《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·电气工程、自动化专业规划教材：电器智能化原理及应用（第3版）》是一本系统介绍电器智能化原理及应用的教材，全书分为8章。第1章介绍智能电器和电器智能化的基本概念等内容；第2章说明智能电器一次设备的分类、功能和控制方法，分析了其智能控制的条件和原理；第3，4章主要介绍智能电器现场参量的类型、传感原理、测量电路的形式和元件选择，讨论参量的数字化处理方法和相关算法，并分析测量误差；第5章从硬件和软件两方面介绍智能电器监控器设计的基本原理；第6章说明智能电器电磁兼容性的基本概念和设计原理，给出了相关的测试标准；第7章介绍与电器智能化网络有关的的基础知识，分析电器智能化网络的特点和设计方法；第8章给出多种智能电器设计实例，说明智能电器及电器智能化网络的设计过程。

　　电器是实现电路检测并完成电路接通或分断操作的设备，也是电力系统中最重要的保护设备。随着经济发展和社会进步，特别是目前广泛开展的智能电网建设，对电器运行的经济性、安全性和自动化程度提出了更高的要求，传统电器由于无法感知其运行过程中的故障类型，也不具备思维、判断和基于故障特征的智能操作等功能，因此难以适应现代电器工业发展的要求。智能电器融合了现代电器理论与电子信息技术，是开关电器适应现代电器工业发展的必然趋势。智能电器能够自动适应电网、环境及控制要求的变化，并保证自身与所控制保护的对象处于最佳运行工况。目前，智能电器及相关理论研究已经成为电器学科最重要的发展领域之一。
　　为了适应电器学科的发展需求，西安交通大学和电子工业出版社合作出版了《电器智能化原理及应用》教材，自2003年6月出版第1版（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）、2009年1月出版第2版（普通高等教育“十二五”国家级规划教材）至今，已历10年。本教材的出版和使用，既为我国普通高等学校相关专业提供了一本比较系统、全面地阐述电器智能化理论及研发方法的教材，也为该领域的科技工作者提供了一本有益的参考书，受到了各方面的好评。从第2版出版后，随着智能电网建设的全面开展，电器智能化理论与技术得到了快速发展，应用领域更加广泛，设计技术大大提高，对于智能电器定义和功能的认识也发生了很大的变化。通过教材编著者近年来的教学和科研实践，感到第2版教材在对电器智能化基本概念的认识方面存在不足，且有些内容已落后于当前的发展，需要进行适当修改，使其更准确地反映电器智能化的概念、理论和技术。为此，在西安交通大学和电子工业出版社的大力推荐和支持下，编著者重新编写了《电器智能化原理及应用（第3版）》。
　　本书对智能电器和电器智能化的基本概念、智能电器的基本结构、软硬件设计原理、电磁兼容设计与电器智能化网络的结构与开发等内容进行了全面、系统的阐述，并给出了多种设计实例，以便读者理解学习。全书共分8章。第1章“绪论”，讨论了智能电器和电器智能化的基本概念、电器智能化的主要应用、国内外研究的发展现状和趋势，说明了本课程学习的内容和方法。第2章“智能电器的一次设备”，说明智能电器一次设备的分类和功能，分别介绍了各类开关元件操作控制方法，分析了实现其操作智能控制的条件和原理。第3章“现场参量及其检测”，重点讨论各类智能电器设备运行现场需要检测的工作参量类型和传感原理、常用测量通道的结构、电路形式和元件的选择，分析通道误差及其抑制措施。第4章“被测模拟量的信号分析与处理”，介绍了需要检测的各类现场模拟量信号常用的数字处理方法、测量和保护精度的概念及影响精度的主要因素，说明了数字处理方法引起的主要误差及减小误差的基本方法。第5章“智能电器监控器的设计”，从硬件和软件两方面介绍智能电器监控器设计的基本原理。硬件部分在讨论其整体结构和模块划分的基础上，分别阐述了中央处理与控制模块、开关量输出模块、通信模块、人机交互模块和电源模块常用电路结构、模块中的IC元件及其与处理器件的接口方法；软件部分给出了常用的设计模式及适用场合，重点分析了智能电器中实时多任务调度操作系统基本概念和设计方法。第6章“智能电器监控器的电磁兼容性设计”，系统地说明了电磁兼容性的基本概念和电磁干扰的传播机制；从系统级和印制电路板级两个层面讨论智能电器电磁兼容性设计的原理和方法；给出了与智能电器电磁干扰相关的IEC标准和测试方法。第7章“电器智能化网络”，介绍与电器智能化网络有关的计算机通信网络和数字通信的基本知识，说明电器智能化网络的功能、结构和信息传输特点，并在介绍IEC61850协议的基础上着重讨论了电器智能化局域网的组成结构、运行方式和设计原理。第8章“智能电器及其应用系统设计实例”，通过低压断路器智能脱扣器、电能质量在线监控器、基于专用集成电路的智能电器监控器和变电站自动化系统的设计实例，说明智能电器及电器智能化网络的设计过程。
　　本书由西安交通大学电器教研室组织编写，宋政湘负责第1章中1.1节、第3章、第4章、第6章6.1节、第8章中8.1～8.2节的编写和全书统稿，第5章中5.4～5.6节、第7章和第8章中的8.3～8.4节由张国钢执笔编写，王汝文负责编写了第1章中1.2节和1.3节、第2章、第5章中5.1～5.3节和第6章中6.2～6.3节。
　　需要特别说明的是，本书是在总结西安交通大学电器教研室全体教师多年科研和教学工作的基础上编写完成的，是教研室全体教师辛勤工作的成果。同时，教材编写过程中还吸取了国内在这一领域中研发工作的宝贵经验。编著者也在此对从事电器智能化教学、科研和产品开发的全体同行专家致以崇高的敬意。
　　编著者还要感谢电子工业出版社对本书出版给予的关注、支持和帮助。
　　本书虽然是在第1、2版基础上改编的，但鉴于编著者对相关领域知识的了解深度和对电器智能化认识仍然存在局限，书中难免有不足和谬误之处，诚挚地希望广大读者给予批评和指正。
　　编著者
　　2013年5月

　　宋政湘，博士，西安交通大学电气工程学院教授。“中国电工技术学会电器智能化及系统专业委员会”副秘书。长；IEEE会员

第1章 绪论
1.1 电器智能化概述
1.1.1 智能电器与电器智能化的基本概念
1.1.2 智能电器的基本特征
1.1.3 智能电器的一般组成结构
1.1.4 电器智能化网络的结构和特点
1.2 电器智能化技术的应用
1.2.1 电器智能化在电力系统自动化中的应用
1.2.2 电器智能化在工业自动化中的应用
1.2.3 电器智能化在楼宇智能化管理中的应用
1.3 电器智能化技术的发展
1.3.1 智能电器监控器功能的完善与开发
1.3.2 监控器设计技术的现状与发展
1.3.3 电器元件工作机理的变革
1.3.4 电器智能化网络设计的现状与发展
1.4 本课程学习内容
本章小结
习题与思考题1

第2章 智能电器的一次设备
2.1 智能电器一次设备的功能及分类
2.1.1 一次设备的基本功能
2.1.2 一次设备的分类
2.1.3 一次设备实现智能化的基本要求
2.2 断路器及其智能控制
2.2.1 传统断路器操动机构的工作特点和控制要求
2.2.2 永磁操动机构的基本工作原理及其控制
2.2.3 断路器的选相分/合闸操作
2.2.4 智能断路器监控器的功能和要求
2.3 接触器及其智能控制
2.3.1 接触器的特点及应用
2.3.2 接触器智能控制的目标及基本方法
2.4 其他一次开关元件
2.4.1 负荷开关
2.4.2 隔离开关
2.4.3 接地开关
2.5 成套开关设备
2.5.1 成套开关设备概述
2.5.2 常用成套开关设备及其智能控制
本章小结
习题及思考题2

第3章 现场参量及其检测
3.1 智能电器现场参量类型及数字化测量方法
3.2 电量信号检测方法
3.2.1 基于电磁感应定律的电压、电流互感器
3.2.2 霍尔电流、电压传感器
3.2.3 光学电流、电压互感器
3.3 非电量信号检测方法
3.3.1 温度检测传感器及在智能电器中的应用
3.3.2 湿度检测传感器及应用
3.3.3 电器操动机构机械特性测量
3.4 被测量输入通道设计原理
3.4.1 输入通道的基本结构
3.4.2 模拟量输入通道中信号调理电路原理及常用芯片
3.4.3 多路模拟参量信号与A/D转换器的接口
3.4.4 模拟量采样环节设计原理及常用电路芯片
3.4.5 隔离概念及其措施
3.5 测量通道的误差分析
3.5.1 误差及其表示方法
3.5.2 智能电器监控器被测模拟量输入通道产生的误差
本章小结
习题与思考题3

第4章 被测模拟量的信号分析与处理
4.1 被测模拟量的信号分类
4.2 被测模拟量的采样及采样速率的确定
4.2.1 采样速率对测量结果的影响分析
4.2.2 采样频率的选择
4.3 数字滤波
4.4 非线性传感器测量结果的数字化处理
4.4.1 直接计算法
4.4.2 查表法
4.4.3 插值法
4.5 被测电参量的测量和保护算法
4.5.1 电压和电流信号的采样方法
4.5.2 常用的电量测量算法
4.5.3 基本保护算法
4.5.4 测量和保护计算的误差分析
4.5.5 常用提高计算结果精度的措施
本章小结
习题与思考题4

第5章 智能电器监控器的设计
5.1 智能电器监控器的功能和硬件模块的划分
5.1.1 监控器的基本功能
5.1.2 监控器硬件功能模块的划分
5.2 中央处理与控制模块的一般结构和设计方法
5.2.1 中央处理与控制模块结构设计步骤
5.2.2 中央控制模块常用处理器件和外围电路芯片
5.3 其他功能模块的结构组成
5.3.1 开关量输出模块的结构组成
5.3.2 通信模块的基本功能和设计原则
5.3.3 人机交互模块的设计步骤
5.3.4 电源模块
5.4 监控器的时序设计
5.5 监控器的软件设计
5.5.1 监控器软件设计的基本要求
5.5.2 监控器软件常用的设计模式与适用场合
5.6 RTOS及其在监控器软件中的应用
5.6.1 任务调度的概念和实时操作系统的分类
5.6.2 基于μC/OS?Ⅱ的智能电器监控器软件设计
5.6.3 智能监控器软件的数据格式
本章小结
习题与思考题5

第6章 智能电器监控器的电磁兼容性设计
6.1 电磁兼容概述
6.1.1 电磁兼容基本概念
6.1.2 智能电器电磁兼容的研究进展
6.2 智能电器监控器的电磁兼容性设计问题
6.2.1 监控器受到的主要干扰
6.2.2 监控器的系统级电磁兼容性设计
6.2.3 监控器PCB的抗干扰设计
6.3 智能电器监控器的抗扰度试验标准和方法
6.3.1 静电放电抗扰度试验标准和方法
6.3.2 电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度试验
6.3.3 浪涌（冲击）抗扰度试验
6.3.4 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度试验
本章小结
习题与思考题6

第7章  器智能化网络
7.1 数字通信基础
7.1.1 数字通信系统的基本概念
7.1.2 信道的截止频率与带宽
7.1.3 信道的最大数据传输速率
7.1.4 数据编码方式
7.1.5 数据信号的传输方式
7.1.6 多路复用技术
7.1.7 信号传输的同步方式
7.1.8 数字通信网络的传输介质
7.2 计算机网络基础
7.2.1 计算机通信网络的基本特点
7.2.2 计算机网络的分类与拓扑结构
7.2.3 网络通信协议和分层模型
7.2.4 开放系统互连参考模型
7.2.5 电器智能化网络与通用信息网络的特性比较
7.3 电器智能化网络中常用的现场总线
7.3.1 现场总线的特点及总线标准类型
7.3.2 MODBUS
7.3.3 CAN
7.3.4 PROFIBUS
7.4 IEC61850标准体系
7.4.1 IEC 61850标准概述
7.4.2 IEC61850标准的模型体系
7.5 电器智能化网络的设计
7.5.1 电器智能化网络的基本要求
7.5.2 电器智能化局域网的结构与设计
7.5.3 保证系统开放性的设计方法
7.5.4 常用数据交换方式及数据包格式
7.5.5 软件的可靠性、稳定性设计
本章小结
习题与思考题7

第8章 智能电器及其应用系统设计实例
8.1 低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计
8.1.1 智能脱扣器的基本功能和设计要求
8.1.2 智能脱扣器的硬件设计
8.1.3 智能脱扣器的程序设计
8.2 电能质量在线监测器
8.2.1 电能质量在线监测器的设计要求
8.2.2 电能质量在线监测器的硬件设计
8.2.3 电能质量在线监测器的软件设计
8.3 基于专用集成电路的智能电器监控器
8.3.1 智能电器监控器的设计要求
8.3.2 智能电器监控器的总体设计
8.3.3 智能电器监控器中主要IP模块设计
8.4 分布式变电站自动化系统
8.4.1 分布式变电站自动化系统概述
8.4.2 系统功能的分析及整体设计
8.4.3 系统后台管理软件的设计
本章小结
习题与思考题8
参考文献