《普通高等教育“十一五”國家級規劃教材·電氣工程、自動化專業規劃教材：電器智能化原理及應用（第3版）》是一本繫統介紹電器智能化原理及應用的教材，全書分為8章。第1章介紹智能電器和電器智能化的基本概念等內容；第2章說明智能電器一次設備的分類、功能和控制方法，分析了其智能控制的條件和原理；第3，4章主要介紹智能電器現場參量的類型、傳感原理、測量電路的件選擇，討論參量的數字化處理方法和相關算法，並分析測量誤差；第5章從硬件和軟件兩方面介紹智能電器監控器設計的基本原理；第6章說明智能電器電磁兼容性的基本概念和設計原理，給出了相關的測試標準；第7章介紹與電器智能化網絡有關的的基礎知識，分析電器智能化網絡的特點和設計方法；第8章給出多種智能電器設計實例，說明智能電器及電器智能化網絡的設計過程。

宋政湘，博士，西安交通大學電氣工程學院教授。“中國電工技術學會電器智能化及繫統專業委員會”副秘書。長；IEEE會員

第1章 緒論
1.1 電器智能化概述
1.1.1 智能電器與電器智能化的基本概念
1.1.2 智能電器的基本特征
1.1.3 智能電器的一般組成結構
1.1.4 電器智能化網絡的結構和特點
1.2 電器智能化技術的應用
1.2.1 電器智能化在電力繫統自動化中的應用
1.2.2 電器智能化在工業自動化中的應用
1.2.3 電器智能化在樓宇智能化管理中的應用
1.3 電器智能化技術的發展
1.3.1 智能電器監控器功能的完善與開發
1.3.2 監控器設計技術的現狀與發展
1.3.3件工作機理的變革
1.3.4 電器智能化網絡設計的現狀與發展
1.4 本課程學習內容
本章小結
習題與思考題1

第2章 智能電器的一次設備
2.1 智能電器一次設備的功能及分類
2.1.1 一次設備的基本功能
2.1.2 一次設備的分類
2.1.3 一次設備實現智能化的基本要求
2.2 斷路器及其智能控制
2.2.1 傳統斷路器操動機構的工作特點和控制要求
2.2.2 永磁操動機構的基本工作原理及其控制
2.2.3 斷路器的選相分/合閘操作
2.2.4 智能斷路器監控器的功能和要求
2.3 接觸器及其智能控制
2.3.1 接觸器的特點及應用
2.3.2 接觸器智能控制的目標及基本方法
2.4 其他一件
2.4.1 負荷開關
2.4.2 隔離開關
2.4.3 接地開關
2.5 成套開關設備
2.5.1 成套開關設備概述
2.5.2 常用成套開關設備及其智能控制
本章小結
習題及思考題2

第3章 現場參量及其檢測
3.1 智能電器現場參量類型及數字化測量方法
3.2 電量信號檢測方法
3.2.1 基於電磁感應定律的電壓、電流互感器
3.2.2 霍爾電流、電壓傳感器
3.2.3 光學電流、電壓互感器
3.3 非電量信號檢測方法
3.3.1 溫度檢測傳感器及在智能電器中的應用
3.3.2 濕度檢測傳感器及應用
3.3.3 電器操動機構機械特性測量
3.4 被測量輸入通道設計原理
3.4.1 輸入通道的基本結構
3.4.2 模擬量輸入通道中信號調理電路原理及常用芯片
3.4.3 多路模擬參量信號與A/D轉換器的接口
3.4.4 模擬量采樣環節設計原理及常用電路芯片
3.4.5 隔離概念及其措施
3.5 測量通道的誤差分析
3.5.1 誤差及其表示方法
3.5.2 智能電器監控器被測模擬量輸入通道產生的誤差
本章小結
習題與思考題3

第4章 被測模擬量的信號分析與處理
4.1 被測模擬量的信號分類
4.2 被測模擬量的采樣及采樣速率的確定
4.2.1 采樣速率對測量結果的影響分析
4.2.2 采樣頻率的選擇
4.3 數字濾波
4.4 非線性傳感器測量結果的數字化處理
4.4.1 直接計算法
4.4.2 查表法
4.4.3 插值法
4.5 被測電參量的測量和保護算法
4.5.1 電壓和電流信號的采樣方法
4.5.2 常用的電量測量算法
4.5.3 基本保護算法
4.5.4 測量和保護計算的誤差分析
4.5.5 常用提高計算結果精度的措施
本章小結
習題與思考題4

第5章 智能電器監控器的設計
5.1 智能電器監控器的功能和硬件模塊的劃分
5.1.1 監控器的基本功能
5.1.2 監控器硬件功能模塊的劃分
5.2 中央處理與控制模塊的一般結構和設計方法
5.2.1 中央處理與控制模塊結構設計步驟
5.2.2 中央控制模塊常用處理器件和外圍電路芯片
5.3 其他功能模塊的結構組成
5.3.1 開關量輸出模塊的結構組成
5.3.2 通信模塊的基本功能和設計原則
5.3.3 人機交互模塊的設計步驟
5.3.4 電源模塊
5.4 監控器的時序設計
5.5 監控器的軟件設計
5.5.1 監控器軟件設計的基本要求
5.5.2 監控器軟件常用的設計模式與適用場合
5.6 RTOS及其在監控器軟件中的應用
5.6.1 任務調度的概念和實時操作繫統的分類
5.6.2 基於μC/OSⅡ的智能電器監控器軟件設計
5.6.3 智能監控器軟件的數據格式
本章小結
習題與思考題5

第6章 智能電器監控器的電磁兼容性設計
6.1 電磁兼容概述
6.1.1 電磁兼容基本概念
6.1.2 智能電器電磁兼容的研究進展
6.2 智能電器監控器的電磁兼容性設計問題
6.2.1 監控器受到的主要干擾
6.2.2 監控器的繫統級電磁兼容性設計
6.2.3 監控器PCB的抗干擾設計
6.3 智能電器監控器的抗擾度試驗標準和方法
6.3.1 靜電放電抗擾度試驗標準和方法
6.3.2 電快速瞬變脈衝群（EFT）抗擾度試驗
6.3.3 浪湧（衝擊）抗擾度試驗
6.3.4 電壓跌落、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗
本章小結
習題與思考題6

第7章 器智能化網絡
7.1 數字通信基礎
7.1.1 數字通信繫統的基本概念
7.1.2 信道的截止頻率與帶寬
7.1.3 信道的最大數據傳輸速率
7.1.4 數據編碼方式
7.1.5 數據信號的傳輸方式
7.1.6 多路復用技術
7.1.7 信號傳輸的同步方式
7.1.8 數字通信網絡的傳輸介質
7.2 計算機網絡基礎
7.2.1 計算機通信網絡的基本特點
7.2.2 計算機網絡的分類與拓撲結構
7.2.3 網絡通信協議和分層模型
7.2.4 開放繫統互連參考模型
7.2.5 電器智能化網絡與通用信息網絡的特性比較
7.3 電器智能化網絡中常用的現場總線
7.3.1 現場總線的特點及總線標準類型
7.3.2 MODBUS
7.3.3 CAN
7.3.4 PROFIBUS
7.4 IEC61850標準體繫
7.4.1 IEC 61850標準概述
7.4.2 IEC61850標準的模型體繫
7.5 電器智能化網絡的設計
7.5.1 電器智能化網絡的基本要求
7.5.2 電器智能化局域網的結構與設計
7.5.3 保證繫統開放性的設計方法
7.5.4 常用數據交換方式及數據包格式
7.5.5 軟件的可靠性、穩定性設計
本章小結
習題與思考題7

第8章 智能電器及其應用繫統設計實例
8.1 低壓塑殼式斷路器的智能脫扣器設計
8.1.1 智能脫扣器的基本功能和設計要求
8.1.2 智能脫扣器的硬件設計
8.1.3 智能脫扣器的程序設計
8.2 電能質量在線監測器
8.2.1 電能質量在線監測器的設計要求
8.2.2 電能質量在線監測器的硬件設計
8.2.3 電能質量在線監測器的軟件設計
8.3 基於專用集成電路的智能電器監控器
8.3.1 智能電器監控器的設計要求
8.3.2 智能電器監控器的總體設計
8.3.3 智能電器監控器中主要IP模塊設計
8.4 分布式變電站自動化繫統
8.4.1 分布式變電站自動化繫統概述
8.4.2 繫統功能的分析及整體設計
8.4.3 繫統後臺管理軟件的設計
本章小結
習題與思考題8
參考文獻

電器是實現電路檢測並完成電路接通或分斷操作的設備，也是電力繫統中最重要的保護設備。隨著經濟發展和社會進步，特別是目前廣泛開展的智能電網建設，對電器運行的經濟性、安全性和自動化程度提出了更高的要求，傳統電器由於無法感知其運行過程中的故障類型，也不具備思維、判斷和基於故障特征的智能操作等功能，因此難以適應現代電器工業發展的要求。智能電器融合了現代電器理論與電子信息技術，是開關電器適應現代電器工業發展的必然趨勢。智能電器能夠自動適應電網、環境及控制要求的變化，並保證自身與所控制保護的對像處於最佳運行工況。目前，智能電器及相關理論研究已經成為電器學科最重要的發展領域之一。
為了適應電器學科的發展需求，西安交通大學和電子工業出版社合作出版了《電器智能化原理及應用》教材，自2003年6月出版第1版（普通高等教育“十一五”國家級規劃教材）、2009年1月出版第2版（普通高等教育“十二五”國家級規劃教材）至今，已歷10年。本教材的出版和使用，既為我國普通高等學校相關專業提供了一本比較繫統、全面地闡述電器智能化理論及研發方法的教材，也為該領域的科技工作者提供了一本有益的參考書，受到了各方面的好評。從第2版出版後，隨著智能電網建設的全面開展，電器智能化理論與技術得到了快速發展，應用領域更加廣泛，設計技術大大提高，對於智能電器定義和功能的認識也發生了很大的變化。通過教材編著者近年來的教學和科研實踐，感到第2版教材在對電器智能化基本概念的認識方面存在不足，且有些內容已落後於當前的發展，需要進行適當修改，使其更準確地反映電器智能化的概念、理論和技術。為此，在西安交通大學和電子工業出版社的大力推薦和支持下，編著者重新編寫了《電器智能化原理及應用（第3版）》。
本書對智能電器和電器智能化的基本概念、智能電器的基本結構、軟硬件設計原理、電磁兼容設計與電器智能化網絡的結構與開發等內容進行了全面、繫統的闡述，並給出了多種設計實例，以便讀者理解學習。全書共分8章。第1章“緒論”，討論了智能電器和電器智能化的基本概念、電器智能化的主要應用、國內外研究的發展現狀和趨勢，說明了本課程學習的內容和方法。第2章“智能電器的一次設備”，說明智能電器一次設備的分類和功能，分別介紹了各件操作控制方法，分析了實現其操作智能控制的條件和原理。第3章“現場參量及其檢測”，重點討論各類智能電器設備運行現場需要檢測的工作參量類型和傳感原理、常用測量通道的結構、電路件的選擇，分析通道誤差及其抑制措施。第4章“被測模擬量的信號分析與處理”，介紹了需要檢測的各類現場模擬量信號常用的數字處理方法、測量和保護精度的概念及影響精度的主要因素，說明了數字處理方法引起的主要誤差及減小誤差的基本方法。第5章“智能電器監控器的設計”，從硬件和軟件兩方面介紹智能電器監控器設計的基本原理。硬件部分在討論其整體結構和模塊劃分的基礎上，分別闡述了中央處理與控制模塊、開關量輸出模塊、通信模塊、人機交互模塊和電源模塊常用電路結構、模塊中件及其與處理器件的接口方法；軟件部分給出了常用的設計模式及適用場合，重點分析了智能電器中實時多任務調度操作繫統基本概念和設計方法。第6章“智能電器監控器的電磁兼容性設計”，繫統地說明了電磁兼容性的基本概念和電磁干擾的傳播機制；從繫統級和印制電路板級兩個層面討論智能電器電磁兼容性設計的原理和方法；給出了與智能電器電磁干擾相關的IEC標準和測試方法。第7章“電器智能化網絡”，介紹與電器智能化網絡有關的計算機通信網絡和數字通信的基本知識，說明電器智能化網絡的功能、結構和信息傳輸特點，並在介紹IEC61850協議的基礎上著重討論了電器智能化局域網的組成結構、運行方式和設計原理。第8章“智能電器及其應用繫統設計實例”，通過低壓斷路器智能脫扣器、電能質量在線監控器、基於專用集成電路的智能電器監控器和變電站自動化繫統的設計實例，說明智能電器及電器智能化網絡的設計過程。
本書由西安交通大學電器教研室組織編寫，宋政湘負責第1章中1.1節、第3章、第4章、第6章6.1節、第8章中8.1～8.2節的編寫和全書統稿，第5章中5.4～5.6節、第7章和第8章中的8.3～8.4節由張國鋼執筆編寫，王汝文負責編寫了第1章中1.2節和1.3節、第2章、第5章中5.1～5.3節和第6章中6.2～6.3節。
需要特別說明的是，本書是在總結西安交通大學電器教研室全體教師多年科研和教學工作的基礎上編寫完成的，是教研室全體教師辛勤工作的成果。同時，教材編寫過程中還吸取了國內在這一領域中研發工作的寶貴經驗。編著者也在此對從事電器智能化教學、科研和產品開發的全體同行專家致以崇高的敬意。
編著者還要感謝電子工業出版社對本書出版給予的關注、支持和幫助。
本書雖然是在第1、2版基礎上改編的，但鋻於編著者對相關領域知識的了解深度和對電器智能化認識仍然存在局限，書中難免有不足和謬誤之處，誠摯地希望廣大讀者給予批評和指正。
編著者
2013年5月