對電力系統(tǒng)中電氣自動化的探討

趙景江

（華電能源股份有限公司哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江 哈爾濱 150000）

伴隨這種電子技術(shù)發(fā)展的快速，從前的電控系統(tǒng)已經(jīng)不能作為當前承擔重大能力的設備控制裝置，并且其范圍已經(jīng)從過去單純?yōu)楣S服務擴展到了交通運輸，居民，辦公室等場所，從研究對象的角度來說已經(jīng)提升到運動控制方面，以下對于電氣運行技術(shù)新的內(nèi)容提出一些概念性的解釋。

1 全控型電力電子開關(guān)逐步取代半控型晶閘管

GTR的某些不可控制因素例如二次穿擊，以及工作區(qū)的穩(wěn)定性受到種類繁多的參數(shù)的限制，使得熱容量有風險，并且過流不充分等，促使人員的注意力集中在更具保護電路的差異性所限制的驅(qū)動電路以及保護電路上，導致電路存在不穩(wěn)定的因素，較難下手。

GT0是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的主要缺點是關(guān)斷增益低，一般為4～5，這就需要一個十分龐大的關(guān)斷驅(qū)動電路，且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2～4.5V，開通di/dt和關(guān)斷dv/dt也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/u s，后者約為500V/u s，這就需要一個龐大的吸收電路。

由于GTR、GT0等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進廠新一代具有高輸入阻抗的M0S結(jié)構(gòu)電力半導體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動器件，對于電流的穩(wěn)定性要求不高，只要能夠供給容性充電電流作為能源，支持開啟就可以，而供給放電電流，以保證準確關(guān)閉，所以電路驅(qū)動的原理很容易理解，并且開啟和關(guān)閉的過程都很短，對于工作區(qū)的安全性能夠較好保證。但是PMOSFET的通態(tài)電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓P-MOSFET造成了很大困難。

2 變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展

隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件人第二代后，更多早采用PWM變換器了、采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少了高次諧波對電網(wǎng)的影響，解決了電動機在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題。

但是PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動作用在定轉(zhuǎn)子上，帶來電機繞組晃動，這就是噪音的來源，為了杜絕這一現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^快速的開啟和關(guān)閉，使得噪音的頻率高于人耳的接受范圍，不過，在高強度的壓力和電流狀況下不斷的開關(guān)，其對于元件的損傷是較大的，這是制約逆變器工作能力的一個有效因素。

3 交流調(diào)速控制理論日漸成熟

矢量控制的概念與電動機的開動有相似性，都是利用轉(zhuǎn)矩分量和磁場分量的差異性，各自進行針對性的控制。這一結(jié)構(gòu)辦法從另一個角度來說就是將異步電動機其物理狀態(tài)可以與直流電動機達到相似的狀態(tài)。這一等效變化是利用坐標轉(zhuǎn)化形成的，它必須完成轉(zhuǎn)子磁鏈的方位的觀察，并且，其發(fā)揮能力會根據(jù)轉(zhuǎn)子參數(shù)，回路的速度等級等作為重要的影響方面。另外，因為矢量轉(zhuǎn)換十分復雜，導致控制效果受到一定的影響。

大致來說，直接轉(zhuǎn)矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié) (Band-Band控制)產(chǎn)生PwM 信號，將逆變器的開關(guān)設定在最有效的狀態(tài)，以提升轉(zhuǎn)矩動態(tài)的能力，對于數(shù)學模型以及矢量變換之間的關(guān)系進行了簡化處理，使得參數(shù)不穩(wěn)定的狀態(tài)得到了極有效的改善。

沒有通常的PWM信號發(fā)生器，其思想上較有創(chuàng)新性，并且結(jié)構(gòu)簡明，方法易懂，物理概念上較為清晰，能夠快速實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩響應，在一拍的時間即可完成，并且沒有超調(diào)現(xiàn)象，在各種交流調(diào)速工作中有十分明晰的效果。

4 通用變頻器開始大量投入實用

一般把系列化、批員化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從產(chǎn)品來看，第一代是普通功能型U/F控制型，多彩用16位CPU，第二代為高功能型U/F型，采用32位DSP，或雙16位CPU進行控制，采用了磁通補償器、轉(zhuǎn)差補償器和電流限制拄制器.具有挖上機和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這種變頻裝置在當前的市場占有率上較大。其中第三次動態(tài)性較高，被稱為矢量控制。這種辦法包含了全數(shù)字控制方式，利用軟件就能帶來參數(shù)的精準化確定。帶來自適應與變結(jié)構(gòu)兩種控制方法。可選擇U/F左頻率開環(huán)控制、無速度傳感器矢幼控制和有速度傳感器矢量控制，實現(xiàn)了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術(shù)發(fā)展看，電力半導體器件有 GT0、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由于采用單片機控制動技術(shù)而得以提高。

5 單片機、集成電路及工業(yè)控制計算機的發(fā)展

以MCS－51代表的8位機雖然仍占主導地位 但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機及GM$97C(二系列單片機等正在推廣，單片機的使用范圍進一步擴大，在智能化裝置以及較為簡單的控制場所能夠充分利用，并且單片機本身的使用和創(chuàng)新手段也在不斷提升，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL/M 語言。

集成電路內(nèi)容應當突出模擬乘法器等裝置廣泛的應用前景。在電機控制方面，還有專用于產(chǎn)生 PWM 控制信號的 HEF4752、TL494、SLE4520和MA81 8等應用也相當廣泛。

在邏輯電路方面，值得注意的是用專用芯片(ASIC)進行邏輯設計。ASIC(Appilca-tion Specificl，Int egrated Circuit中有編程邏輯陣列PLD(Programmable Logic Device o PLD現(xiàn)有四種類型的器件：PR0M、FPLA、PAL、GAL。GAL是PAL了的第二代產(chǎn)品，它可以在線電擦洗，與TTL兼容，響應能力很高，具備編程內(nèi)容安全保密的特性，這些優(yōu)勢給了GAL新的發(fā)展特點，例如費用旱地，而空間占有量小，能源消耗較低，能夠有效提升穩(wěn)定性以及可靠性，在簡潔設計方面也有很好效果，并且保密性很好，有較為突出的發(fā)展優(yōu)勢，在DMA控制以及新產(chǎn)品開放方面有很好效果，上述控制內(nèi)容都用電腦方法來實現(xiàn)。

結(jié)語

伴隨這種技術(shù)的更新發(fā)展，從前的電力傳統(tǒng)概念已經(jīng)落后，無法承擔起自動生產(chǎn)中一線生產(chǎn)，實現(xiàn)裝置控制的能力。并且，電力拖動控制方案已經(jīng)不僅僅應用在工廠作業(yè)中，更涉及了辦公室電氣，運輸業(yè)，農(nóng)場等其他方面，得到廣泛的應用。它的分析討論對象已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為運動控制，而對于電氣自動化方面只有某一部分的討論和介紹。

[1]張俊.電力系統(tǒng)中電氣自動化技術(shù)的探索[J].2011.

[2]蔡蔚.試論電力系統(tǒng)中電氣自動化技術(shù)[J].2011.