电气工程学科概述课件.ppt

2.1 电气工程学科简介,2.1.1 电气工程学科的发展过程电气工程学科是一门历史悠久的学科，从世界范围来看，早在第二次工业革命时期，英、法、美等许多国家就已经开设了这一学科；对于我国来说，电气工程学科也已经有了近百年的历史。同时，电气工程学科是一门涉及范围很广，与其他学科联系较为密切的学科，其中电子信息、通信工程等许多学科都是由电气工程学科派生出来的。电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。,人类从古代就注意到电和磁的现象。经过不断地探索和创造，直到19世纪60年代，麦克斯韦才首先以严格的数学形式对电磁场及其运动作了科学的概括，使之形成了完整的宏观电磁场理论，至此才正式建立了电工科学完整的科学基础。1832年，法国科学家匹克斯发明了世界上第一台直流发电机。1866年，德国科学家西门子制成了第一台自励式发电机。1885年，意大利物理学家加利莱奥费拉里斯提出了旋转磁场原理，并研制出了二相异步电动机。1888年，俄国工程师多利沃-多勃罗沃利斯基研制成功第一台实用的三相交流异步电动机，并逐渐得到普遍的应用。电工理论的发展也促成了大量实用性的发明，如电弧灯、电报、电话等，使电能的应用走入了人类的日常生活中。,19世纪末期，由于电机制造技术的发展和实用变压器的出现，发电和输电事业得到了迅猛的发展。1883年在美国纽约建成了商业化的电厂、直流电力网系统和中心发电厂、水力发电站和火力发电站。1892年法国建成了第一座三相交流发电站，特别是随着斯坦迈等科学家提出和建立交流电路理论与符号法，为远距离交流输电奠定了成功的理论基础。随着电力的应用和发电、输电、配电技术的发展，不但有力地促进了电机、电器、照明、电力电子技术、电车等行业的发展，同时反过来又促进了电气工程学科研究内容的丰富。电气工程学科与其他学科相互交叉，相互融合，相互促进，现已形成了相对独立的电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术5门分学科。,电气工程正进一步从广度和深度上向前发展，客观世界也在不断提出新的挑战。例如：到处存在的工频电磁场对人体机能影响的研究；太阳活动周期所引起的地磁暴对电力设施的破坏作用；新型柔性输电技术和电动汽车技术所提出的多学科协同研究的新需要；人类从总体上对能源和环境的宏观评估，向更有效地利用太阳能、风能、水能等可再生能源方向发展而提出的新技术要求；CDM项目、电力驱动、电气节能和储能技术的新发展等。此外，电磁兼容技术、电工环境技术可能发展为新的共性分学科，信息管理自动化技术也在迅速发展。,2.1.2 电气工程学科的战略地位和特点电气工程是与电能生产和应用相关的技术，同时它也是工程教育体系中的一个学科。电力工业是国民经济中重要的基础产业之一，电能是最清洁的能源，电是能量转换的枢纽和信息的载体，也是最便于远距离传输、分配和控制，最易于实现与其他能量相互转换，最便于进行能量时空分布变换的一种能量。所以电能已经成为人类现代社会最主要的能源形式。当代高新技术都与电能密切相关，并依赖于电能。电能是计算机、机器人的能源；电能为先进的工农业生产过程和大范围的金融流通提供了保证；电能使当代先进的通信技术成为现实；电能使现代化运输手段得以实现。,在现代人类生产、生活和科研活动中一刻也离不开电。许多情况是先将初始能量转换成电能，然后再转换成所需要的其他能量形式，电已经成为能量转换的枢纽。不仅如此，信息的处理和传输也要依靠电，计算机、通信网和无线电等无不以电作为信息的载体。现代高科技的发展也离不开电，从探索物质粒子的加速度到发射宇宙飞船和卫星，从研究微型电机、机器人到可作为未来能源技术的受控核聚变装置，都需要电气科学与技术的支撑。电气工程是21世纪社会生活、经济发展、国防安全、科学技术创新的重要支撑学科领域。,2.1.3 电气工程专业在我国高等教育中的地位 在我国高等学校的本科专业目录中，电气工程对应的专业是电气工程及其自动化或电气工程与自动化；在研究生学科专业目录中，包含电机与电器、电力系统及其自动化、高压电与绝缘技术、电力电子与电力传动、电工理论与新技术等5个二级学科。 电气工程专业是一门历史悠久的专业。早在1908年，上海交通大学最先设置了电机专科，随之1912年同济大学、1920年浙江大学、1923年东南大学、1932年清华大学、1933年天津大学等都相继设立了电机科和电机工程系。经过近一个世纪的发展壮大，电气工程专业在我国高等教育中，特别是在高等工程教育中，一直占据着十分重要的地位，为我国培养了大批的电气工程技术人才。,1952年，我国在大学中学习前苏联经验，进行了院系调整。此后，在我国形成了一大批以工科为主的大专院校，其中还有相当大一部分院校以机电专业为主。这些学校数量多、影响大，在我国高等教育中占据着大半壁江山。迄今为止，在我国工科实力较强的大学，如清华大学、西安交通大学、浙江大学、华中理工大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、天津大学等，无不把电气工程专业作为学校的支柱性专业。,根据1994年6月国家教育委员会高等教育司编辑出版的中国普通高等学校本科专业设置大全统计，在电工类5个专业中，设置“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”、“高电压与绝缘技术”、“工业自动化”和“电气技术”专业的大学分别有20所、37所、6所、157所和55所。其中清华大学设置的“电气工程及其自动化”专业大体覆盖了上述“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”以及“高电压与绝缘技术”3个专业。,在1998年颁布的“普通高等学校本科专业目录”中，将原“电机电器及其控制”、“电力系统及其自动化”、“高电压与绝缘技术”、“电气技术”专业(部分)合并为“电气工程及其自动化”专业，将原“工业自动化”专业、“自动控制”专业、“电气技术”专业(部分)等合并为“自动化”专业。在同时颁布的“工科本科引导性专业目录”中，又把“电气工程及其自动化”专业和“自动化”专业(主要指“工业自动化”专业部分)合并为“电气工程与自动化”专业。按照1999年中华人民共和国教育部高等教育司编的中国普通高等学校本科专业设置大全的统计，在1999年，我国设有“电气工程及其自动化”的大学共有109所；设置工科引导性目录专业“电气工程与自动化”专业的大学共有14所。,根据2001年中国普通高等学校本科专业设置大全的统计，在2001年，我国设有“电气工程及其自动化”专业的大学达到149所，连同设置“电气工程与自动化”专业的14所学校，设置“电气工程”专业的大学已增加到163所。而到2003年，设置“电气工程及其自动化”和“电气工程与自动化”专业的高等学校已达到197所，2005年增到276所。可以看出，十余年来，我国设置电气工程专业的大学迅速增加，这一方面说明了我国对电气工程专业人才的需求相当旺盛，另一方面说明了电气工程专业在我国高等教育中占据着十分重要的地位。,2.1.4 我国电气工程高等教育改革的趋势在1993年国家教育部颁布的专业目录中，工学门类中与电有关的专业被分为“电工类”和“电子信息类”两个分支，其中电工类包含5个专业，电子信息类包含14个专业。二者共计19个专业。1998年专业目录调整时，除把上述19个专业合并调整为7个专业外，还把“电工类”和“电子信息类”合并为“电气信息类”。电气信息类专业如表2-1所示。,表2-1 电气信息类专业,2001年教育部在设立新的教学指导委员会时，为“电气信息类”中的“计算机科学与技术”专业单独成立一个教学指导委员会，而把其他专业与理学门类中的“电子信息科学类”的有关专业合并成立了“电子信息与电气学科教学指导委员会”，下设“电气工程及其自动化专业教学指导分委员会”等5个分委员会。应该说，这些分类的变化在一定程度上反映了电气工程高等教育的发展趋势。,在很长一段时期内，习惯上把电类专业分为强电和弱电两大分支，强电专业即前述“电工类”，弱电专业即前述“电子信息类”。我国高等学校电类专业的历史已将近百年，在最初的几十年里，只有强电专业，后来才从强电专业相继派生出通信、无线电、电子、计算机、信息等专业。可以说，强电专业是所有电类专业的母体。在1993年的专业目录中，虽然把电类专业分为“电工类”和“电子信息类”，但二者已很难截然分开。例如，工业自动化专业已很难完全归入强电专业的范畴，而是一个典型的强弱结合的专业。目前，在国外发达国家的大学本科教育中，已很难找到完全意义上的强电专业，有关强电的教学内容只是电类专业教学内容的一部分。可以说，电类专业在分化为强电和弱电两个分支后，目前又在经历一个相互融合的过程。,从专业目录演变过程中可以看出，在我国高等工程教育的电类专业中，弱电专业是由强电专业逐步派生出来的，但强电部分所占比重越来越少，而弱电部分所占比重越来越大。弱电领域中新兴技术、新兴学科蓬勃发展，强电专业中需要的弱电知识越来越多。从国外大多数高等院校，尤其是从发达国家的高等院校来看，目前的专业口径比我国新的专业目录口径还要宽，我国目前高等学校的专业数是249个，还有进一步减少的趋势。随着我国电力工业和电工制造业的持续高速度发展，西电东送、南北互供和全国电网互联工程等正逐步展开，我国电气工程高等学校也将持续高速度发展，必将成为世界电气工程高等教育、科学研究和技术开发的中心。,2.2 专业分类情况,2.2.1 学科和专业的区别与联系学科一般有两种含义。学科的第一个含义，是指学术的分类，即一定科学领域或一门科学的专业分支，如自然科学中的数学、物理学、生物学等。学科是与知识相联系的一个学术概念，是自然科学、社会科学、人文科学三大知识系统中知识子系统的集合概念，是分化的科学领域。,据统计，到20世纪80年代，自然科学学科种类已发展出约5500门学科，其中非交叉学科为2969门，交叉科学学科总量达2581门，占全部学科总数的46.58%。学科的第二个含义，是指高校教学、科研等的功能单位，是对高校人才培养、教师教学、科研业务隶属范围的相对界定。学科是高校的细胞组织。世界上不存在没有学科的高校，高校的各种功能活动都是在学科中展开的，离开了学科，不可能有人才培养，不可能有科学研究，也不可能有社会服务。我国目前普通高校的研究生教育和本科教育的学科划分均为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学等11大门类。,专业一般指高校或中等专业学校根据社会分工需要而划分的学业门类，如自动化专业、电气工程及其自动化专业、测控技术与仪器专业等。我国高校现设有的专业是社会分工、学科知识和教育结构三位一体的组织形态，其中，社会分工是专业存在的基础，学科知识是专业的内核，教育结构是专业的表现形式。三者缺一不可，共同构成高校人才培养的基本单位。 学科和专业二者既具有内在的统一性，又是不同范畴的概念。,学科是科学知识体系的分类，不同的学科就是不同的科学知识体系。构成一门独立学科的基本要素主要有三：一是研究的对象或研究的领域，即独特的、不可替代的研究对象；二是理论体系，即特有的概念、原理、命题、规律等所构成的严密的逻辑化的知识系统；三是方法论，即学科知识的生产方式。学科发展的目标是知识的发现和创新。专业是在一定学科知识体系的基础上构成的，离开了学科知识体系，专业也就丧失了其存在的合理性依据。在一个学科，可以组成若干专业；在不同学科之间也可以组成跨学科专业。专业的构成要素主要包括：专业培养目标、课程体系和专业人员。专业的目标是为社会培养各级各类专门人才。,2.2.2 本科专业分类国家教育部依据关于进行普通高等学校本科专业目录修订工作的通知(教高199713号)确定的指导思想及总体部署，按照科学、规范、拓宽的工作原则，在1993年原国家教委颁布的普通高等学校本科专业目录及原设目录外专业的基础上，经过高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划立项研究、分科类进行专家调查论证、总体优化配置、反复征求意见，并经普通高等学校本科专业目录专家审定会审议，于1998年颁布了普通高等学校本科专业目录。该专业目录是高等教育工作的一项基本的指导性文件，目录规定专业划分、名称及所属门类，反映培养人才的业务规格和工作方向，是设置、调整专业，实施人才培养，授予学位，安排招生，指导毕业生就业，进行教育统计、信息处理和人才需求预测等工作的重要依据。,该目录分设了11个学科门类，71个二级学科和249个专业，其中电气信息类二级学科下设了“电气工程及其自动化(学科代码080601)”、“自动化(学科代码080602)”、“电子信息工程(学科代码080603)”、“通信工程(学科代码080604)”、“计算机科学与技术(学科代码080605)”、“电子科学与技术(学科代码080606)”、“生物医学工程(学科代码080607)”7种本科专业。1997年国家教育委员会颁布的本科专业门类和专业数如表2-2所示。,表2-2 1997年国家教育委员会颁布的本科专业门类和专业数,2.2.3 研究生专业分类国家教育部在1990年10月国务院学位委员会和原国家教育委员会联合下发的授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录的基础上，本着逐步规范和理顺一级学科，拓宽和调整二级学科的原则，经过多次征求意见、反复论证修订，于1997年颁布了授予博士、硕士学位和培养研究生的学科、专业目录，该目录是国务院学位委员会学科评议组审核授予学位的学科、专业范围划分的依据。同时，学位授予单位按该目录中各学科、专业所归属的学科门类，授予相应的学位。培养研究生的高等学校和科研机构以及各有关主管部门，可以参照该目录制订培养研究生的规划，进行招生和培养工作。,该目录设立了12个授予学位的学科门类；一级学科由原来的72个增加到88个，二级学科(学科、专业)由原来的654种调整为382种。其中电气工程一级学科下设了“电机与电器(学科代码080801)”、“电力系统及其自动化(学科代码080802)”、“高电压与绝缘技术(学科代码080803)”、“电力电子与电力传动(学科代码080804)”、“电工理论与新技术(学科代码080805)”5个培养研究生的学科专业。1997年国家教育委员会颁布的授予博士、硕士学位和培养研究生的学科与专业数如表2-3所示。,表2-3 1997年国家教育委员会颁布的授予博士、硕士学位和培养研究生的学科与专业数,2.3 电气工程学科的知识体系与内涵,2.3.1 电气工程学科的知识体系电气工程学科除具有各分支学科的专业理论外，还具有本学科的共性基础理论(电路理论、电磁场理论、电磁测量理论等)，它与基础科学(物理、数学等)中的相应分支具有密切的关系，但又具有明显的差别。因为基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在规律，而技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。所以，电气工程的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出现的新现象，而不是自然界固有存在的现象；,另外，不能只限于对现象的分析，还应包括实现所需现象的综合技术以及为此所付出的代价，从而使方法和途径也占有重要的地位。例如：近年来电磁场理论中提出的广义能量、伴随场方法等，对场的分析、边值计算等大有益处，从而对产品优化设计产生了重要作用；在电路理论中应用了状态空间、拓扑图论、混沌理论之后，对系统分析、网络计算、现象判断等起了重要作用。,电气测量技术在电气工程各分支学科的技术发展中具有“耳目”和“神经”的作用，它是定量研究电气工程技术问题的手段，且随着各分支学科的发展而迅速发展。电气测量技术及其仪器的自动化、智能化、多功能化等发展趋势，已深深渗透到电气工程各分支学科。新原理、新技术和新仪器日新月异，例如测量、监视、控制等多功能新型装置以及现场测试或实时监测技术对整体系统精确度的改进等，都对电气工程分支学科的发展起了重要作用。,电气工程学科专业主要研究电能的产生、传输、转换、控制、储存和利用。电磁理论是电气工程的理论基础，而电磁理论是从物理学中的电学和磁学逐步发展而成的。人类社会发展到任何时候也离不开能源，能源是人类永恒的研究对象，电能是利用最为方便的能源形式。其中电信息的检测、处理、控制等技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用。,按照电气工程及其自动化专业教学指导分委会的专业规范，电气工程及其自动化专业的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制3个部分。电工理论是电气工程的基础，主要包括电路理论和电磁场理论。这些理论是物理学中电学和磁学的发展和延伸。而电子技术、计算机硬件技术等可以看成是由电工理论的不断发展而诞生的，电工理论是它们的重要基础。电气装备制造主要包括发电机、电动机、变压器等电机设备的制造，也包括开关、用电设备等电器与电气设备的制造，还包括电力电子设备的制造、各种电气控制装置、电子控制装置的制造以及电工材料、电气绝缘等内容。电气装备的应用则是指上述设备和装置的应用。电力系统主要指电力网的运行和控制、电气自动化等内容。,在专业内容和知识结构上，以电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与应用、计算机语言与程序设计、信号分析与处理、自动控制原理课程作为专业基础，以电气工程导论、电机学、电力电子技术、电力系统基础作为专业课，以电力系统分析、电力系统继电保护、电机设计、电机控制、电器学、高电压工程、电气绝缘、电力拖动作为专业方向课程，达到掌握电机学理论、电力电子技术和电力系统基础相关知识，掌握电工技术、电子技术、计算机与网络、控制原理、信号分析与处理等专业类的基础理论与技术，掌握电机理论、电力电子技术和电力系统基础专业知识与相关理论，掌握电力系统及其自动化、电机电器及其控制、高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动专业方向之一的相关知识内容与理论。,2.3.2 电气工程学科的内涵电气工程学科包含电能科学与技术、电磁场与物质相互作用等两个知识领域，它们相互依存、相互渗透和相互支撑，共同的理论基础是电网络理论、电磁场理论、电磁测量技术。,电能科学与技术领域主要研究：电能与机械能、热能、声能、光能、化学能、风能、磁能等其他形式的能量直接和间接转化的原理、方法及其与信息控制组成的一体化系统的过程建模、行为控制和结果仿真，电磁能量储存的新原理、新介质、新器件及其控制技术，大型电力系统及特种电力系统的建模与仿真，安全稳定控制和灾变性事故的防治，以及考虑经济、环保、能源布局、市场机制等多种因素的电力系统最优规划、建设及运行的理论和方法；电力电子新材料和新器件的基础理论和基础技术，电力电子变流、控制、应用的理论、方法和技术；电磁能量在时间和空间上压缩形成功率脉冲的原理、器件、方法和技术。,电磁场与物质相互作用领域主要研究：电介质材料的宏观特性与微观结构的相互关系，微观带电粒子的输运、极化与松弛、老化与破坏、空间电荷效应，电介质微观结构设计与改性的原理和方法；高电压的产生、测量和控制原理及方法，高压绝缘结构中气、液、固不同介质分界面、介质组合体放电击穿及老化的特性和机理，雷电及过电压的防护理论和方法，绝缘检测及故障诊断的原理和方法；气体放电的理论模型与仿真，特种条件下的放电规律，特种放电形式与放电等离子体的产生方法及控制技术，放电等离子体与物质相互作用的现象、机理及应用技术；脉冲功率作用下物质的电磁特性及其对功率脉冲生成的影响，脉冲功率作用下的新现象及其在高技术领域中应用的理论和方法；,超导强磁体的制造及其在高科技领域中应用的理论和方法，超导电机、超导储能、超导输电、超导故障限流技术及其在电力系统中应用的理论和方法；生命活动中电磁现象的规律、产生机理、测量方法及其应用电磁场和电网络理论进行分析和建模，电磁场对生物体作用的现象、规律、机理及其在医学诊断与治疗中的应用；电磁污染的产生、危害、评估方法及防护技术，利用电磁场效应或放电等离子体处理废水、废气、废渣等环境污染的原理、方法和技术；电磁干扰产生的原因、传输及耦合机理，设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能而不产生降低功能的相互影响的预测方法、评估手段及防护技术。,共同基础主要研究：电磁场在介质域内及边界上的变化规律，电磁力和能量特性，以及相关问题分析与综合的解析计算和数值计算方法；电路元件特性及基于基尔霍夫定律和特勒根定理、基于电路拓扑理论和其他相关现代数学理论的复杂电网分析、综合及故障诊断的方法；材料、元件、设备及系统电磁参数及电磁特性测量的原理、方法及其信息化结合技术。 电气工程学科专业是一个基础性强、派生能力活的专业。电气工程和生命科学的交叉已经产生了生物医学工程专业，对生命中电磁现象的研究产生了一门生物电磁学。电气工程和材料科学的交叉形成了超导电工技术和纳米电工技术。电气工程和电子科学以及控制科学的交叉产生了电力电子技术。电力电子技术不但给电气工程的发展带来了极大的活力，同时电力电子技术也成为电气工程的重要分支。,2.4 电气工程学科的主要研究领域和未来研究热点,2.4.1 电气工程学科的主要研究领域传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。但随着科学技术的飞速发展，今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为，是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。例如，正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来，并将改变人类的生活工作模式等。,1电机与电器学科本学科专业主要从事有关电机理论、运行、设计及其控制方面的研究工作和技术开发。电机是实现机电能量转换和控制的关键设备，除大容量发电设备外，工业自动化、机器人和家用电器等现代科技需要各种微特电机以及电机的调速和控制系统。由于引入电力电子、微机控制、计算机技术、信号监测等新技术手段，开辟了新的研究方向。,(1) 电机在线运行监测、参数辨识；(2) 电机中各种物理场的研究；(3) 新型电机及其控制系统；(4) 大型电机的设计运行理论和关键技术；(5) 可再生能源转换中的关键技术；(6) 电动汽车驱动系统；(7) 电机的节能与智能控制技术；(8) 新型机电一体化能量转换装置与系统；(9) 新电磁材料的开发应用研究；(10) 大容量超高、低转速电机设计和制造技术。,2电力系统及其自动化学科电力系统及其自动化学科主要研究电力系统规划设计、特性分析、电网品质校正、运行管理、控制保护等理论和方法。随着电力系统的发展、电压等级的提高，电网容量越来越大，自动控制和微波通信等先进技术的应用，电力系统对大气过电压防护的可靠性要求越来越高。研究电力系统仿真计算、运行特性分析、接地参数的测量和计算、控制和保护的新理论和新方法，研究和运用各种新型的输配电技术和分布式发电技术，研究区域稳定控制系统、电网能源管理、调度自动化，开发太阳能、风能、生物质能等清洁能源也是电力系统及其自动化学科的研究方向。现阶段，该学科主要有如下几个研究方向：,(1) 电力系统分析和仿真；(2) 电力系统调度自动化；(3) 电力系统运筹学与电力市场；(4) 电力系统稳定监测与控制；(5) 电厂自动化；(6) 电力系统规划；(7) 电力系统继电保护；(8) 新型输配电技术与分布式发电；(9) 电力系统节能与储能技术；(10) 新型能源开发和可再生能源综合利用技术。,3高电压与绝缘技术学科 高电压是针对强电应力条件下电磁现象的一种相对物理概念，在电压数值上没有确定的界限；绝缘的作用是分隔不同电位的导体，使其能保持不同的电位。高电压的产生、测量与控制技术，高电压设备技术、电介质放电与绝缘击穿理论、过电压及其防护技术、绝缘监测与诊断技术等构成了高电压与绝缘学科的学科体系。,高电压的产生、测量与控制是研究绝缘材料和结构在各种形式高电压下物理现象的手段。目前，传统的高电压测量技术正面临新的发展契机，基于瞬态电磁测量、光电测量、非接触测量以及数字化测量等高电压测试新理论和新技术正成为重要的研究方向。 高电压设备技术是研究变压器和高电压电器等高电压设备的绝缘理论与技术。随着超、特高压输电等级的相继出现，尤其是特高设备技术方面，国际上还没有成熟的经验可借鉴，急需解决相应设备的绝缘理论和关键技术问题，因而对高电压与绝缘学科的基础研究更具有实际的紧迫性。,电介质放电与绝缘击穿包括气体、液体、固体介质和复合绝缘介质的放电、界面放电和局部放电等，其物理现象不仅与电极的电场结构和介质本身的特性有关，而且还与外加电压的种类、参数以及环境状态和条件等密切相关。随着超、特高压输电系统、超导技术的发展和太空探索的需要，极端环境(如强辐射和低温)下的绝缘技术也是本学科面临的新问题。 研究雷电过电压、内部过电压的产生、传播及其防护，对电力行业和国民经济其他行业的安全运行与防灾都具有重要的意义。随着大规模交直流互联网络的形成，其过电压的产生和传播机理将更加复杂，需要研究基于全波过程的电力系统电磁暂态过程理论和分析方法。,绝缘监测与诊断是本学科近十几年来的研究热点，目的是通过在线监测获得运行中的高电压设备绝缘的状态信息，提取其特征参量并诊断绝缘状态，以便及时发现绝缘的缺陷及其发展趋势，实现状态评估，以提高设备及系统运行的安全性和经济性。研究的重点是：新型传感技术、监测装置及系统的准确性和可靠性，强电磁环境中的信号处理与智能化故障诊断技术、监控装置及系统的抗干扰能力和故障诊断的准确性、大型高电压设备绝缘状态评估模型等，为实施高电压设备状态维修体制提供理论依据。,总之，本学科一直围绕国家建设和学科发展的需要，围绕发、输、配电中的重大技术难题，形成了很多新的研究领域方向。例如：(1) 高电压测试技术；(2) 电力设备诊断及状态监测技术；(3) 新型绝缘材料与绝缘结构；(4) 电力系统过电压与绝缘技术；(5) 高压电器及其智能化；(6) 气体放电及高电压大功率脉冲技术及其应用；,(7) 电磁环境技术；(8) 电磁生物学；(9) 接地技术；(10) 电介质材料及其应用；(11) 配电自动化技术。,4电力电子与电力传动学科电力电子与电力传动学科是一门集电力、电子与控制于一身，综合了电能变换、电磁学、自动控制、微电子及电子信息、计算机等技术的新成就而迅速发展起来的交叉学科。该学科涉及各种大功率的能量变换和控制、最新的自动控制技术、电子信息科学中的检测技术、信息处理技术、计算机控制技术和电力电子与电力传动工业应用新技术等。,该学科主要研究新型电力电子器件、电能的变换与控制、功率源、电力传动及其自动化等理论技术和应用，稀土永磁电机设计及控制、新型电力电子装置及控制、电力传动及自动化、检测技术与仪表，新型节能电机制造理论、技术及调速控制技术，开关电源技术、电能质量管理、电力电子系统集成等。它对电气工程学科的发展和社会进步具有广泛的影响和巨大的作用。其主要研究方向有：,(1) 电力电子元器件及功率集成电路；(2) 全数字化开关变流理论和控制技术；(3) 电力电子系统集成与仿真；(4) 高效电力电子电源和装置；(5) 高性能电力传动与控制系统；(6) 电力系统无功补偿和滤波技术；(7) 电力电子与传动系统模型与仿真；(8) 电力电子系统的电磁兼容技术；(9) 电力驱动系统及控制技术；(10) 新型能源开发及节能技术；(11) 电气储能技术及高效储能系统。,5电工理论与新技术学科本学科主要研究电磁场理论及其应用、电路理论及其应用、电磁测量技术及仪器等。研究领域包含生物电磁场、生命科学仪器、超导磁体技术、超导磁悬浮与磁屏蔽、脉冲功率技术、电力系统电磁干扰与电磁兼容、电力系统通信、大型电力设备的电磁暂态与故障分析、电力设备的辅助设计、非线性电路与系统的稳定及控制、混沌信号处理、供电系统的谐波检测与治理、无功补偿技术、电磁场数值计算、智能控制与仿真、智能计算、微机化仪器等。随着电气工程新原理、新技术与新材料的发展，出现了一些包括超导电工技术、受控核聚变技术、可再生能源,2.4.2 电气工程学科的未来研究热点以应用性基础研究为主的电气工程学科，随着支撑技术的迅猛发展，将在与信息科学、材料科学、生命科学以及环境科学等学科的交叉和融合中获得进一步发展。超导材料、半导体材料与永磁材料的最新发展对于电气工程领域有着特别重大的意义。21世纪电气工程学科的发展趋势是：电气工程学科将与工程和近代数学、物理学、化学、生命科学、材料科学以及系统科学、信息科学的前沿技术相融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对微观现象及过程规律性的认识，同时利用信息科学的成就提升本学科并开创新的研究方向。,电气工程学科将在电能高效安全转换传输及集约利用、工程电介质与高电压技术、脉冲功率与放电等离子体、电磁场理论与生物电磁学等几个优先技术领域，重点在以下几个方面开展更进一步的研究工作。(1) 电力大系统、电力传动及电力电子变流系统中的非线性、复杂性问题；(2) 生物、医学与健康领域中的电磁方法与新技术；(3) 气体放电及多相混合体放电问题；(4) 基于新材料、新原理开拓新应用领域的电机、电器；,(5) 反映各类电气设备电气或绝缘性能演变的多因子规律及其观察和测量技术；(6) 电能质量的理论及其测量、控制；(7) 可再生能源发电、电能存储和电力变换技术；(8) 现代测量原理及传感技术；(9) 脉冲功率技术与低温等离子体应用基础；(10) 电力电磁兼容问题以及复杂电力系统的经济安全运行、控制理论及其应用等。,2.5 国内大学电气工程领域研究生培养情况,2.5.1 国内大学电气工程研究生专业设置情况随着我国研究生教育的迅猛发展，以及对电气工程领域高级技术人才的大量需求，我国电气工程领域的研究生教育得到了快速发展，研究生培养单位数量不断增加，招生规模不断扩大。截至2006年，在我国高等学校中，具有电气工程一级学科博士、硕士学位授予权的学校有40余所，具体如下(其中，带*为博士点)：,北京航空航天大学北京交通大学*东北电力大学东南大学*福州大学广东工业大学广西大学哈尔滨工程大学哈尔滨工业大学*哈尔滨理工大学*海军工程大学*合肥工业大学*河北工业大学*河海大学湖南大学*华北电力大学*华南理工大学*华中科技大学*江苏大学兰州理工大学南昌大学南京航空航天大学*南京理工大学清华大学*山东大学*上海交通大学*沈阳工业大学*四川大学太原理工大学天津大学*同济大学武汉大学*西安交通大学*西南交通大学*燕山大学浙江大学*郑州大学中国农业大学中南大学重庆大学*华东交通大学,2.5.2 国内大学电气工程研究生培养情况1电气工程研究生培养目标学位获得者必须具有坚实的电气工程方面的基础知识，全面了解国内外本学科的研究现状和发展方向，熟练掌握本学科的专业知识和基本技能，能创造性地独立解决与本学科有关的理论和实践问题，熟练地掌握一门外语。,2几所大学电气工程领域研究生培养情况1) 上海交通大学上海交通大学具有电气工程一级学科博士学位授予权。全日制博士研究生学制为三年；总学分大于等于17学分。半脱产博士研究生经过申请批准其学习年限可延长一至两年，全日制硕士研究生学制为两年半；总学分大于等于32学分，其中学位课学分大于等于19学分。(1) 上海交通大学博士研究生的主要研究方向： 电力系统及其自动化，主要研究电力市场、电力系统运行与控制、电力系统稳定与控制、人工智能技术在电力系统中的应用、电力系统优化、配电自动化系统；, 电机与电器，主要研究大型发电机设计与新型冷却技术，大型电机的理论、运行、监测与诊断，电机及其智能控制系统，电机内部物理场的理论分析与数值计算； 电力电子与电力传动，主要研究电能质量改善及功率信号处理技术、特种电源的研究、电力系统的信号检测及电力装置的电子保护、智能控制系统、电力传动及控制技术、电力电子与电力传动中的控制理论及应用、大型机电设备在线监测；, 高电压和绝缘技术，主要研究高电压数字测量与计量、电气设备在线检测与故障诊断、电力系统过电压与绝缘配合、工程电介质与特种绝缘技术、高电压技术在非电力系统中的应用、电力系统电磁兼容； 电工理论与新技术，主要研究电路分析与优化设计、电磁场生态环境效应、神经网络与遗传算法、网络智能应用、新型传感器、多媒体数据库理论及应用。,(2) 上海交通大学硕士研究生的主要研究方向： 电机与电器，主要研究特种电机及其驱动控制系统、运动控制系统、电机物理场的分析计算、大型电机的理论、运行和监测、电力电子技术应用、电机的CAD和CAM、电机运行的动态仿真； 电力系统及其自动化，主要研究电力系统分析与仿真、电力系统规划、电力市场、综合自动化与继电保护、新理论与新技术在电力系统中的应用等；, 高电压与绝缘技术，主要研究高电压试验技术和试验设备开发、高电压绝缘、过电压与绝缘配合、电气设备在线检测与状态维修、高电压技术在非电力系统中的应用、雷电与防雷保护、电力系统电磁兼容、电力电子应用与电气设备自动化； 电力电子与电力传动，主要研究电能质量改善及功率信号处理技术、特种电源的研究、电力系统的信号检测及电力装置的电子保护、智能控制系统、电力传动及控制技术、电力电子与电力传动中的控制理论及应用、大型机电设备在线监测；, 电工理论与新技术，主要研究电路分析与优化设计、电磁场的生态与环境效应、智能交通网络研究与应用、新型传感器研究与应用、多媒体数据库理论及应用、神经网络及遗传算法。,2) 东南大学东南大学具有电气工程一级学科博士学位授予权，学制三年(在职博士生可延长一年)。博士生课程设置实行学分制，根据各学科、专业要求，总学分至少须修满1820学分。课程分学位课和非学位课(其中学位课为1113学分)。硕士研究生的学习年限为两年半，硕士研究生必须根据培养计划通过考试或考查，完成30学分的课程学习。学位课程通过考试方可取得相应的学分。学位课程理工类规定为56门，学分一般为1720学分。其余为非学位课程。,(1) 东南大学博士研究生主要研究方向：微特电机及其伺服控制系统、微机电系统及其控制技术与应用、电力传动及测控系统、电力电子变流技术、电力系统稳定分析及控制、电力市场动态分析、电力电子与电机集成系统、电动车电气驱动与控制、新能源发电技术、电机节能理论与技术、电力系统数字保护、智能设备与诊断、分布式发电技术与保护、智能化电器设计仿真与控制、稀土永磁电机设计与驱动、电机电器物理场分析、磁悬浮与磁发射技术、生物电磁学。,(2) 东南大学硕士研究生主要研究方向：微特电机及测控系统、电气设备监测、控制与管理、电机驱动与伺服控制、电力系统规划、运行与控制、数字技术在电力系统保护与控制中的应用、电力市场理论与实践、电力电子在电力系统中的应用、电力电子变流技术、先进制造系统的信息集成、电子化制造、电机电器物理场分析、可再生能源与分布式发电技术、微驱动技术及应用、磁浮技术及应用、节能理论与技术。,3) 浙江大学浙江大学具有电气工程一级学科博士学位授予权。硕士生在读期间应修至少26学分，其中公共学位课5学分，专业学位课10学分，选修课9学分，读书报告2学分，实行以两年制为基础，二至三年的弹性学制。博士生在读期间应修至少14学分，其中公共学位课4学分，专业学位课和选修课8学分，读书报告2学分，学制三或四年。浙江大学研究生主要研究方向：(1) 电机与电器，主要研究电机控制与节能及机电一体化、微特电机及其噪声控制、大电机设计及电机的计算机辅助设计、电气控制与人工智能应用、电气装备检测与故障诊断；,(2) 电力系统及其自动化，主要研究电力系统运行和控制理论、电力系统智能控制、电力经济和电力市场、直流输电与交流灵活输电、微机继电保护、电力系统计算机监控、配电网自动化、电力系统电力电子技术、电力系统规划；(3) 电力电子与电力传动，主要研究功率变换技术及应用，电力电子系统技术，电力电子器件、组件、模块及其应用相关技术；,(4) 电工理论与新技术，主要研究电磁装置中综合物理场效应与电磁参数研究的计算机仿真技术、电动车技术的应用研究、电磁兼容技术、电气控制技术、强磁场和磁悬浮技术的应用研究、电磁测量技术、生物电磁场仿真研究；(5) 高电压与绝缘技术，主要研究电力系统过电压与绝缘配合、电力系统电磁暂态数字仿真技术、直流输电中的高电压技术、信息系统的防雷保护、电介质理论及其应用、电气功能材料和绝缘测试技术。,4) 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学具有电气工程一级学科博士学位授予权。硕士研究生的培养年限