探討電力電氣自動(dòng)化的電力系統(tǒng)、元件技術(shù)

【摘要】目前我國(guó)的電力事業(yè)正在積極向著自動(dòng)化、智能化和信息化方向不斷發(fā)展，在此過(guò)程中，電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備與相關(guān)設(shè)備元件都必須要實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化，以適應(yīng)整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展?，F(xiàn)本文就主要探討了電力電氣自動(dòng)化的發(fā)展以及其電力系統(tǒng)的主要功能，并簡(jiǎn)單分析了幾種較為重要的電氣自動(dòng)化元件技術(shù)，以供相關(guān)人士交流借鑒。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；電氣自動(dòng)化；功能作用；元件技術(shù)

對(duì)于現(xiàn)代電力企業(yè)而言，要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得更大的發(fā)展，就必須要不斷的提高自身技術(shù)水平，促進(jìn)電力電氣自動(dòng)化發(fā)展，以滿足電力市場(chǎng)對(duì)電力供應(yīng)的數(shù)量和質(zhì)量要求。另外，提高電氣自動(dòng)化技術(shù)水平還能夠降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，減少電力人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。而電氣自動(dòng)化設(shè)備和電氣自動(dòng)化元件都是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化電力系統(tǒng)過(guò)程中不可缺少的重要元素，提高其技術(shù)水平，對(duì)于促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)發(fā)展有著重要意義。

1、電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

電力電氣自動(dòng)化技術(shù)是在現(xiàn)代科技的推動(dòng)下逐漸形成的，即在計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展下，電力電氣設(shè)備和元件的性能越來(lái)越完善，極大提高了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。具體來(lái)講，當(dāng)今電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1電子開(kāi)關(guān)。在電力電氣設(shè)備中，開(kāi)關(guān)是必不可少的基礎(chǔ)元件。目前的自動(dòng)化電力系統(tǒng)中已經(jīng)進(jìn)行了多次電子開(kāi)關(guān)更新?lián)Q代。但其基本工作原理都是建立在交流變頻技術(shù)原理的基礎(chǔ)之上的。即早期是簡(jiǎn)單的交流變頻電子開(kāi)關(guān)，之后為全控制式的電子開(kāi)關(guān)，如GTR，之后又研究出了復(fù)合型電子開(kāi)關(guān)，目前已經(jīng)發(fā)展到功率集成電路電子開(kāi)關(guān)。

1.2電路的發(fā)展。電力系統(tǒng)中的電路在自動(dòng)化發(fā)展中經(jīng)歷了由低頻向高頻轉(zhuǎn)變的發(fā)展歷程。當(dāng)應(yīng)用于普通晶閘管時(shí)，直流傳動(dòng)的變換器主要是整流相互控制，交流變頻傳動(dòng)則是交—直—交變頻器。當(dāng)電力電子器件轉(zhuǎn)換到第二代的時(shí)候，PWM變換器采用的相應(yīng)也要多些。因?yàn)椴捎昧薖WM變換器之后不僅提高了功效，并且能夠減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，合理解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。隨著應(yīng)用的深入，PWM也存在著諸多缺陷，因此也就有了諧振式直流逆變器電路的發(fā)展。

1.3單片機(jī)的發(fā)展。占主導(dǎo)地位的MCS-51的8位機(jī)雖占主導(dǎo)地位，但是它的功能還比較簡(jiǎn)單，指令集短小，因此就有了適合大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)的推廣使用，它不僅具有很高的可靠性，而且保密性高。

1.4其他自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。除了電子開(kāi)關(guān)、電路和單片機(jī)的發(fā)展以外，我國(guó)的電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展中還有很多其他的自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的隨之發(fā)展，如交流調(diào)速器、通用變頻器等等，都在隨著科技的發(fā)展而不斷更新?lián)Q代，促進(jìn)了電氣設(shè)備的自動(dòng)化發(fā)展。

2、電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的功能作用

在電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用中，其所具備的功能作用相對(duì)較多，能夠?qū)φ麄€(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行全面的監(jiān)控，從而確保電力系統(tǒng)安全正常運(yùn)行。并盡早發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，及時(shí)給予排除處理。另外，若從單元機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)和電氣控制的特點(diǎn)這兩方面來(lái)分析的話，電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)所具備的功能作用主要可以表現(xiàn)為下述幾個(gè)方面：1）變組保護(hù)、廠高變保護(hù)、勵(lì)磁變壓器保護(hù)控制；2）26kV高壓廠用電源監(jiān)視、操作、廠用電壓快切裝置的狀態(tài)監(jiān)視、投退、手動(dòng)啟動(dòng)等；3）高壓?jiǎn)?備變壓器控制和操作（2臺(tái)機(jī)共用）；4）220kV/500kV開(kāi)關(guān)自動(dòng)同期并網(wǎng)及手動(dòng)同期并網(wǎng)；5）發(fā)變組出口220kV/500kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的控制及操作；6） 380V低壓廠用電源監(jiān)視、操作、低壓備自投裝置控制；7）發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括啟勵(lì)、滅磁操作，控制方式切換，增磁、減磁操作，PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）。

3、主要的電力電氣自動(dòng)化元件技術(shù)

基于上述分析我們可以了解到在電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中離不開(kāi)電氣自動(dòng)化元件技術(shù)水平的不斷提升。尤其是在微電子技術(shù)快速發(fā)展的背景下，電氣自動(dòng)化元件的體積更小，功能更完善，應(yīng)用范圍更廣泛，從而很好的實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代自動(dòng)化電力生產(chǎn)體系。為了更好的了解電氣自動(dòng)化元件技術(shù)的發(fā)展對(duì)電力自動(dòng)化發(fā)展起到的推動(dòng)作用，在此筆者以電子開(kāi)關(guān)、交流調(diào)速器和通用變頻器為例，分析了其發(fā)展過(guò)程和發(fā)展現(xiàn)狀。

3.1全控型電力電子開(kāi)關(guān)逐步取代半控型晶閘管

由于目前所能生產(chǎn)的電流/電壓定額和開(kāi)關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。隨著交流變頻技術(shù)的興起，全控式器件———GTR、GTO、P-MOSEFT等相繼出現(xiàn)了。其中GTR的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過(guò)流能力低等問(wèn)題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。

3.2交流調(diào)速控制理論日漸成熟

矢量控制的基本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量分解開(kāi)來(lái)，分別加以控制。實(shí)際上就是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。

大致來(lái)說(shuō)，直接轉(zhuǎn)矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析計(jì)算與控制電流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band-Band控制）產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數(shù)易受參數(shù)變化影響的問(wèn)題。其控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍之內(nèi)，且無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜動(dòng)態(tài)性能的新型交流調(diào)速方法。

3.3通用變頻器開(kāi)始大量投入實(shí)用

一般把系列化、批量化、占市場(chǎng)量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從技術(shù)發(fā)展看，電力半導(dǎo)體器件有GTO、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢(shì)：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS功能也由于采用單片機(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以提高。

4、結(jié)語(yǔ)

總之，在電力電氣系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)揮了巨大的作用，提供了有效的技術(shù)支持。并且在這些高新技術(shù)的推動(dòng)下，電力電氣設(shè)備與相關(guān)元件技術(shù)的制造和應(yīng)用水平不斷提升，更是進(jìn)一步的促進(jìn)了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)整體水平的提升。但盡管如此，我國(guó)的電力電氣自動(dòng)化發(fā)展仍然具有很大的發(fā)展空間，需要我們不斷的研究更多新技術(shù)來(lái)促進(jìn)其更好的發(fā)展。

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