动力系统分析篇（1）

[中图分类号]F250 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2008)45-0024-02

系统动力学(Systematic Dynamics)是一门分析研究信息反馈系统，认识系统问题和解决系统问题的学科。它适用于分析研究信息反馈系统，它通过研究系统的结构模型，分析系统内部各因素之间的因果关系，借助计算机仿真技术，定量地分析信息反馈系统结构、功能和行为之间的动态关系。

由于系统动力学可用于各种动态系统研究，而物流系统是由不同的动态系统组成的复杂社会系统，系统动力学完全在物流系统中得到广泛的应用，如库存系统、供应链系统、区域物流系统，系统动力学成为定量研究物流系统的方法之一。

1物流系统分析

对于物流国内外目前尚未有系统的描述和界定，按照中国物流标准术语一般定义，认为物流是物品从供应地向接收地的实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、搬运、包装、流通加工、配送、信息等基本功能实施有机结 合。

1．1物流系统及其复杂性

1.1.1物流系统概念

按一般对物流系统的定义和理解，认为物流系统是指在特定的社会经济大环境由所需位移的物资和载运工具、包装设备、搬运装卸设备、仓储设备、人员和通信联系等若干相互制约的动态要素构成，由运输、仓储、包装、装卸搬运、配送、流通加工、物流信息等各个环节所组成，具有特定功能的有机整体。

1.1.2物流系统复杂性

物流系统由物流节点及物流线路组成，由于物流对象、范围、工具等不同，使物流系统成为一个复杂系统。同时物流系统也是一个可分系统，按照物流活动覆盖的范围，可以将物流分为国际物流子系统、国家物流子系统、区域物流子系统、企业物流子系统；按物流运输方式分为水路物流子系统、管道物流子系统、陆路物流子系统、航空物流子系统；按物流产品对象又可分为多种。

1．2物流系统的界定

对物流系统的研究可以分两个层面，一是从宏观物流层面，不仅要研究物流系统的运作形态，也是物流系统运输及分拨网络的优化等问题；二是站在企业微观角度，来研究物流系统的结构、运作模式及其系统优化等问题。

1．3系统动力学在物流系统中应用的可行性

1.3.1系统动力学可用定性和定量方法研究物流系统问题

物流系统存在于物资生产和流通全过程中，由储存、运输、加工、包装、装卸及信息子系统组成。物流子系统大量存在随时间序列而变化的状态，如物资产量、运输量、库存量、搬运量、生产速度、进货速率等。因此，物流系统由不同子系统组成的动态系统，可以应用系统动力学进行研究。

1.3.2物流系统的动态特征包含了时间序列的动态和空间序列的动态

系统动力学研究的是动态系统，而物流系统的动态包括时间序列的动态，还包括空间序列的动态，即位置的变化。因而系统动力学提供了研究物流系统的基础，在此基础上结合规划方法、灰色系统等方法将会使物流系统研究更加深入。

2应用系统动力学分析物流系统的主要步骤

2．1物流系统分析

物流系统分析是用系统动力学解决问题的第一步，其主要任务在于分析问题，剖析要因。调查收集有关物流系统的情况与统计数据；了解用户提出的要求、目的与明确所要解决的问题；分析物流系统的基本问题与主要问题，基本矛盾与主要矛盾，变量与主要变量。

2．2物流系统的结构分析

分析物流系统总体的与局部的反馈机制；划分物流系统的层次与子块；分析物流系统的变量、变量间关系，定义变量(包括常数)，确定变量的种类及主要变量；确定回路及回路间的反馈耦合关系；初步确定系统的主回路及它们的性质；分析主回路随时间转移的可能性。

2．3建立数学的规范模型

建立L，R，A，C诸方程；确定与估计参数；给所有N方程、C方程与表函数赋值。

2．4物流系统模型模拟与政策分析

以系统动力学的理论为指导进行模型模拟与政策分析，更深入地剖析系统；寻找解决问题的决策，并尽可能付诸实施，取得实践结果，获取更丰富的信息，发现新的矛盾与问题修改模型，包括结构与参数的修改。

3系统动力学物流库存子系统应用实例分析

3．1系统动力学在物流库存子系统应用分析

传统进行库存子系统管理的方法有ABC管理法、经济订购批量（EOQ）、定期订货法、定量订货法等方法。然而传统管理方法存在着若干问题。管理库存责任通常是分配给各个部门，采购部门可负责原材料和外购物品的采购，生产部门负责在制品，营销部门负责成品。这种分工导致不同组织从各自利益出发而产生利益冲突。由此可见，库存系统的问题不能孤立处理，它和分销问题、仓库问题、生产问题、运输问题、采购问题、营销问题、财务问题等都有紧密联系，它应服务于整个系统的总目标。传统的方法过分重视库存本身，而没有重视与其相关的其他过程。而系统动力学在解决整体化问题时具有很强的能力。

3．2实例分析――配送中心库存控制模型的建立及其分析

如何确定城市物流中心、配送中心的库存量，也可以通过系统动力学模型来解决。结合实际情况和相关的研究，下图是按步骤建立的模型。

模型中各参数的说明：

OR1为区域物流中心订货率；SR2为区域物流中心发货率；RINV为区域物流中心实际库存；DINV1为城市物流中心期望库存；OT1为城市物流中心订货时间；OR2为城市物流中心订货率；SR2为城市物流中心发货率；CINV为城市物流中心实际库存；DNV2为配送中心期望库存；OT2为配送物流中心订货时间；TINV为配送物流中心实际库存；OR3为顾客订单；SR3为发货速率；AOR3为平均顾客订单；Kl，K2，K3，K4为常数；IPD1，IPD2为延迟时间。

上述模型是针对单一商品的，若要得出各物流中心的总商品库存量，可以将各种商品的有关参数分别代入模型进行运算，最后求和即可。可见，用这种方法进行物流中心合理容量的估计是可行的，也是比较简洁的，相对于其他各种预测方法而言，这一模型更多地考虑了供应链中各种社会经济因素的相互影响关系，较为符合实际情况;另外，该模型基本上不依赖于历史数据，这可以更好地符合物流中心缺乏历史统计数据的状况。

4结束语

随着我国经济与世界接轨，物流的作用将越来越突出。将系统动力学引入物流系统分析的过程，就是用系统的观点和思路来分析、思考物流领域中各环节的行为方式及其结果，从全局、整体的角度考察物流系统的运行机制，这对解决物流系统中存在的问题，提高整体运作效率，提升物流产业的整体水平具有十分重要的意义。

参考文献：

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动力系统分析篇（2）

中图分类号：U463文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.01.002

Methodology for Thermal Analysis of Multi-system in Engine Underhood

Gao Qing1，2，Qian Yan1，2，Ge Fei3，Y.Y.Yan4

（1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control，Jilin University，Changchun，Jilin 130025，China；

2. College of Automotive Engineering，Jilin University，Changchun，Jilin 130025，China；

3. R&D Cent.，China First Automobile Works Group Corp.，Changchun，Jilin 130011，China；

4. University of Nottingham，Nottingham NG7 2RD，UK）

Abstract：The thermal control of automotive power supply system and air conditioning system is one of core problems of vehicle thermal management. for the traditional internal combustion engines, the multi-system thermodynamic processes in engine underhood deal with water jacket cooling, air conditioning, supercharger intercooler, oil cooling, etc. This paper sums up the technology development and progress on the vehicle thermal management, discusses the current status of the underhood thermal flow and heat transfer analysis and further indicates numerical model establishment, simulation analysis and calculation method, including one dimensional（1D） analysis, three dimensional (3D) analysis and lumped parameter analysis. By analyzing the basic model of computational fluid dynamics（CFD） platform, these works will provide support and help for promoting the progress of vehicle thermal management analysis.

Keywords：vehicle；thermal management；underhood；numerical simulation

汽车动力舱内部结构复杂，半封闭的空间内包含了车辆的动力及传动装置、冷却系统，以及汽车空调系统等整车重要组成部分。当前，能源危机日益严峻，对汽车燃油经济性以及排放的要求也越来越高。为了解决这一问题，许多新技术和新装置应运而生，这些装置使动力舱内的位置更加紧凑、复杂。在运行状态下，各系统的热状态之间难免产生相互影响，不利于各系统的散热。因此，动力舱内的热流动问题以及研发更加高效的热管理系统，已经成为改善车辆散热性能、提高整车动力性的关键[1-3]。

无论是常规发动机汽车，还是新能源电动汽车，其热管理的两大核心问题都是动力源温控与汽车空调系统，以及协同控制问题。通常，它们的热过程交织在动力舱内，发生复杂的热交互影响。因此，其合理有效的匹配设计一直困扰着工程师，也制约着汽车动力性、经济性、排放性和舒适性的进一步提高。因此，基于汽车热管理发动机冷却设计和空调设计的集成开发具有很大的技术空间和潜力。

20世纪80年代，国际上一些著名汽车公司就开始关注将汽车热管理分析融入新产品开发设计中，美国汽车工程师学会（SAE）每隔两年召开一次车辆热管理系统国际会议[4]。近年来，我国也开始关注汽车热管理技术的发展，特别是动力舱内多系统热流体力学分析等问题，并在发动机冷却系统和空调设计中，逐步解决实际问题。

早期动力舱热管理分析手段主要是传统的试验方法，一般需要进行整车试验，虽然得到一些试验结果，但是试验条件和分析项目有限，耗用大量的人力物力，试验周期长，不利于开展更广泛的研究。近年来，随着计算机技术发展，数值计算和模拟仿真工具发展相对完善，使数值模拟技术的应用已经成为动力舱热管理技术的主要手段，并取得了突破性进展[2]。利用一维以及三维CFD软件对动力舱进行热流动模拟仿真分析，不但能够克服试验方法的局限性和各种困难，而且得到的结果准确性也越来越高，特别在一些细节上更为直观，更利于研究和解决实际问题。

为此，本文通过总结作者相关工作，系统归纳当前汽车热管理中动力舱热分析技术的发展形势和趋势，以及数字化仿真分析的基本方法，进一步认知动力舱多系统热力学问题，为推动汽车热管理分析平台建设提供支持和帮助。

1 动力舱热流动数值模拟方法

当前汽车动力舱热流动分析数值模拟方法主要包括一维分析和三维分析。其中的热管理系统模型包括5个主要部分：空调循环系统（Air Conditioning Circuit）、发动机冷却循环系统（Engine Cooling Circuit）、空气侧机舱循环系统（Underhood Airside Circuit）、发动机系统（Engine Lubrication Circuit）和进、排气系统循环（Intake and Exhaust Circuit）。

从一维分析到三维分析，再到一维多系统耦合分析，以及工业化设计，国际先进汽车制造商无不加强计算机辅助开发，进行多系统间的相互作用和影响分析，使设计流程越来越接近更加客观的复杂情况，同时处理多项方案，在简化试验过程的基础上，结合试验过程，评估多项设计方案，实现数字模拟技术的完善。目前国际先进的汽车热管理及其空调一体化设计开发平台通常更加重视数字化设计工作的建设，同时也希望指导汽车空调等系统的精细设计与开发。

1.1 一维仿真方法

动力舱热流动问题分析的一维仿真方法是从整体角度出发，从工业设计和开发的角度，着重分析各个系统之间的相互影响。目前应用于车辆热管理的一维仿真软件主要有英国Flowmaster International公司开发的FLOWMASTER一维设计分析平台，奥地利MAGNA公司开发的KULI一维设计分析平台，比利时LMS公司的AMESim一维设计三维分析混合平台以及美国Gamma Technologies公司的GT-COOL一维仿真平台等。

1993年，通用汽车公司的研究者们基于一维空气流道假设建立了一种工程分析方法，它利用少量数值模拟和试验数据，对更多工况冷却空气流量进行预测分析，但该方法无法准确考虑存在复杂回流的情况[5]。1999年，VALEO发动机冷却实验室研究者基于一维空气流动计算方法，分析了散热器尺寸、风扇尺寸、风扇罩以及车速对轿车冷却系统性能的影响，并与风洞试验结果进行比较，指导发动机舱的布置设计[6]。2001年，Valeo发动机冷却研究所（简称VEC）使用FLOWMASTER建立了动力舱模型，对其提出的降低油耗量和尾气排放的电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）控制策略进行了模拟，证明了模拟计算结果指出的控制方法可以使油耗量和尾气排放量达到最低[7]。

近年来，国内也进行了一些相关研究。2008年，上海交通大学研究者利用仿真软件AMESim建立发动机各子模块和仿真模型，着重建立发动机系统仿真模型开展分析，并利用试验台架对发动机系统仿真模型进行验证，其中利用系统仿真模型进行机油泵优化设计，并与原机油泵的相关参数进行对比，结果证明优化后的机油泵更加合理[8]。2009年，同济大学研究者以某重型柴油机为原型，利用KULI软件建立了发动机冷却系统模型，进行了瞬态工况下冷却液温度以及油温度变化的仿真研究[9]，获得了良好结果。

1.2 三维数值模拟方法

事实上，一维分析更加关注性能分析和因素关联性表征，而三维分析更有利于现象行为分析、微观细节表征和数值试验预测。因此，三维仿真方法与一维仿真方法相比，动力舱热流动问题分析的三维数值模拟方法更加注重细节，可以关注系统的细节和局部分析，指导工程设计。应用于汽车热管理分析的主要三维软件有美国Thermo Analytics公司与福特汽车公司联合开发的新一代高级热管理设计与分析工具RadTherm，美国ANSYS公司集成的CFD高级流体仿真软件FLUENT以及CD-adapco Group公司开发的复杂流动的流体分析商用软件包STAR-CD等。

1999年至2000年，通用汽车公司Damodaran[10]等人和雷诺汽车公司Gilliéron [11]等人使用FLUENT软件对发动机舱内流场和温度场进行预测，通过风洞试验进行验证，探讨了使用计算流体力学方法解决发动机舱热问题的可行性。2002年，通用汽车公司的Yang Zhigang和德尔福汽车系统公司的James等人使用三维数值模拟方法，对汽车前置冷凝器、散热器和风扇模块的排列方式进行了研究，对各种设计下发动机舱内的流场和温度场进行了比较分析[12]。2007年，Tai [13]通过CFD方法分析了进气格栅形状及位置，以及多孔介质模型参数设置对流场形状的影响，并与一维计算结果进行了耦合分析，提供了车辆前端设计的方法。2009年，Subramanian[14] 对舱内散热空气回流进行了研究，由于舱内布置形式不合理，导致散热器出口处的空气形成的回流，造成散热器散热能力较差，通过改变动力舱结构，防止回流产生，使散热器保证良好的散热效率。

国内方面，2004年，东风柳州汽车有限公司研究人员使用CFD软件对某型两厢车发动机舱的高低速流动进行了三维数值模拟，得到发动机舱流动特征、散热能力及结构改进建议[15]。2005年，华中科技大学研究人员[16]使用FLUENT软件计算汽车外流场与发动机舱内流场，以及发动机舱的散热特性和温度场特性，利用发动机舱空气最高温度值判别温度状态是否满足设计要求。

2 动力舱三维基本模型

动力舱内包含多个系统及装置，主要是以换热器和风扇为主的单元形式。为使三维模拟接近实际，必须抓住这些装置的主要特征，有针对性地采用软件中的基本模型及模块进行模拟，本文主要针对FLUENT软件中的模型，归纳以下的模拟方法。

2.1 热交换器

动力舱中具有热交换性质的装置包含空调系统的冷凝器，涡轮增压系统的中冷器，发动机冷却系统的散热器等。这些装置一般具有多翅片、多管路和狭小缝隙特征。在动力舱模拟过程中，难于对其具体结构以及特征进行有效仿真，但它们宏观共性均具有压降特性的通气形态，同时冷热流体互换，一种流体将热量传递给另一种流体。借助该显著特征，三维模拟主要采用4种基本模型对热交换器单元的流动及换热过程进行三维模拟，分别为散热器模型、多孔介质模型、多孔跳跃模型以及换热器模型。

2.1.1 散热器模型

散热器模型（Radiator模型）是一种对热交换单元简化的模型，即不考虑模型厚度，热交换元件被假定成一个无限薄的面，只对其速度与压降特性以及换热特性进行模拟，以便突出体现热交换。散热器模型是将压降和热交换系数作为散热器法相速度的函数而定义其数学模型。

华中科技大学研究者[16]曾在货车内流场分析中，对冷凝器、中冷器、散热器都采用了这种模型，通过试验数据拟合出压强损失系数与速度的关系式以及散热系数与速度的关系式，以模拟散热器特性。2009年，索文超等[17]将散热器简化，定义压力损失系数为多项式，并输入散热器单位面积的散热量来进行模拟。

2.1.2 多孔介质模型

多孔介质模型（Porous 模型）是近年来用于对动力舱内热交换单元进行模拟的重要手段，模拟分析中假设热交换单元如同多孔介质，实现有形模拟，达到冷热流体换热，通过输入惯性阻力系数、粘性阻力系数等参数以及多孔介质固体部分的体热生成率等参数来定义通过多孔介质后流体的压降及热交换特征。

丁铁新等[18]对装载机整车罩壳内的散热器用多孔介质模型进行了模拟，多孔介质的物性通过液压油散热器试验确定。同时，毕小平等[19]对换热器芯体应用了多孔介质模型，通过输入空气流过多孔介质时的压力损失和多孔介质向空气的散热量进行了模拟。

2.1.3 多孔跳跃模型

多孔跳跃模型（Porous Jump模型）实际上是多孔介质模型的一维简化，类似于模拟已知速度与压降特性关系的薄膜，与多孔介质模型相比，多孔跳跃模型的收敛性和稳定性较好，节省计算资源[20]。其具体过程也是将模型简化为无限薄面，通过介质表面渗透性、压力跳跃系数等参数体现多孔跳跃介质的特征。

西北工业大学研究者[21]利用多孔介质的Darcy定律，结合风阻性能试验，得到多孔跳跃介质表面渗透性和压力跳跃系数，对散热器进行了模拟。2009年，袁侠义等[3]采用同样的方法模拟了动力舱内的散热器冷凝器等。

2.1.4 换热器模型

换热器模型（Heat Exchanger模型）可分两种，分别为传热单元数模型（Number of Transfer Units，NTU）和简化效率模型。前者的NTU模型中，不考虑冷却剂的相变，即可以用于模拟散热器、中冷器等单相流情况；后者的简化效率模型中，冷却剂性质可以被定义为压强和温度的函数，因此可以计算相变换热器，如空调冷凝器。

在换热器模型中，冷却剂的温度是沿流动方向变化的，可将热交换器划分成一些传热单元，通过定义冷却剂路径、冷却单元数量、冷却剂性质以及压降等参数来逐个对每个传热单元进行计算，最终得到整个热交换器的流动及换热特性。这种方法与上述几种计算热交换器的方法相比，考虑了冷却剂侧的流动与外部空气侧传热耦合效应，使模拟结果更贴近实际。

清华大学研究者[22]曾将散热器划分为多个计算单元区域，应用效能－传热单元数（ε-NTU）法进行换热计算。这种计算方法可以考虑到冷却剂温度沿流动方向的变化。2009年，周建军等[23]对散热器的热力学特性采用了换热器模型结合试验数据进行模拟，而其阻力特性采用了多孔介质模型，获得较好的分析结果。

2.2 风扇

动力舱内的风扇起着组织舱内气流，引导气流通过热交换元件的重要作用，气流通过风扇后有一个压升，一般采用的传统方法是以风扇性能曲线对风扇进行模拟。若考虑到风扇的转动对于流场产生的影响，目前在FLUENT中可采用MRF模型（Moving Reference Frame模型）或者滑移网格模型（Moving Mesh模型）。

2.2.1 风扇模型

风扇模型（Fan模型）是将风扇的几何特征和流动特征参数化，简化成一个无限薄的面，模拟风扇对流场的影响。在风扇边界条件中，风扇一般以风扇性能曲线，即静压与流速的函数关系曲线，风扇中心和旋转轴位置，以及径向速度和切向速度来模拟风扇流动特征。Fan模型具有计算速度快、稳定性高的特点。但Fan模型的缺点是其很依赖前期的试验数据，而这些试验数据又受试验时的环境和条件的影响[24]。

目前，对于风扇的模拟基本上都采用了风扇模型这种方式进行。

2.2.2 MRF模型

MRF模型（Moving Reference Frame模型）是一种定常计算模型，认为网格单元做匀速运动，这种方法适合计算区域上各点的速度等特征基本相同的问题，例如旋转的风扇。MRF模型是最简单的用于处理模型中有运动物体存在的一种方法。在使用MRF模型时，需要对计算域内的不同运动方式的子区域进行划分，单独对每个子区域进行运动方式的控制，子区域间可通过相接面进行数据交换。与Fan模型相比，MRF模型可获得更多的信息，如叶片上的流场、风扇特性、风扇效率以及叶片上的载荷分布等。

德国贝尔公司Knaus等[25]曾使用MRF模型，通过对动量方程添加科式离心力的方式对风扇进行模拟。丁铁新等[18]在对风扇模拟的几种方法进行比较之后，对风扇叶片等细节未做较大简化，直接用MRF模型进行模拟也得到了较为满意的结果。

2.2.3 滑移网格模型

滑移网格模型（Moving Mesh模型）是用于模拟风扇旋转效应的另外一种方法，采用这种方法计算出来的流场就是实际的流场，可以实时地观察到风扇的空间位置变化[18]。但与MRF模型相比，这种方法的计算时间长，计算量大，目前还是比较难于把握。

2.3 其它部件

在动力舱内部，还存在着一些辅助的部件，膨胀水箱、蓄电池以及发动机进排气装置等。一些塑料元件可以当作绝热边界来进行处理，而金属元件可以先给定一定的固定温度，从模拟计算的结果中，提取出相应位置的散热量，再将其作为边界条件，重新进行计算[26]。或者也可当作固定热源处理，给予一定的体积热源。

3 一维与三维联合应用

一维仿真计算周期短，可控性强，可从整体角度把握系统，研究系统中各部分间的影响关系和关联特性。而三维数值模拟计算关注细节和微观现象，可以观测到一维仿真无法观测到的局部情况，如面体内的流场、温度场、速度场等，观察到一些因素的作用和趋势。随着计算机资源的提升，计算方法的进步，以及客观工程分析要求，越来越多采用一维与三维联合应用。动力舱热流动分析数值模拟的趋势是将一维仿真与三维模拟计算结合起来，发挥两者的优势，从而达到更好的模拟效果[27]。

奥地利的AVL公司致力于将热管理系统内外流动联合仿真，在热管理系统空气侧流场使用SWIFT软件，热管理系统模拟使用一维热流体系统分析软件FLOWMASTER，发动机缸内燃烧和水套内流动使用三维热流体数值模拟软件 FIRE，并通过 CRUISE软件实现一维和三维系统计算数据的交换和衔接[2]。

英国MIRA公司和 JAGUAR公司利用 FLUENT

计算了发动机舱内流动与传热，使用 FLOWMASTER对冷却系统循环进行仿真，使用GT-POWER对发动机工作过程进行模拟，并将3个密切关联、相互影响的计算系统的边界条件和计算结果进行整合，各自的模拟结果为其它部分的计算提供边界条件，交换数据，互相修正，系统地研究了热管理系统性能和发动机舱内的流场以及温度场分布[28]。事实上，随着汽车和发动机数字化工程的发展，逐步完善的发动机过程仿真、空调过程仿真及整车行驶热空气动力学过程仿真等促进了动力舱多热力系统模型分析方法的不断进步。

4 结论

动力舱是车辆的重要的组成部分，也是汽车热管理涉及的主要问题。动力舱散热直接影响整车的动力性及经济性，致使动力舱热流动分析越来越受到重视，也成为评估和优化整车性能的重要途径。动力舱热流动分析涉及复杂的流动、传热、发动机工作过程、空调运行过程，以及环境热舒适性等诸多问题，面临多系统交互和性能制约，既要从全局角度进行掌控，也要从局部细节进行具体分析。一维与三维联合仿真是未来汽车开发设计的发展需求，因此集成各个系统之间耦合分析必将是未来的发展趋势。

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动力系统分析篇（3）

一、引言

常规的人工采棉机械效率低、收获期长、用工量大、条件艰苦且劳动强度大，每年采棉季节动用大量的劳动力。机械采棉技术既可以减轻采棉劳动强度，又有利于扩大棉花规模化生产经营，降低棉花生产成本、提高棉花生产综合效益。

全世界采棉机的主要生产国有美国、前苏联、以色列和中国等4 国。现有的采棉机传动系统大多都是液压传动或者其他高级方式。液压马达虽然传动方式简单直接，但是成本很高，与经济性设计思路相背离。其他先进复杂传动方式多存在零部件互换性差，维修时间长，机子无法作业将导致采收效率大幅降低，甚至错过棉花采收的黄金期，对棉花产量和质量都造成了影响。于是采用传统式的机械传动，不仅调节方便，而且易拆易换，且取材方便，成本很低。

在本文的研究中是采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。由于篇幅所限文章仅列举个别分析结果。

二、建立ADAMS 虚拟传动系统模型

根据采棉机整机设计，总传动系统的位置结构如图1 所示。将SolidWorks里面建好的三维实体模型导入ADAMS 软件里面，在ADAMS 中给传动系统加上初始条件，配合约束、驱动约束、阻力和阻力矩等。

1. 施加约束副

从SolidWorks 中建立的三维实体模型导入ADAMS以后，只有该虚拟系统的几何位置关系，需要添加约束关系，具体添加方法及参数在此不一一赘述。系统中除了这些约束以外，还需要给不运动的零部件如变速箱箱体，带座立式轴承等加上对大地的固定约束。另外应当给各零部件逐一添加对应的材料属性，并确定整机系统的重力方向，即可得到各零部件的质量属性参数。

2. 初步验证载荷的确定

进行仿真分析之前，首先应该检验样机模型，以便及时发现和排除建模过程中隐含的错误，以确保后续仿真分析的顺利进行。本文主要通过两个方面对样机模型进行初步验证。

(1) 人工检验样机模型基本参数：对照实际设计模型详细检验样机各零部件的参数单位、质心位置、质量以及初始装配位置，及时修正样机系统与实际模型有差别的部分。

(2) 使用ADAMS 自检工具检验：利用ADAMS 自带的自检工具“ModelVerify”，能够检查出仿真系统是否存在没有约束或过约束的构件，还能计算出样机的自由度等。

经过两种检查可以看出，虚拟样机模型建立正确，可以进行后续仿真分析工作。

3. 施加力

在系统中，所有轴的轴线都是与坐标系x 轴平行，所以所有的轴受到的来自带传动或者链传动的径向力都在y-z平面内。可根据轴上各零部件装配位置，轴段的长度等其他参数分别计算出各轴支座反力。

4. 施加阻力矩

压棉杆轴、拨轮轴以及螺旋输送器轴都受到外来力矩作用，因此在仿真模拟中，加入相应阻力矩。

此处以压棉杆轴所受阻力矩计算为例。在梳齿式采棉机作业过程中，拖拉机带动整机行驶，棉花被经过的梳齿间的缝隙夹持，随着整机前行最终被掳下来。在这个过程中，压棉杆的作用就是防止被夹持的棉株连根拔起。压棉杆上的防拔辊分布有具有方向性的锯齿形状的齿牙。在棉杆受到梳齿的拉力的情况下，压棉杆上的齿将棉杆向下压倒，从而实现防拔起棉杆的功能。棉杆在防拔起的时候要求棉杆表面纤维不被破坏，而棉杆的抗压强度（横纹）σ=3.5MPa。

因此可以将压棉杆轴上所受的垂直地面向上的力看成均布载荷，它的正应力应该小于或者等于棉花的抗压强度（σ=3.5MPa）。即该轴上受到的最大阻力矩可按均布荷载σmax=3.5MPa 来计算。

三、系统动力学仿真分析

1. 初始条件分析

在进行静力学、运动学和静力学分析之前，ADAMS会自动进行初始条件分析，以便在初始系统模型中各物体的坐标与各种运动学约束之间达成协调，这样可以保证系统满足所有的约束条件。本系统中，所有零部件的初始位置一定，初始速度都为零。因此，不用单独求解。

2. 运动学分析

建立系统仿真模型时，将系统中的运动副（构件与地面或构件与构件之间）用系统广义坐标表示为代数方程，即可写出其运动学约束方程组。系统中驱动约束是系统广义坐标和时间的函数，可以将系统运动学约束和驱动约束统一表示为：

对上式求导，即有速度约束方程；再次求导即可得加速度方程。在此，仅以变速箱输出轴与风机一级传动轴转速为例，仿真得到图2、图3 所示结果。

变速箱输出转速为30005.5deg/s（图2），风机一级传动轴转速为60009.75deg/s（图3），即可得知，风机一级传动轴与变速箱输出轴转速比约为2 ∶ 1。满足实际设计转速。

由以上分析可知，动力传动系统自建立模块运动关系正确，能够合理地表示出该传动系统的运动关系。

3. 动力学分析

（1）动荷系数的研究：静荷是指无加速度或加速度可以忽略的受力状态；动荷有加速度的受力状态。本文中构件等角速转动也为动荷的一种研究状态。在虚拟样机的动力学分析中，可以得到运动过程中各轴承座上的约束反力，这些结果可以与设计过程中求解的静平衡状态下的支座反力进行比较得到载荷的动荷系数，该结果可以反作用于设计过程，确保整机的安全性。

由于轴段同一位置的力和应力值成正比，所以动荷系数也可以表示为：

接变速箱右端输出的主轴上轴承处的静载荷为：FAd=320N，FBd=169N。而从整个运动仿真过程中测得两支座的动载荷如图4 所示。

由图4、5 可以算出kd max：

由静强度分析结果知道该轴上应力最大处的σst max=16.558MPa，因此σd max=36.1MPa，σd max ＜ [σ] 该轴在运动过程中的强度可以通过校核。

（2）变速箱动态特性分析：本文是基于IMPACT 函数的接触模式来定义的接触力，接触碰撞模型以Hertz 弹性撞击理论分析为基础，能比较准确地模拟变速箱内齿轮啮合时接触力的响应。

该传动系统中两齿轮均为运行速度较慢的齿轮，所以齿轮材料选择20CrMnMo，又因为变速箱是要实现等速换向的功能，所以两齿轮结果材料均相同。两齿轮都需经过渗碳淬火，表面硬度HRC60_2，心部硬度大于HRC30。因此得出齿轮对刚度系数为：K=7.53×105N/mm 。

另外，根据反复试验取碰撞指数e 取2.2；阻尼系数取100N/(s·mm)，即其阻尼为7.53×103s；变形距离d取0.1mm。两个齿轮碰撞时的摩擦按润滑处理，取动摩擦系数为0.1，静摩擦系数为0.16。

由图6、图7 可以分析得到，在转速加载阶段，随着速度的增加，啮合力的波动幅度增加，达到峰值后逐渐变小；接触力基本呈现周期性变化，每个周期接触力都是如正弦波形一样先从最小值逐渐增至峰值然后逐渐回落变小。它形象地反映出了齿轮之间的啮合情况，两啮合齿轮从即将进入啮合区，然后逐渐啮合，然后到啮合区域中心，最后逐渐脱离开。两齿轮碰撞力最大达到了703N。从图中可以发现齿轮的碰撞力有明显的动载成分，碰撞力围绕着一个定值上下震荡，表明齿轮在啮合传动的过程中存在着明显的冲击振动。

两齿轮第一次出现峰值的时间为1.17s，此时接触力为674.5N； 第二次出现峰值是在第3.3s 处， 接触力为637.8N；碰撞力在冲击振动作用下在第13.9s 处出现了最大接触力，为703N。从图中可以看出接触力波动周期为1.13s。在过高的接触应力的多次重复作用下，齿面表层就会产生细微的疲劳裂纹，裂纹的蔓延扩展使齿面的金属微粒剥落下来而形成凹坑，容易出现疲劳点蚀导致齿轮失效。本文中经过虚拟仿真测得的最大接触力也只有703N，说明本机中的变速箱内的齿轮对的强度足够，不会因为齿轮啮合时的冲击载荷而发生失效。

（3）模态分析：模态只与结构的刚度和质量及结构阻尼有关，与外在作用无关。分析中忽略系统阻尼对其自身振动特性的影响，不施加任何载荷，只施加简化后的约束。本文中先分析各个关键轴的模态，运用常用的有限元计算软件ANSYS 中WORKBENCH 模块进行分析。整机系统的结构较为复杂且零件尺寸大小差异很大，在ANSYS 中进行分析的计算量过大，因此选用了ADAMS 结合计算出整机的模态参数。

右端主轴的激振频率为8.33，该轴的前6 阶固有频率值分别为：1 阶4.48e-004，2 阶496.84，3 阶497，4 阶1191.1，5 阶1191.4，6 阶1328.6。右端主轴的激振频率不接近该轴的任何一阶固有频率，因此该轴避开了破坏性很强的共振区。其振型图如图8 所示。

第一阶轴的振型主要表现为挤压变形；第二、三阶为弯曲和扭转的组合变形，且变形量对称分布，轴向中点附近振动最强；第四、五阶振型表现为拉伸和弯曲组合，主要发生在连接变速箱输出轴一端的轴头，此段轴头连有滚子链联轴器，且为扭矩的输入端；第六阶固有频率下，轴的振型表现为弯曲和扭转组合，过轴的轴向中点的横截面对其振型的对称截面。

（4）静强度分析：静强度分析研究结构在常温条件下承受载荷的能力，通常简称为强度分析。静强度分析的内容（应力分布、变形形状和屈曲模态等）可通过静力试验测定或验证。本文采用有限元法进行分析计算，使用的软件为ANSYS WORKBENCH。

接变速箱右端输出的主轴的强度分析结果如图9 所示，其等效应力最大值为16.558MPa，主要出现在轴上与皮带轮配合的轴段上，变截面的地方为应力集中的地方，这些截面积发生变化的轴段处应力值急剧增加。但是该轴上的最大等效应力值小于该轴的许用应力，说明该轴的强度通过校核。

四、结语

本文研究的传动系统是基于4MSC-3000 采棉机整机设计的，4MSC-3000 采棉机是朝着经济型及适用型发展的一种新型采棉机。通过4MSC-3000 采棉机传动系统动力学仿真分析得到以下结论。

（1）通过运动学分析，证实了本虚拟传动系统的模型建立很准确，该系统可以准确地表达出真实传动系统的各项参数，为后续力学研究做好了准备。

动力系统分析篇（4）

中图分类号：U469文献标识码： A

引言

汽车工业发展带来的石油资源短缺、环境污染等问题日益突出，而电动汽车在节能、环保和性能方面具有传统汽车无法比拟的优势，故研发电动汽车是解决上述问题的有效途径。但是，动力电池和电驱动等关键技术的不成熟使电动汽车的续驶里程比较短，严重制约了电动汽车的普及与发展。在这些关键技术取得有效突破之前，对动力系统的参数进行更为合理的匹配，最大限度地挖掘现有电动汽车技术的潜能，是提高电动汽车性能的重要手段之一。

1、中国纯电动汽车的发展现状

目前我国纯电动汽车的研发主要集中在整车总布置、系统集成控制、电机及其控制器，电池及其管理等方面。纯电动客车的研发首推北京理工大学科研团队，其开发的动力系统在国内行业处于领先地位；纯电动乘用车有多家企业单位进行了研发工作，如比亚迪、东风、时风等。通过国内整车和电池相关厂商、高校和研究单位的共同努力，纯电动客车使用的锂离子蓄电池的技术日趋成熟，基本可以媲美国际先进水平；而纯电动乘用车方面，随着磷酸铁锂电池等技术的改进，使得纯电动汽车产业向着市场化、产业化的方向迅速发展。

2、中国纯电动汽车基础设施现状

根据某调查部门得出的结果显示，影响电动汽车发展的诸多因素中，购买价格因素居首，第二位则是充电基础设施的建设。分析汽车工业发达国家的发展情况可知，国外的充电设施建设虽处于初步阶段，但是政府对该建设非常关注，正在加大支持力度。而从国内近几年发展情况来看，我国已经投产了一定数量的充电站与充电桩，国家电网公司也开展了电动汽车充电站测试与研究工作，充电站建设开始呈现加速发展的势头。但充电站的运行管理机制相比国外仍然较为落后，自动化水平程度有待提高，另外基础设施建设标准体系亟待建立。

3、纯电动汽车动力参数匹配计算

3.1、纯电动汽车基本参数和设计指标合理的动力系统参数匹配和良好的零部件性能（包括驱动电机、动力电池、变速器和其他部件性能）造就电动汽车良好的动力性能。某A级纯电动汽车的基本参数如表1所示，动力性和经济性设计指标如表2所示

表1某A级纯电动汽车整车基本参数

3.2、驱动电机参数匹配

驱动电机的基础参数主要包括电机的三大参数，即功率、转速和扭矩。

3.3、电机的峰值功率和额定功率

通常电机的功率参数选择视具体性能指标而定，峰值功率与额定功率之间并不存在一定的比例关系。就具体情况而言，当电机转速稳定在最高车速或90%最高车速对应的转速时，电机基本工作在额定功率阶段；当电机在爬坡或全力加速时，电机大多短时（1～5min）维持在最大功率阶段。即最高车速需求功率对应电机的额定功率，最大爬坡度和全力加速时间内对应电机的峰值功率。所以主要依据最高车速umax、最大爬坡度αmax和加速时间t选择驱动电机的功率。计算公式如下：

式中：ηt为传动系统的机械效率，取为0．9；uα为爬坡速度，这里取为15km／h；δ为汽车旋转质量换算系数，δ＝1＋δ1＋δ2，一般取1．08；vm为加速最后阶段的速度（m／s）；dt为迭代步长，通常取为0．1s；tm为汽车的加速时间（s）；x取0．5。进行计算可以得：Pmax1＝18．9kW，Pmax2＝14．3kW，Pmax3＝36．3kW，从而得最高功率Pmax＝｛Pmax1，Pmax2，Pmax3｝＝36．3kW。考虑到实际运行中的损耗和效率问题，电机的峰值功率取为45kW。而电机的额定功率应满足前述90％最高车速匀速行驶要求，即有Pr＝90％×Pmax1＝17kW。考虑实际运行中的损耗和效率问题，这里额定功率取为18．5kW。此时算得过载系数λ＝45／18．5＝2．43，满足一般的取值范围（λ＝2～3）要求。

3.4、电机的最高转速和额定转速

汽车用电机大多数情况下是高速电机，综合考虑功率密度、综合效率、电机质量、可靠性等因素，并根据实际产品的市场情况，选取电机的最高转速nmax为9000r／min。电机的扩大恒功率区系数β的取值范围为2～4，这里取β＝3，则额定转速nr＝nmax／3＝3000r／min。

3.5、动力系统部件参数匹配

整车功率需求根据车辆动力学理论，整车功率需求满足如下关系：

式中：Pv―整车需求功率，kW；g―重力加速度，9.8m/s2；m―车辆满载质量，kg；i―道路坡度；δ―旋转质量换算系数；dua/dt―车辆加速度，m/s2；ua―车速，km/h。设分别由上式计算得到的最高车速总需求功率、最大爬坡度总需求功率和车辆起动加速总需求功率分别为Pv1、Pv2和Pv3，则动力系统总功率由下式来确定

式中：P―动力系统总需求功率；Paux―整车附件功率需求。

3.6、电机参数选择

混合动力汽车发动机提供稳态功率需求，而电机向电驱动系统提供所需的峰值功率。理论上，发动机与电机最大功率之和大于整车总功率需求即可满足驱动要求。实际上，发动机最大功率在最高转速下得到，而实际车辆峰值驱动功率需求的工作点却不一定在发动机最高转速下。即要求电机峰值功率满足：

初步选取电机额定功率为10kW，峰值功率为20kW，过载系数β=2。

3.7、动力电池组参数

选择动力电池组参数匹配主要是满足车辆行驶的功率需求和能量需求，满足如下条件：（1）动力电池组的输出功率不小于所选电机的峰值功率；（2）动力电池组在其正常应用范围内所提供的总能量不小于爬坡或加速时所需要的最少能量，同时能满足一定要求的平路纯电动行驶里程。

3.8、驱动系统和电池管理的控制策略

在驱动控制时，以电机电流为控制对象，采用电机电流闭环控制。控制电机的电流即控制其转矩，驱动电机在不同转速下的转矩受其相应转速下的最大转矩的限定，使得电机的最大输出转矩和峰值输出功率符合图1所示的机械特性要求。当电流超过电机允许的最大电流时，通过电机控制器关闭电机。此外，电机电压还受到最小电压的限定，当电压低于最小电压时，驱动电机不能运行。蓄电池模块根据电力总线的功率需求，通过电池组电压/内阻模块、功率限制模块和电流值计算模块计算电力总线实际得到的功率，并通过SOC（荷电状态）算法模块计算得到SOC值变化曲线。电池组的电压受电池组所能提供的最大电压和电机控制器要求的最小电压的限定，最大输出功率受等效电路和电机允许功率的限定，充放电电流的最大值也均受到一定限制。

4、结语

根据动力传动系统的设计原则和设计目标，设计的增程式电动汽车的动力传动系统的参数匹配方法对于指导增程式电动汽车的开发、提高汽车性能和安全性，以及对于电动汽车底盘集成控制系统的开发都具有重要的工程应用意义。

参考文献

[1]黄万友.纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D].山东大学,2012.

动力系统分析篇（5）

1 引言

电能计量是保证电费合理、公平结算的根本方式，在电费结算中占据着很重要的位置。日常生活中，个人、单位、企业等任何需要用电的用户，其使用电能的多少都需要电能计量装置体现出来，所以，如果计量装置出现损坏、计量不准等故障，将会直接导致装置计量装置记录的电能量与实际消耗电能之间出现偏差，进而导致供电、用电双方出现用电不明确等问题。

2 计量自动化系统的概述

2.1 大客户负荷管理系统

主站端的计算机系统、客户端的现场终端、计量表计和数据通信网络是大客户负荷管理系统的主要构成，其主要职能是利用先进的计算机网络通信技术和自动控制技术，在线检测客户的用电数据，并结合客户抄表和原有负荷管理系统自动采集、分析、计费电量。此系统节省了很多人工作业量，大大地提高了用电监测及负荷管理水平。

2.2 地网遥测系统

地网遥测系统由主站、终端和传输通道三部分组成，系统依靠网络技术、数据库技术、存储技术、实时接口技术以及Web 技术，计量考核各变电站，并对关口的电能量及时、自动地进行采集，然后加工处理、计算后再存储传递，是电量数据的一个综合应用平台。该系统为线损的统计、分析和电网电量的管理和决策提供了可靠详实的基础数据，有助于建立真实、准确、全面且及时的电网电能量管理机制。

2.3 配变监测计量系统

主站系统、公用变用户处的电量计量装置、采集装置、供电电源及传输通道等构成了配电检测计量系统，其主要负责监测该计量点的运行情况，统计负荷情况，同时进行该计量点的月电量营销上传以及分析配网线损的工作。此外，配变监测计量系统的终端具有采集月冻结电量、瞬时量等的功能，同时还可以监测计量异常、交流采样、采集开关状态、监测电能质量，并管理预购电等。该系统一般每15min采集一次数据，这些检测到的基础数据便于进行电量分析、线损分析、无功潮流分析、谐波分析、负载分析、电流不平衡分析及电压合格率统计等。

2.4 低压集抄系统

统计计量点的负荷情况，并上传该计量点的月电量营销到系统中以及对配变台区的线损进行分析等是低压集抄系统的主要工作。该系统包括主站系统、居民用户侧和小区配电房侧装设的相关电量计量装置、采集装置、供电电源、传输通道等。其中，低压集抄设备采集小区居民的月冻结电量和电能表表码时多应用RS-485组网或载波等方式。

3 计量自动化系统的应用

3.1 计量自动化的“四分”线损

分压、分区、分线和分台区的对所管辖电网的线损进行管理为线损的“四分”管理。

（1）分压管理。按不同电压等级对所管辖电网进行线损统计、分析、考核为线损的分压管理。具体来说，电力系统对于管辖区内的电压，根据电压的等级分别统计线损，进行线损分析后再考核管理。实际上就是从宏观的角度，了解整个电路的管理单位在不同电压下线路的损耗情况。

（2）分台区管理。分台区管理是指电业部门和相关企业对管辖区内的公用配电变压器进行管理。相关部门和企业要准确统计供电区域内公用配电变压器的电能损耗，然后再对统计数据进行全面的分析，最后进行考核。

（3）分线管理。是指及时地对管辖电网里的电压主设备（主要包括10KV馈线、主变变损和送电线路）的电能损耗情况进行统计、分析和分线管理的考核，

（4）分区管理。电业相关部门和企业以行政管理单位为基准对管辖区内的供电区域进行划分，进行数字的统计和分析，再分别进行考核。其中分区管理考核的线损率被称为综合线损率。

3.2 计量自动化系统线损管理的优势

以往线损分析计算工作都需要待抄表人员到现场读取完所有表计冻结数据，汇总上报后，线损分析人员才能根据填写好的电量数据执行线损公式计算，得出结果。但由于工作人员每月抄表一次、线损也就分析一次，实时性差，且因抄表的不同时性和不准确性使统计线损率与实际值有较大的误差波动。因此，传统的方式时效性差，难以及时控制线损指标，也就不能及时地调整运行方式、及时地发现并堵塞管理线损的漏洞，从而使供电企业的经济损失增加。

相比传统的分析计算，计量自动化系统具备了线损四分计算实时分析功能。在分析对象已实现所有计量点全覆盖并正确采集数据的情况下，通过在系统中建立正确的线损计算公式和线路、用户对应关系，对采集到的电能数据进行计算，就能够得出真正实时准确的线损率，能够实现当前、日、月不同时段的线损情况分析计算；对于线损率超过设定告警阀值的分析计算结果采用涂色突出显示方式提醒相关人员；根据自定义分析对象，自动生成各种线损四分报告，有效减少等待月度电量数据收集和人工分析的耗时，使线损分析依据数据和手段更多元化，切实为员工减轻工作负担。而且在计量自动化系统中，我们改进了传统的线损“四分”管理模式，使其能够自动生成线损计算公式并建立线损的动态模型。并且及时更新了配电GIS网络，建立了线到变、变到户的关系维护机制，很好地解决了10kV线路在环网供电下的分线线损的计算难题。在流转处理和分析线损异常的基础上，能够闭环监督线损的异常并实施管理。理水平的精细化。

4 计量自动化系统的效益分析

4.1 解决了接入系统电能表远程抄表问题

利用电能计量自动化系统，大力推广专变客户、公用配变和低压居民的远程抄表，代替人工抄表。抄表人员在营销系统可以直接调取电能计量自动化系统的当月月冻结电量表码值，用于计费结算。极大的减少了抄表的工作量，提高了电量的准确性和正确性，解决了线损计算中由于抄表时间不一致，而导致影响线损的准确性。

4.2 错峰管理

动力系统分析篇（6）

中图分类号：X24 文献标识码：A

文章编号：1005-913X（2015）07-0259-01

一、道路运输业能耗系统分析方法

系统动力学（System Dynamics，简称SD）是由麻省理工学院的Jay W. Forrester教授于1956创立的一门研究系统动态复杂性的科学。它以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段，通过建立反馈环、设定各种变量以及建立相关方程实现系统仿真，主要用于研究复杂系统的结构、功能与动态行为之间的关系。目前，系统动力学的应用非常广泛，已深入到各领域。综上所述，系统动力学方法适用于研究道路运输业能耗系统。

二、道路运输业能耗系统分析

（一）道路运输业能耗与经济发展

道路运输业作为经济系统的重要组成部分，与经济发展关系密切。通过分析道路运输业能耗与经济发展的相互关系，建立因果关系如图1所示。图中箭头表示因果关系，正负号分别表示正反馈关系和负反馈关系。

图1包含了2个反馈环，一个正反馈环，一个负反馈环。从图中可以看出，一方面，随着道路运输需求及供给的增长态势，导致能耗增加，环境污染严重，制约经济发展；另一方面，车辆研发技术和替代能源开发提高，促进道路运输业节能减排，促进区域经济良性发展。

（二）道路运输业能耗与人口增长

道路运输业能耗与人口增长的关系如图2所示。从图中可以看出，随着人口的增长，客货运输需求增加，道路运输业能耗呈增长趋势，导致环境污染加重，有害人体健康，从而又阻碍了经济发展，形成了负反馈关系。

（三）道路运输业能耗与车辆保有量

道路运输业能耗与车辆保有量的因果关系如图3所示。车辆保有量的增加导致能耗增长，燃油价格随能耗增加而增长，最终又抑制了车辆保有量的增长，形成负反馈关系。反馈关系表明，道路运输业能耗与车辆保有量之间是相互制约关系，应该协调、均衡发展，采取一定措施控制车辆保有量的增长，这样才能促进经济的稳定有序发展。

（四）道路运输业能耗系统因果关系图

根据图4的因果关系可得出道路运输业能耗系统主要因果反馈环如下。

1.GDP交通运输业投资运输供给运输需求能耗污染GDP。该反馈环为负反馈环，表明道路运输业能耗与GDP的制约关系。

2.GDP装备技术替代能源能耗交通污染GDP。该反馈环为正反馈环，反映了道路运输业能耗与经济的相互促进关系。

3.GDP运输需求道路运输量道路运输收益GDP。该反馈环为正反馈环，表明了经济发展与道路运输业的相互促进关系。

4.车辆保有量能源消耗量燃油价格车辆保有量。该反馈环为负反馈环，反映了车辆保有量与能耗之间的制约关系。

动力系统分析篇（7）

目前电力学科内还没有专门针对动态仿真误差的系统理论，但从所查阅的文献来看，有些专家在处理特定的研究课题时采用了一些误差方法[9]。综合起来有两类：一是定性的分析；二是量化的分析。

定性分析一般采取目测法，就是在一定的坐标和显示尺度下，描出动态变量的时间序列点，形成时间曲线。并且将同一扰动下仿真模型响应结果和实测系统的响应结果描成两条曲线，通过观察曲线间的接近程度来判定变量间的误差大小。

量化的误差分析和误差评定是对动态变量间的差异给出数值化的指标，可以克服目测法等定性分析方法的局限。同时，为模型校验、算法优化提供数学依据，也需要量化的误差评定。总结其他文献的处理方法，可分为三大类：即残差分析、特征量分析和模式识别。

(1) 残差分析

对仿真结果进行基于残差的误差计算，是在辨识算法中出现的。残差分析的主要思路为，将动态变量的比较时间序列减去基准时间序列，得到一组残差时间序列，再对残差时间序列建立合适的数学模型，并给出相应的定量指标。

(2) 特征量误差分析

特征量误差分析是相对于残差误差分析的另一种误差计算和分析方法。首先对动态变量进行特征量提取，通过比较特征量的差异表达动态变量的差异。

(3) 模式识别

对于某些非常复杂的信号、图像，难以使用传统的数学方法进行分析，常常使用智能方法处理。模式识别经常用于判断两个信号、图像是否属于同一类。

2. 电力系统动态变量基本特征分析

当使用同步互连技术连接交流发电机时，无论何时发生扰动，都将观测到振荡。原因在于发电机上的同步转矩将其带入同步运行的能力。本质上讲，发电机通过振荡交换功率，当一台发电机加速时，其它发电机将减速。

实际系统中，可以把稳定的振荡过程分为两类：

1）系统趋向一个新的平衡点。例如，线路短路、断开、不重合，故障后的系统趋向一个新的稳定平衡点。

2）建立等幅的振荡过程，这时需要一定的措施才能使之达到一个新的稳定的非振荡状态。研究表明，大扰动和小扰动存在一定的统一关系。当系统的网络结构、运行方式基本不变的情况下，不论是大扰动还是小扰动，其振荡模式基本相同。

3. 仿真计算方法

应用Prony算法分析实测振荡数据，可以确定系统振荡频率和振荡模式；可以定量分析系统振荡的阻尼问题；对于大系统可以分散提取各个信号的特征，与系统的阶数和参数没有关系；可以提取曲线的振荡特征，为振荡仿真分析可信度提供有力验证。因此，Prony分析是提取电力系统动态变量特征，计算仿真误差的有力工具。

4. 影响误差计算的因素

现有的负荷模型辨识算法中采用残差序列的范数平方和来表达误差的大小，在表征负荷模型仿真算例的误差水平时，存在一些问题需要解决。例如负荷水平的影响因素。

挑选了某变电站两组不同无功水平的扰动数据进行说明。

负荷稳态无功负荷水平为102.3MVar，5b负荷无功负荷水平为 12.2MVar。

采用如下的误差计算准则进行误差计算：

（ 1-1 ）

其中，为无功仿真变量，无功实测变量，为扰动时段的无功均值。此式意义为无功仿真结果的均方差相对于实测扰动幅度均值的误差。

计算结果如表1所示：

表1 不同负荷水平仿真误差值比较

可见，低负荷水平下的仿真结果对于负荷扰动动态的拟合要优于高负荷水平下的仿真结果对该负荷水平下负荷扰动动态的拟合。但采用以负荷水平作为基值的误差计算准则（1-1）的计算结果却显示相反。其原因在于，以负荷的均值为基值，负荷水平越低，则相对误差越大。如作为最终误差评定结果，则可能会引起与实际完全相反的结论。

综上所述，不宜直接采用负荷水平作为误差计算准则的基值。

5 总结

本文通过分析电力系统动态仿真的特点，确立电力系统动态仿真评估必须综合考虑元件模型、参数准确度和全网动态仿真输出准确度，确立了实测数据的方法和仿真原则。电力系统动态仿真是一个确定型仿真，而电力系统中有很多随机因素，如何正确认识电力系统中的随机因素，将随机因素造成的误差与模型、参数造成误差分离开是必须要解决的问题，也是需要深入研究的问题。

动力系统分析篇（8）

一、引言

随着经济社会的发展，人们对生活品质的要求越来越高，对汽车的舒适度的要求也越来越高。汽车的噪声是影响汽车舒适度的一个重要因素，因此，如何减低噪音是汽车研究的一项重要课题。电动助力转向系统（Electric Power Steering），简称EPS,是当今汽车的主流配置之一，正逐渐取代传统的液压助力转向系统。然而，电动助力转向系统也有噪音产生，如何降低电动转向系统的噪音也是当前汽车技术改进的一个重要课题。

二、汽车电动助力转向系统概述

    电动转向助力系统，是在传统液压机械转向系统的基础上，多增加了传感器设备、电子控制设备和转向助力机构等。电子控制设备依据各种传感器传回的信号，精确控制转向过程中的转向、回正、中间位置等各项环节，使的汽车在行驶中从低速度到高速度的整个范围内都能够得到最优化的转向回正，可以大大提升汽车在行驶过程中的操控稳定性。简单的来说，电动助力转向系统由控制器和控制对象两部分组成，根据控制对象的性能特征，控制器进行相应的校正，是系统达到最优的状态，满足车辆稳定需求。与传统的液压机械动力转向系统相比，电动助力转向系统有一下优点：①只有在需要转向的情况下，电动转向系统才会启动电机开始是工作，可以减少发动机的燃油消耗；②无论何种形式工况下，电动棒转向助力系统都能够提供最佳助力，也就是说，无论是高速行驶还是低速行驶，还是其他形式条件发生了变化，电动助力转向系统都能够提供最佳的转向助力，提高了车辆行驶中的安全性、操控性和稳定性。③电动助力转向系统没有液压回路，在调整和检测的时候更加简便容易，装配的自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，快速匹配不同的车型，大大缩短了生产和开发周期。④电动助力转向系统不存在漏油问题，能够减少对环境的污染。因此，采用电动助力转向系统也是汽车节能减排的一个重要环节。但他也有缺点，与传统的液压机械动力转向系统相比，电动助力转向系统的缺点就是噪音比较大。不过，电动助力转向系统拥有的种种优点，仍然使得其成为大多数家用汽车的标配，越来越多的走进千家万户[1]1-2+5。

三、汽车电动助力转向系统振动噪声分析

    1、振动造成产生原因测试分析

电动助力转型系统的噪声大致有这个几种：电磁噪声、连接件间隙撞击产生的噪声以及摩擦噪声等。这些都是因为振动[l1] 所造成的噪音。确定噪声来源，是控制噪声的基础。为了准确找出电动助力转向系统产生噪声的原因，我们采用主观评测与客观实测数据分析相互结合，实验验证和信息处理相结合的研究方法。一般驾驶员操作转向系统是随时性的操作，因此，如果想要了解电动助力转向系统的噪声基本特征，就不能只在某一时段去分析，必须要使用小波分析等时频域分析的方法，才能了解噪声信号在时变过程中的频率特性，清晰显示出可能与异响相对应的信号[2]314-317。时域信号因为各种频率信号的重叠，很难看出规律。频域信号是完整采样周期内的的频域能量分布，同样不能直观反映出间断性异响所对应的局部时段的频率特性。然后在小波变换所反映出的色谱图当中，各个局部时段的频率特性能够清晰的显现出来。例如，在色谱图中的0.3秒左右时段，能够清晰观察到900Hz上下的频率波段很突出；在色谱图的1.2秒左右时段，能够清晰观测到1700Hz上下的频率成分很明显，这种在某一时间段特别突出的频率波段，在人们的耳朵中听来，感觉就是间断性异响。

为了能够进一步判断驾驶员在转动方向盘的时候噪声的时频特性，也就是确定噪声的频率和时间的延续性。我们使用MATLAB软件”，将噪声的测试结果还原成声音信号，并且根据色谱图显现出的信号时频的特性，对此信号进行时域局部取样和频域低通、高通、带通、带阻等多项处理，同专业的听音师共同确定了EPS所产生的明显的间断性噪声，其中，主要对应的就是色谱图中的900Hz和1700Hz左右的频段。转动方向盘时电机所产生的噪音之所以让人感到烦恼，是因为某些特定的单调的频率的声级较大并且持续的时间很长。下图就是司机在转动方向盘的时候所持续产生的频率在900Hz与1700Hz附近的噪音情况[3]114-116。

    2、数据处理方法分析

    使用电动助力转向系统时所产生的噪音是来源于各种激振力所造成的振动发声，当中的结构共振是其主要的组成部分。为了准确判断电动助力转向系统工作时所发出噪音频段所对应的部件，使用快速小角度重复转动方向盘产生冲击力的方式，得到了主要部件的其中一部分固有频率特性。随后，我们对同步测量的噪声振动信号进行了时频特征分析，得到的时域曲线与频谱分析结果。其中，对噪声明显的电动助力转向系统，在发动机怠速和不工作的两种工况下，快速大幅度的转动方向盘，进行振动噪声测试的得出的数据，对噪声不太明显的电动助力转向系统，同样在发动机怠速和不工作的两种不同的工况下快速大幅度转动方向盘，进行震动噪声的测试数据，因为使用小电机时系统噪音不明显，所以其数据仅仅作为使用大电机系统时候的参照数据[4]14-19。

四、振动噪声产生因素分析

1、在使用大电动机的电动助力转向系统，当发动机怠速和不运行的两种不同工况下快速大幅度转动方向盘，所产生的噪音听起来使人感觉不快，原因是某些特定频率的声音较大且持续的[l2] 时间较长，因此人听了之后会感觉烦躁。

2、使用该电动助力转向系统，在发动机不工作的情况下快速大幅度转动方向盘，所产生的噪音频率在1300Hz左右。和有阻尼自由振动信号有相对应的衰减信号特征，并且具有持续性。这种震动噪声一般与持续变动的载荷激励有关。而在使用小电机的电动助力转向系统时，则噪音不明显。其原因为，在电动助力转向系统的传动链中，电机的转子和丝杆[l3] 的转速是其他运动部件的16倍多。而根据动力学基本原理，传动系统存在速比时，当量转动惯量是常规转动惯量乘以速比的平方。所以，如果以涡轮轴转速为标准，电机的转子和蜗杆的当量转动量是其常规转动量乘以16.52，而其他运动件的当量转动惯量就是其常规转动的惯量。因此，当使用大电机的电动助力转向系统的时候，就容易会持续性的激励起某些状态的有阻尼自由振动，所引发的结构升表现出来就是噪声[5]482。

3、对于使用这种电动助力转向系统，分别在正常情况下和去除电机机刷的情况下，快速小角度重复转动方向盘进行振动噪音测试分析，其中，电机在正常情况下快速[l4] 小角度重复转动方向盘所引起的冲击性振动噪音带有宽频带的特征，高、中、低的成分都有。在摘掉电机机刷之后，快速小角度重复转动方向盘所引发的冲击性振动噪音中，3000Hz以上的波段基本消失，说明3000Hz以上的频率波段主要是因为电机机刷和其他零部件碰撞所引起的噪音[6]1-6。

经过使用MATLAB软件对电动助力转向系统工作时所发出的的噪音进行测试数据分析，我们找出了电动助力转向系统工作时所发出噪音的主要原因以及发出噪音的主要部位。这些噪音的主要由电机的电磁摩擦噪音、连接件间隙之间撞击的噪音以及摩擦音等构成的。解决的办法是，电机的电磁噪音可以通过优化结构设计、精选部件材料、严格控制加工工艺和进一步改善装配[l5] 工艺解决。连接件之间的间隙也同样可以用改进结构和装配工艺[l6] 来减小或消除。对于降低摩擦噪音，可以改善转向机的小齿轮，丝杆和丝杆螺母的表面粗糙度，并涂上适当的润滑脂[l7] 。电刷的质量也要提高，电刷的压力要合适，一般400-500g/cm2 为合适的压力值。当然，随着无刷电机的日益广泛应用，电磁摩擦音带来的噪音也会大幅度降低，我们将主要着眼于改善连接件间的撞击和摩擦带来的噪音。[l8] 当我们逐步解决这些噪音问题之后，电动助力转向系统将变得更加完善，装载到汽车当中，将会对汽车的舒适度有更大的提高，让人们轻松享受驾驶的乐趣！

【参考文献】

[1]晋兵营,宁广庆,施国标.汽车电动助力转向系统发展综述.[J].拖拉机与农用运输车, 2010, (01):1-2+5

[2]程寿国,陈小龙.汽车电动助力转向系统改装技术研究.[J].机电工程, 2013, (03):314-317

[3]徐春华.汽车电动助力转向系统测试和分析.[J].制造业自动化, 2011, (08):114-116

动力系统分析篇（9）

0 引言

动力电池热管理（Battery Thermal Management System， BTMS）是汽车动力电池系统的重要组成部分，它不仅对电池性能、寿命、安全等有重要影响，而且它是电动汽车整车热管理的重要组成部分，与整车热管理有着密不可分的关系。随着电动汽车市场推广程度的逐渐深入，对电池系统热管理的要求也越来越高。目前已有不少学者对动力电池热管理系统进行研究。电池生热理论是电池热管理首先需要解决的问题，这个领域研究较早。有关研究系统分析了电池散热能力的影响因素[1]。有研究提出了BTMS的设计方法，并详细论述了各种散热系统，包括空冷系统、液冷系统、相变冷却、热管冷却和复合冷却等[2]。但是，该研究仅仅讨论了各种冷却系统，并没有全面分析与探讨完善的热管理系统。同样地，有些研究把问题焦点集中在电池散热上，包括散热结构设计、仿真分析等等[3-4]，很少有研究从总体上较全面的讨论动力电池热管理系统设计。鉴于此，本论文对动力电池热管理进行系统分析，并对总体设计做一论述。

1 动力电池热管理系统结构与功能的分析

从宏观上讲，动力电池热管理是对电池系统内部热环境进行控制、调节和利用。其目的是为了使动力电池工作在一个最佳的热环境，充分发挥电池的性能。同时，提供一个能量平衡的环境，实现整车能量的综合利用。具体而言，热管理就是在电池系统中温度过高时，对系统进行降温；在温度过低时，对系统进行升温；在特殊情况下，譬如停车等待过程中，要对系统进行保温。根据热管理的不同应用场合和功能，分为冷却系统、加热系统和保温系统。

1.1 冷却系统的基本构成与功能

冷却系统是动力电池热管理系统中最重要的组成部分。受制于目前技术瓶颈的限制，动力电池工作的温度环境要满足特定的要求。譬如磷酸铁锂电池的一般环境温度为-20℃～60℃。电池在充放电过程中会不断地产生热量，电池系统内部温度很容易超过这一范围，因此一般的电池系统都需要引入冷却系统。

根据冷却介质的不同，冷却系统通常可分为空气冷却、液体风冷和相变液冷三种冷却方式。这三种冷却方式的散热能力是依次增强的。同时，冷却系统的结构复杂度也依次增加。由于相变冷却成本比较高，考虑到降低成本的因素，目前工程技术上常采用空气冷却和液体冷却两种方式。

除了根据冷却介质区分冷却系统以外，冷却系统也常常分为主动冷却和被动冷却两种形式。通常被动冷却系统直接将电池内部的热空气排出车体，而主动冷却系统通常具有一个内循环系统，并且根据电池系统内部的温度进行主动调节，以达到最大散热能力。一般而言，被动冷却形式具有结构简单、零部件数量少、成本低等优点，被广泛用于电池冷却系统设计中。

无论是空冷系统，还是液冷系统，一个完整的冷却系统应包含以下组成部分：①冷却动力部件，风冷系统主要是风机或风扇；液冷系统是水泵；②传递路径，是指冷却系统介质流经的路径，风冷系统由风管组成，液冷系统由水管组成；③接头件，由于传递路径不可避免的存在分叉，这些分叉部位需要接头件进行连接；④密封件，通常在进出风口或液置进行安装；⑤其它附件，主要是组成冷却系统的一些必备连接件、防尘件、卡环等等。

1.2 加热系统的基本构成与功能

一般而言，加热系统是为了满足在低温环境下能够使电池能正常充电。加热系统主要由加热元件和电路组成，其中加热元件是最重要的部分。常见的加热元件有可变电阻加热元件和恒定电阻加热元件，前者通常称为PTC（Positive Temperature Coefficient），后者则是通常由金属加热丝组成的加热膜，譬如硅胶加热膜、挠性电加热膜等。由于汽车地域适用性较为广泛，在寒冷地区要使电动汽车能正常使用，必须对电池加入额外的加热系统以满足要求。

PTC由于使用安全、热转换效率高、升温迅速、无明火、自动恒温等特点而被广泛使用。其中陶瓷PTC元件较为常用，其成本较低，对于目前价格较高的动力电池来说，是一个有利的因素。陶瓷PTC元件通常不能直接用于加热，而需要设计金属外壳体，陶瓷PTC通过加热外壳体而将热量传导给其他结构。

然而，使用陶瓷PTC作为加热元件的缺点也很明显。首先，包含PTC的加热件体积较大，会占据电池系统内部较大的空间。其次，PTC的外壳是金属件，会存在绝缘问题。除了常规的陶瓷PTC这类相对硬度较高的材质，还存在一类柔性PTC。柔性PTC是指其PTC的组织结构柔软、重量轻、厚度小（通常可做到0.5mm以下），它可以根据需要作成任何形状。这类PTC广泛的用于汽车坐垫加热，目前也正逐步在电池加热中使用。但是，这类PTC加热器的成本会相对较高。

绝缘挠性电加热膜是另一种加热器，它可以根据工件的任意形状弯曲，确保与工件紧密接触，保证最大的热能传递，并且其厚度可以达到0.25mm左右。硅胶加热器是传统金属加热器无以伦比的具有柔软性的薄形面发热体。它在玻璃纤维布上下二片中夹入硅胶后适压而成的二片薄片构成，具有良好的传热性（标准1.5mm）。由于柔性，它可以与被加热物体完全密切接触。这两种加热器都属于恒定电阻加热器，其安全性要比PTC差些

1.3 保温系统的基本构成与功能

保温系统与加热系统的功能有点类似，但是严格地讲又有区别。保温系统更多的情况下是为了满足短期内电池系统内部温度热环境在正常区间内。例如，在冬天低温下，电动汽车临时停车2个小时后再工作，那么在2个小时时间内，必须要有保温系统的作用，以防止电池系统内部温度过快的下降造成的影响。保温系统设计通常采用保温材料或者保温漆等，起到隔绝的作用，防止电池系统内部温度过快的散发。

2 动力电池热管理系统总体设计目标与流程

2.1 动力电池热管理系统设计的基本目标

BTMS设计首先要提出明确的设计指标，包括定性指标和定量指标两个方面。通常，定性指标根据实际情况与理论分析，相对比较容易提炼；而定量指标需要在反复设计、试验以及论证后才能得出比较科学的数据。同时，在获取各项指标的过程中，不仅包括要考虑与分析电池系统的结构与功能，还要充分考虑电动汽车整体系统的设计。

目前，常见的热管理的设计指标主要包括以下三类：

（1）电池系统热环境温度范围。这是热管理系统设计的基本指标和要求。不同类型的电池对温度范围界定并不相同。根据理论研究与设计经验，磷酸铁锂电池这个设计值的范围大多落在-30℃～60℃之间。

（2）热环境一致性。该设计指标非常关键，是评价冷却系统优劣的重要技术指标。目前，工程技术上大多取5度范围内，但由于pack的结构、空间等因素的限制，要满足5度的设计指标比较困难。

（3）低温加热温度控制。对于磷酸铁锂电池，低温充电的性能较弱，因此通常需要引入加热系统。低温加热的温度控制也是一个重要的热管理性能指标。

2.2 动力电池热管理系统设计的总体流程

（1）确定外部输入。这一部分通常是指考虑与分析整车使用要求和环境要求，比如功率、能量、放电倍率、行车工况、环境温度等因素。

（2）根据外部输入确定电池功率需求以及能量需求。

（3）计算电池生热量。通常，电池生热量可以根据电化学理论、热力学理论等计算。但在工程中，可以用简单的焦耳热去代替。

（4）根据车辆使用的环境要求，确定动力电池系统是否需要设计冷却系统、加热系统和保温系统。同时，在冷却系统设计中要确定是使用自然冷却方案、强制风冷方案还是强制液冷方案。

（5）根据1～4确定设计说明书，如果计算结果超过热管理设计目标，那么要重新考虑电池选型或者电池热使用环境。

（6）根据设计书进行详细设计，包括结构设计以及仿真分析。在这一阶段，CFD仿真和热仿真占用了大量时间，结构设计根据仿真结果进行调整与完善。

（7）动力电池的试制。

（8）动力电池热管理性能测试，包括冷却效果测试、加热效果测试和保温效果测试三个基本方面。

3 总结

针对目前动力电池热管理研究过于集中冷却系统上，本文从理论分析与工程技术的角度，完整地讨论与分析了动力电池热管理系统的各种组成部分与功能，包括冷却系统、加热系统和保温系统。同时，根据前人的有关研究与实际设计，对动力电池热管理系统的总体设计流程进行了分析与阐述，从整体上展现了汽车动力电池热管理系统设计的基本目标、基本流程与基本要求。

【参考文献】

[1]林成涛，田光宇，仇斌，等.MH-Ni动力电池散热能力影响因素分析[J].电源技术，2008，32（2）：115-119.

动力系统分析篇（10）

0引言

电气自动化技术主要包括电气技术、电气设备、自动化技术系统的安装过程、设计理念、调试方法维护、技术改造、产品开发及技术管理的高级技术应用。随着经济技术发展及全球化的进步，合资企业及外资企业不断深入中国市场，这些企业存在大量的设备需要使用电气自动化技术[1]。因此，电气自动化技术显得尤为重要。

1电气系统中电气自动化技术的发展方向

1.1电力系统自动化实施仿真系统

针对电力系统技术中的电力系统及负荷动态特性的检测进行深入的分析及研究后实施仿真建模系统的设计，将先进的电力系统数字模拟实施仿真体系进行引进，将混合实施仿真环境创建完成，在实验的过程中电力系统的自动化仿真系统能提供大量的参考数据，进行多元化的电力系统暂态及稳态实验操作，连接各项控制装置后形成一个闭环的系统，是新装置进行测试的研究方向及引导起点，是研究电力系统的控制及智能保护提供最坚实的基础保障条件。

1.2电力系统应用过程中的人工智能

根究电力工业发展的需要，分析及诊断电力系统及元件中的运用方法、故障现象及规划设计等，针对分析及研究采用进化理论、专家系统及模糊逻辑等，在分析电力系统及元件的基础上研究电力系统的应用及智能控制理论，以此达到控制智能化水平发展方向及提高电力系统运行状态及效果的目的[2]。

1.3电力系统中的自动化技术及智能保护

通过研究电力系统自动化保护的新原理，在电气自动化保护装置中加入了国内外较为先进的自适应理论、网络通信功能、综合自动控制系统及微机技术等，将智能控制的特点及优势融入新型保护装置中，以此达到提高电力系统安全性的目的。现阶段普遍使用的分层式综合自动化装置能有效使用在各种电压等级电站，综合自动化领域的分析达到了较高的水平。

1.4电力系统中配电网自动化技术

将电力系统配电网自动化技术融入到高级应用软件、信息配网一体化、配网模型及低压网络数字的方式能有效突破技术难点，提高了数字信号的处理技术及载波接收的灵敏度等，解决载波在配电网上的路由及应用消耗，将配电网及输电网的理论算法相结合是高级应用软件的主要表现形式[3]，其主要采用了最新的国际标准公共信息模型，将人工智能灰色神经元算法进行复核预测的方式应用进去。

2电力系统中电气自动化技术的应用

2.1智能电网技术方面的运用

计算机技术中的信息管理系统属于运用较为广泛的技术之一，计算机技术与电力系统自动化技术相结合形成的针对全局进行智能化控制的技术就是智能电网技术，属于一个较为典型的技术，主要包括配电、输变电、用户、发电机调度等环节，在计算机技术的系统中运用的较为广泛的就是变电站自动化系统及稳定控制系统两方面，此外，调度柔流输电及自动化系统等也应用在其中[4]。现阶段，在建设数字化电网的过程中实现了智能电网的建设，是智能电网较为坚持的后盾，智能电网中最为典型的是智能电网的通信技术，智能电网的通信技术在建设的过程中需要依靠较多计算机技术进行运行，运行过程中应保证双向性、实时性及可靠性等运行原则，通过应用先进的现代网络通信技术。

2.2电力系统自动化应用计算机技术

计算机的应用在电力系统中的作用较为关键，在电力系统运行过程中的输电操作、配电过程及变电等程序都需要应用计算机技术进行支撑，一定程度上促进了电力系统自动化技术的发展及进步。

2.3电气系统中电网调度自动化的应用

电力自动化系统中较为重要的组成部分就是电网调度，现阶段我国的电网调度一共分为五个级别，各个级别的电网自动化调度与计算机技术均处于密不可分的关系中，总要是国家电网、大区、省级、地区及县级的调度等，在这个过程中最为基础的方面就是计算机网络系统中应用的电网调度控制中心，每个级别的电网调度安装及连接均需要在计算机系统的推动下进行，其形成一个自动化的电网调度系统，将整个电网调度的系统进行整合，而风作战、变电站终端设备、服务器、大屏蔽显示器、调度范围内的发电场及打印设备等也属于自动化电网调度系统中的重要程序。在电网调度自动化的作用下计算机不仅仅是监控电网运行是否处于安全状态下，其还搜集了电网运行的其他数据，能有效发挥电力系统的电力负荷及状态预估的效果，其主要通过电力系统专用广域网连接的测量控制、夏季电网控制等装置进行电力系统的状态及电力负荷进行预测及预估[5]。

3电力系统中电气自动化技术系统及发展前景

3.1电力系统中电气自动化技术系统

3.1.1电缆设计在自动化系统外部的应用

外电缆设计在变配电站综合自动化中的设计较为简便，使用的材料为一根通信电缆（计算用屏蔽的电缆，并准备一对进行备用，选择使用双芯屏蔽双绞线或光缆）及一根220V的交流电源线，采用专用的电源进行电力监控器进行供电，提高供电的充足性，加强大型变配电站的抗干扰能力；选用220V直流电源进行部分电力监控器进行供电，采用的供电模式为直流屏集中供电，选用具有监控功能的电力监测器进行供电，不能现场进行控制的情况为当变配电站的数量不多时，电力监控器的通信电缆应直接引入中央控制器中。

3.1.2变压电站自动化系统的选择及应用

根据实际的情况、设计的标准及系统功能的具体状况等进行变压电站综合自动化系统的选择及使用，高级专家功能、数据库搜索功能、网络互动功能及运行管理功能等是一般变压电站综合自动化系统需要具备的基本功能，变压电站综合自动化系统选用的基本原则应满足系统运行过程中保证运行的可靠性及安全性及性价比较高等要求。若出现不合理的变压电站综合自动化系统将会出现电力系统自动化设计数据提供方面出现偏差的现象，无法保证电力系统的自动化设计技术保障。

3.2力系统中电气自动化技术的发展前景

3.2.1广泛应用以太网技术

以太网技术的发展速度较快，在使用过程中具备传输速度较快及传输的数据量较多等特点，能满足电力系统综合自动化系统在运行的过程中需要进行的传输数据的功能及标准，以太网技术具有精确的、实时的优势，具有较好的发展前景。

3.2.2综合电气自动化技术系统

在国际标准中的应用电力系统电气自动化中应用智能电子设备的范围越来越多，为了满足信息的兼容及共享，我国开始在电气综合自动化技术系统的方面进行研究及发展，因此，国际标准的应用属于综合电气自动化技术系统发展的主要趋势[6]。

3.2.3保护+控制+测量一体化

在进行电力系统综合电气自动化技术的合理使用过程中，为了提高工作效率应将电力自动化技术系统中的测量、控制及保护结合在一起，实现一体化的操作，测量+控制+保护一体化能有效简化电力系统设备，提高电力系统运行的可靠性。

4结语

电力系统中采用的自动化技术在其中的应用越来越广泛，自动化技术使得电网的管理方式发生了较大的变化，在自动化技术的不断选择及应用过程中纳入了较多的新技术及新理论，使得传统的技术界限较为模糊，各种自动化技术相互渗透及联系，不断推动了电力自动化系统的变化。原有的自动化技术系统的相关概念会随着科学技术及经济的不断发展而发生巨大的变化，电力系统的相关工作人员应结合以往的工作经验，符合电气自动化的设计原则，采用针对性的设计方式及策略保证电力系统使用自动化技术的合理性及科学性。

参考文献：

[1]张春霖.电气自动化技术在电力系统中的运用探究[J].中国科技纵横，2016，10（11）：154-155.

[2]胡荣荣.电气自动化技术在电力系统中的应用探析[J].机电信息，2012，23（30）：109，111.

[3]郑道疆.电气自动化技术在电力系统中的应用和发展[J].电子制作，2014，26（13）：202-203.

[4]张倩.电力系统中电气自动化技术的应用及发展方向分析[J].电子测试，2016，33（23）：130，123.