧成拙,使学生更加迷惑不解。因此，需要我们多观察、多体会,根据教材内容尽可能多地发掘比喻、应用比喻。此外，还可以集思广益，让学生自己运用比喻形容某一事物，通过联想和想象启迪学生的思维，开拓学生的思路，在类比和推理中理解和掌握知识。
参考文献：
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论文关键词：对比，实验
电子线路是一门建立在实验基础上的学科。在电子线路的教学过程中不论是基本概念的建立，重点的突出，难点的突破，还是疑点的消除都可以通过演示实验来完成，为了充分发挥演示实验的作用，我们根据不同的教学目的，设计了各种类型的对比性实验，引导学生通过比较来理解要阐述的问题。
一 导入新课的对比实验
教师由对比实验导入新课，不仅能激发学生强烈的求知欲，而且有利于向学生显示新课题的目的性。例如，我们在讲'晶体二极管'这一新课题时，先演示两个引导性的对比实验。实验一：在音乐片中正向串接一只晶体二极管，接通电路，学生会听到一段优美的音乐；实验二：将此二极管反向接在电路中，结果无音乐声发出，学生对此不无感到新奇，接着教师向学生提出问题：为什么出现不同的现象？学生的注意力会迅速集中到研究的对象-晶体二极管上。此时教师因势利导，告诉学生：接入电路的是一只晶体二极管，这就是我们本节课要研究的对象。
二 形成概念的对比性实验
对于学生难以理解的抽象概念，采用对比性实验的好处在于：化抽象为具体，变教条为活用；通过边实验，边分析的教学方法进行对比和分析概括出事物的本质特征，进而形成概念，完成认识上的第一次飞跃。如在”滤波“这一概念的教学中设计如下对比实验：首先在半波整流的输出端接示波器，接通电源后让学生观察半波整流输出电压波形，这时学生可以清楚地看到脉动的直流电压波形。然后在电路的输出端并接滤波器，接通电源，再让学生观察输出波形，可以看出波形发生了变化，由此教师引导学生分析两个波形不一样的原因，从而得出结论。通过上面的对比试验使”滤波”的概念建立在感性认识的基础上，学生更容易理解。
三 导出规律的对比试验
教材中有些内容容易造成学生片面的认识，为此我们设计了针对性较强的对比试验，采用实验观察与理论分析相结合的教学方法，认真处理实验观察与思维加工的关系，使教学内容变得形象、具体，学生易于接受核心期刊目录。如在RC积分的微分电路中，我们设计了几组实验，采用边实验，边分析，边对比的做法引导学生通过对实验现象的观察物理论文，分析比较，推导出正确的结论。电容C在接入电路前要进行放电处理。实验一：示波器接在R两端，将开关打在A点，开关闭合的瞬间，发现示波器上显示的波形突然跃升到一个新的位置后稳定，说明R两端的电压发生突变。实验二：将示波器接在C两端，示波器上显示的波形逐渐缓慢上升，然后停在一个稳定位置，说明电容器两端的电压不能突变，实验三：示波器接在C两端将开关打在B点，开关闭合的瞬间，示波器上显示的波形是逐渐缓慢下降 最后接近为零，同样说明电容器两端的电压不能突变。学生通过观察分析得出如下结论：在RC电路中，电阻两端的电压能突变，而电容器两端的电压不能突变。
实验原理如图1-1
图1-1
四 消除疑点的对比试验
三极管共发射极放大电路中，学生对“单相共发射极放大电路具有反向作用”这一特性不理解，疑点较多。为此，我们设计以下演示实验：用双踪示波器分别接在共发射极放大电路的输入端和输出端，从示波器上可以一目了然的看出V0与Vi的相位关系，这样在实验提供的感性认识的基础上，再通过理论分析学生就可消除认识上的疑点，对“单相共发射极放大电路具有反向作用”这一理论的理解就更具体，深刻了。
五 排除混淆的对比试验
学生在学习晶体管开关特性时，虽然知道三极管截止和饱和可以相当于开关的断开和接通，但在实际做题时容易混淆。为此，可以演示以下实验，如图1-2所示，把开关合在A点，灯不亮，把开关合在B点，灯亮，由此引导学生分析三极管是相同的，区别是输入电压不同，再经过理论计算，弄清楚该现象出现的原因。学生通过对比试验的观察与分析，明白了两种电路既有区别又可以依据一定的条件相互转化，从而达到感性认识和理性认识的统一。
图1-2
总之，对比性实验在电子线路教学过程中应大量推广和应用，使枯燥无味的理论分析变得更具体，形象，这样不仅能激发学生强烈的求知欲望，提高学生的动手能力而且能培养他们团结协作的精神。
参考文献
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【关键词】Atmega128；充电控制；PWM；BUCK
近年来，石油资源日渐枯竭，且石油能源的开发利用对生态环境造成了严重的破坏，因此可持续发展、绿色能源的利用日渐成为人类急需解决的问题。太阳能作为一种绿色可再生能源，开始得到了广泛的利用[1]。当今，各国纯电动汽车的研究开发不断升温，我国多个汽车厂商开发了具有商业化的纯电动汽车。近年来，各科研院所对太阳能汽车技术进行了深入了的研究[2]，本论文以太阳能智能小车为应用领域，设计了一套基于智能小车的太阳能充电控制系统。
1.太阳能智能小车控制系统框图
智能小车由于采用太阳能实现供电，因此能实现全天候工作。智能小车通过其驱动系统，能随时调整方位，采用最大功率跟踪（MPPT）技术提高太阳能发电效率。由于太阳能电池的输出电压随时间而变化，因此不能直接给智能小车供电，也不能直接储存到蓄电池中，因此，太阳能充电控制器在太阳能充电系统中起着重要的作用。
Atmega128单片机采用通过控制算法，通过实施检测充电电压、电流，调整PWM波形，控制MOSFET的通断，改变BUCK电路来调整输出电压。为了保证输出电压的稳定，系统对输出电压、电流进行采样，通过A/D转换送入单片机，与参考值进行比较，调整PWM的反馈值。其控制系统的框图如图1所示：
图1 智能太阳能充电系统结构图
系统采用两段式充电模式，为了保证充电电池不过充，单片机设定了阈值充电电压，当充电电池两端电压未达到阈值电压时候，太阳能采用恒流充电方式充电；当充电电池两端电压达到设定的阈值电压时，采用恒压模式充电，当充电电视的电压达到设定的浮冲电压时候，充电自动停止。
2.系统硬件设计
2.1 BUCK DC/DC降压型电路
由于太阳能电池的输出电压受多种因素的影响，因此系统中引入了基于AVR单片机的PWM控制方案的DC/DC转换器，来实现光伏-充电电池的能量控制系统，通过改变PWM的占空比，来改变电路的电流电压。智能小车采用的光伏组件为12V/15W规格，镍氢充电电池采用8.4V规格，因此选用Buck降压式DC/DC转换电路。具体电路如图2所示：
图2 BUCK电路
其中，MOSFET管采用IRF540 N沟道的MOS管，其内阻小于77，续流二极管采用肖特基二极管IN5822，此快恢复二极管的反向恢复时间短，反向恢复电荷少，并具有软恢复特性。电感L采用环形磁芯来绕制，计算结果电感值为75μH，取80μH，输出电容取25v1200μF。
2.2 MOSFET驱动电路的设计
MOSFET驱动需要5～10V的电压，Atmega128的输出电压为5V，不能饱和导通MOSFET管，因此采用IR2101半桥驱动芯片，VCC电压由充电电池提供。IR2101是专门用来驱动耐高压高频率的N沟道MOSFET和IGBT，它是一个8管脚的芯片，门极提供的电压范围是10～20V。Atmega128单片机产生的PWM波，经过IR2101芯片，在芯片的5管脚输出的开关信号接到MOSFET的门极G端，控制BUCK电路。驱动电路如图3所示：
图3 IR2101驱动电路
2.3 采样电路
控制器中主要有四路采样信号：充电组件的输出电压、电流，蓄电池电压、电流。其中电压采样信号通过高阻值的精密电阻分压得到，电流采样电路利用霍尔电流传感器ACS712将电流信号转换为电压信号。ACS712是Allegro公司新推出的一种线性电流传感器，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，其测量精度符合本系统的要求，具有低噪声，响应时间快。
系统选用的Atmeag128单片机，内部集成了高速10位A/D转换器，采集的4路信号输入到单片机的AD转换引脚，通过转换，获取电压值，并计算出相应的电流值，防止蓄电池的过放或者过充。
3.系统的软件设计
ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATme-ga128的数据吞吐率高达1MIPS/MHz。包括6路分辨率可编程（1到16位）的PWM，8路10位ADC。
系统上电后，调入初始参数，设定系统的工作状态。智能小车的通过光敏电阻来检测太阳的方位角，并控制电机调整太阳能电板的方位，实现最高效的太阳能利用。同时，通过对太阳能电板的电压、电流以及蓄电池的电压、电流的实时监测和分析，来决定太阳能极板是否对蓄电池进行充电。其软件程序的流程如下：
图4 充电模块流程图
4.调试
在良好光照的情况下，实验太阳能板测试数据如下所示，充电效率提高30～35%。具体数据如表1所示：
5.结论
本文以Atmega128作为主控芯片，通过PWM信号控制BUCK的MOS管的通断实现充电电压、电流的实时监测和控制，实现了双阶段的充电方式，系统转换效率高，同时能有效的保护充电电池，提高了充电效率和充电电池的使用寿命。
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论文摘要:多媒体技术与课堂教学的结合，显示出强大的活力，多媒体课堂教学已经成为教师教学能力的衡量标准之一。MATLAB强大功能和简单易用性，正切合了多媒体课堂教学的需求。本文以电学教学为例简单介绍MATLAB在物理教学中的实际应用。
1、引言
随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助教学特别是多媒体教学越来越受到人们的重视。将计算机提供的视听感受和传统教学方法相结合，丰富现代课堂教学。计算机辅助教学是指把计算机作为一种新型教学媒体，将计算机技术运用于课堂教学、实验课教学、学生个别化教学(人机对话式)等各个环节，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图像等多媒体信息，以提高教学质量和教学效率的新型教学模式。
MATLAB是一种与数学密切相关的算法语言，具有强大的数值计算和可视化功能。简单易用和良好的人机交互使之成为热门应用软件之一。信息科技的发展对教育教学的影响深远，利用计算机手段提高教学效率，能够使得学生避免复杂的计算问题，而将问题的分析引向更深的层次。虽然MATLAB并不是一款专门的教学软件，但是其强大的数值计算和图形显示功能将使得物理教学中的抽象概念直观易懂，有利于学生的理解和认知。
2、MATLAB在电学教学中的应用
MATLAB是一个庞大的程序，拥有难以置信的各种丰富的函数，基本的MATLAB语言已经包含超过1000多个函数，而它的工具包带有更多的函数。虽然MATLAB函数指令众多，但是对于中学物理教学而言，只需要掌握其中很小一部分就可。本文将以高中电学教学中的典型案例进行演示，从中揭示MATLAB在物理教学特别是电学部分的教学应用。以数据处理及2D绘图在欧姆定律教学中的应用为例:
欧姆定律是高中电磁学的重点内容之一，通过演示实验揭示导体中的电流与导体两端电压的关系来导出欧姆定律。演示实验一般采取如图(1)所示电路，连接着一段导线AB，导线两端的电压由电压表读出，导线中通过的电流表读出。改变滑片P的位置，可以改变导线两端的电压，从而测出一组数据，如表(1)所示:
由MATLAB处理获得电压电流数据，绘制相应曲线。由于实验获得的数据存在一定的误差，因此需要对表(1)数据作相应的拟合处理，其MATLAB命令为(%为MATLAB注释符号):
U=[0.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0];%测量电压数组
I=[0.0，0.2，0.4，0.6，0.7，0.98];%测量电流数组
[p，5]=polyfit(I，U，1); %1维曲线拟合
plot(I ， U ， ’o’ ， I ， polyval(p ， I) ， ’r-’)%绘制二维图形
图形显示如图(2)。通过演示实验数据绘制的图形得到的导线AB中的电流跟它两端的电压成正比，且对AB这跟导线来说，比值U/I是个定值(拟合的曲线为一直线)。为了更好的说明揭示规律，用一段更细的导线CD代替AB重新测定数据，得表(2)。
关键词：有源电力滤波器 直流电容参数 能量流动 瞬时无功理论
1 概述
电力电子技术的应用改善了电力系统的性能，但是也带来了电网中谐波的污染问题。随着人们对电力环境优化要求的提高，对谐波进行治理的技术也成为人们研究的热点。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
有源电力滤波器是治理谐波的最优产品。参考文献[1]中提出了有源电力滤波的瞬时无功理论，参考文献[2]分析了有源电力滤波器在非理想条件下电流滞环控制，参考文献[3]研究了新型注入式混合有源滤波器的数学模型及电流控制方法，文献[4]分析了并联有源滤波器的最优电压滞环电流控制和有源滤波器滞环电流控制的矢量方法，对不同电流跟踪方式APF连接电感选取与设计进行了研究。并且对有源电力滤波器中连接电感的特性分析及优化进行了分析。但对有源电力滤波器直流侧电容的参数如何确定涉及的文献较少。本文根据瞬时无功理论分析了用于不同补偿目的时有源滤波变流器交直流侧能量的流动关系，给出了变流器的有功损耗和瞬时有功功率交流分量是引起电压波动的原因，以三相不可控负载为例给出了电容值选取的具体计算方法。
2 APF工作原理及能量流动分析
有源电力滤波器（APF）的组成分为两部分。第一部分电路系统是指令运算，第二部分电路系统是补偿电流。系统的主要电路包含PWM变流器，缓冲电路，直流侧电容电路，交流侧电感几部分组合而成。控制系统组成分为三部分。第一部分为指令运算，第二部分为电流跟踪，第三部分为驱动电路。APF的主电路是通过6组开关器件来进行控制的，通过这些开关器件的通断组合来决定主电路的工作状态。
如果忽略各部分的损耗其交流侧的瞬时有功功率将全部传递到直流侧。即交直流侧的能量交换主要取决于瞬时有功功率P，从而引起直流电压波动。假设电源提供的瞬时有功和瞬时无功功率为pS和qS，滤波器提供的瞬时有功和瞬时无功功率为pA和qA，负载的瞬时有功和瞬时无功功率为pL和qL。当只补谐波时负载所需的瞬时有功和无功率的交流分量由滤波器提供。此时电源只需提供负载所需的瞬时有功和无功率的直流流分量，即对应电流的基波分量。有源滤波器提供负载所需的瞬时有功和无功率的交流分量。由于瞬时无功只在交流侧三相之间进行，在APF交直流侧进行交换的能量只有瞬时有功交流的分量，其平均值为零。当只补无功时负载所需的瞬时无功率分量由滤波器提供，有功分量由电源提供。此时APF交直流侧没有能量交换。当同时补偿谐波和无功时，负载所需的瞬时无功功率由滤波器提供，负载所需的瞬时有功功率交流分量由滤波器提供，瞬时有功功率直流分量又电源提供。在APF交直流侧进行交换的能量只有瞬时有功交流的分量。
3 补偿电容值的计算
电容电压的波动主要是由能量交换引起。在忽略变流器等损耗的情况下，在只补无功时交直流侧能量交换为零，电容值提供直流电压，容值可为零；对于其他两种情况，有源电力滤波交直流侧能量交换为负载的瞬时有功的交流分量。虽然其平均值为零，但是其将会引起直流侧电压的波动。
假设电源电压无畸变，电源电压三相电压，且负载电流为三相电流，由瞬时无功理论可求得负载的瞬时有功功率和瞬时无功率。电容的C值由关系式∫%pdt=0.5×C×(Udc+Udc)2-0.5×C×Udc2确定。
4 仿真与实验结果分析
利用Matlab/ Simulin进行仿真。直流电容电压的仿真图如图所示，仿真模型负载选用相电压220V三相不可控负载。采用ip-iq法产生指令电流，利用三角波比较法使输出电流跟踪指令电流，直流侧电容电压的稳定采用PI调节，KP=8，Ki=0.01。时间每格为10ms。通过具体的实验测量，得到的电源电流的THD值也从25%下降到4.8%。实测直流电容电压波形中，电压每格20V（采用10:1霍尔），时间每格为4ms。从直流电容电压波形图分析中可以看到周期性的波动，其上下波动的变化范围在±5V,如果直流电容电压是900V的话，测量的纹波为0.55%。由以上的测量结果可以看出本系统对直流环节具有较好的控制效果，其直流波动指标可以满足要求。
5 结论
对于有源电力滤波而言，要想取得良好的补偿效果，除了需要先进的算法和控制策略外，其电容参数的选取同样重要。本文根据有源电力滤波的原理与数学模型分析了直流电容电压和电网电压的关系，得出了直流电容电压的确定原则；根据瞬时无功理论分析了只补谐波或者只补无功和两者同时补偿时有源滤波交直流侧能量的流动关系，给出了变流器的有功损耗和瞬时有功功率交流分量是引起电压波动的主要原因；以三相不可控负载为例给出了电容值选取的计算方法；最后通过仿真和实验利对直流电容参数的确定进行了验证，电容的波动小于5V，补偿后电流的THD值小于5%，取得了理想的效果。
参考文献:
[1]王兆安，杨君等.谐波抑制和无功功率补偿「M].北京:机械械工业出版，1998.
[2]徐君，徐德洪.并联有源滤波器非理想条件电流滞环控制分析[J]，电力电子技术，2007，41（1）：60~63.
关键词：计算机网络 雷电 防护
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0161-01
1、雷电损害网络的具体途径
雷电对于计算机网络的侵害主要有两种方式：一是直击雷的侵害，再是感应雷的侵害。直击雷具体是只雷电直接击中了建筑或是设备的连接线路，并且通过网络设备入地的雷击过电流。而感应雷通常是产生于电磁感应，经过电力线路和信号馈线继而侵入计算机网络系统。雷电的入侵途径主要是以下三种：第一，直击雷通过建筑的接闪器流入地底，继而泄放出雷电流并产生数万伏的地网地电位，然后经过设备的接地线而侵入网络设备，最终导致地电位反击；第二，雷电的电流通过建筑物的避雷针被引入地底的时候会在引下线周围产生强大的磁场，从而导致引下线附近的金属线通过感应继而产生电压，再在网络系统的电力或者信号线的影响下进攻网络；第三，建筑物内的电源或者通信线等设备，由于建筑外受到直接雷或者感应雷的影响而加载的电流或电压窜入线路，继而导致网络设备受到侵害。
综上所述，我们不难发现雷电主要是通过供电电源线路、接地系统或者是通信线路等载体而侵害网络，所以计算机网络系统的雷电防护应该从上述三个方面来进行。另外，由于计算机网络是摆放在室内的，建筑物本身具有避雷设施，继而减小了直击雷对计算机网络的影响，更应该引起关注的是感应雷。
2、计算机网络的雷电防护措施
2.1 信号系统方面的雷电防护
现代化的建筑物，其信息网络通常是相互连通的一种开放式网络。各个建筑物之间，或者是建筑物与外部网络之间都应该有物理介质对之进行连接，可供连接的介质主要有电话线、光纤以及5类屏蔽双绞线等。这一系列介质除了光纤之外，其他都有可能会由于直击雷或是感应雷的入侵而损害两端连接的网络。为了降低由于通信电缆引入雷电进行侵害的可能性，一般情况下所采用的方法是在进行网络通信设备电缆接入之前需要对信号避雷器进行接入，即在链路中串入一个瞬态过电压保护器，从而保护电子设备，防止其受到雷电闪击或是其他干扰所产生的阻断过电压、传导电涌过电压以及雷电的侵害，继而促使雷电对计算机网络系统设备的损坏降到最低。因为信号避雷器是在通信线中进行串接的，因此信号避雷器不仅要与防雷性特征相符，还要充分考虑到信号传输带宽等网络性能指标的要求。所以，在选择相关产品的时候要同时结合防雷性能指标以及网络性能指标的要求。
2.2 电源系统方面的雷电防护
因为雷电会产生强大的过电流以及过电压，且无法一次性完成限压及泄流，因此电源系统需要务必要实行多级的雷电防护，最少要做到限压及泄流的前后的两级保护。根据我国当前的计算机信息系统防雷技术的相关规定，电源系统需要采用三级的雷电防护，换而言之就是要在建筑物的总配电装置高压端处，分别进行高通容量的防雷装置安装，此为第一级保护。在低压处侧进行阀门式防雷装置安装，此为第二级保护。在楼层配电箱处进行电源避雷箱安装，此为第三级保护。在重要的场合更应该采用多级的保护措施，例如在USP电源输出端应该安装防雷器，对于重要的设备电源输入端需要进一步安装电源终端防雷设备等。安装多级电源防雷设施将能够有利于雷电过电流的彻底泄放以及过电压的有效限制，从而有效防止雷电以电力线路为载体进而侵入计算机网络系统对其设备造成损害。
2.3 关于接地及防静电的要求
因为计算机网络系统的核心设备通常都是放在计算机的机房之内的，所以机房的环境需要引起重视，良好的接地系统才能确保机房计算机与网络设备安全运行，并为工作人员的人生安全提供保障。根据《电子计算机机房设计规范》中所提出的要求，计算机机房的接地工作应该采用以下四种接地方式：交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地及防雷接地。当此四种接地方式所采用的接地装置是同一组时，其接地电阻不可大于其中最小值。另外，静电防护也应该引起计算机机房安全工作的重视，当静电的电压达到2KV的时候，人们就会有触电的感觉，当静电电压积累到一定程度是也会引起设备的故障。
当今是信息技术的时代，计算机网络被广泛使用，其已经成为人们用于交流的一项重要工具，但是无论是多么先进的工具都会有一定的局限性，计算机网络在抗击雷电方面的能力较为薄弱，其所造成的网络安全问题应该引起一定的重视。
参考文献
[1]彭筱虹.对《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的若干建议[期刊论文].低压电器，2007（12）.
