電氣工程中自動化技術探究

司澤華

摘 要：我國社會對電力的需求日益增大，同時我國的電網(wǎng)建設水平不斷發(fā)展，并取得了長足進 步。在這個過程中，怎樣提高配電同的自動化水平越來越成為人們關注的焦點、本文將對自動化技術在電氣工程中的運用進行討論分析，以供參考。

關鍵詞：電氣工程；自動化

1 前言

近年來，我國微電子技術以及電力工程電子技術的迅猛發(fā)展，原有的電力傳動（電子拖動）控制等概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動化系流中承擔第一線任務的全部控制設備，而且電力拖動控制已經(jīng)走出工廠，不但在交通、農場或辦公室以及家用電器等領域獲得了廣泛運用，它的研究對象早已經(jīng)發(fā)展為運動控制系統(tǒng)，本文主要針對有關電氣自動化技術的一些發(fā)展進行分析論述。

2 電力系統(tǒng)自動化技術

2.1 變電站自動化

變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設備；二次設備數(shù)字化、網(wǎng)絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化；運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網(wǎng)調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。

2.2 電網(wǎng)調度自動化

電網(wǎng)調度自動化主要組成部分，由電網(wǎng)調度控制中心的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、工作站、服務器、大屏蔽顯示器、打印設備等，其主要是通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結的，下級電網(wǎng)調度控制中心、調度范圍內的發(fā)電廠、變電站終端設備（如測量控制等裝置）等構成。電網(wǎng)調度自動化的主要功能是：電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負荷預測、自動發(fā)電控制（省級電網(wǎng)以上）、自動經(jīng)濟調度（省級電網(wǎng)以上）并適應電力市場運營的需求等。

2.3 發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（DCS ）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（ DCS）一般采用分層分布式結構，由過程控制單元（ PCU）、運行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡（以太網(wǎng)）組成。

3 交流調速控制理論日漸成熟

1971 年，德國一位學者發(fā)表論文闡明了交流電機磁場定向即矢量控制的原理，為交流傳動高性能控制奠定了理論基礎。矢量控制的基本思想是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以控制。這種解耦，實際上是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似于直流電動機的模式，這種等效變換是借助于坐標變換完成的。它需要檢測轉子磁鏈的方向，且其性能易受轉子參數(shù)，特別是轉子回路時間常數(shù)的影響。加上矢量旋轉變換的復雜性，使得實際的控制效果難于達到分析的結果。

4 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，而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后，更多是采用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岡的影響，解決了電動機在低頻區(qū)的轉矩脈動問題。

但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產(chǎn)生振動而發(fā)出噪聲。為了解決這個問題，一種方法是提高開關頻率，使之超過人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關斷，開關損耗很大。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。

1986年美國威斯康星大學Divan教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的“硬開關”，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環(huán)逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換，即工作在所謂的“軟開關”狀態(tài)下。從而使開關損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。

5 當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術向前發(fā)展的重要熱點技術

5.1 電力一次設備智能化

常規(guī)電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時考慮將常規(guī)二次設備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的“智能化開關”、“智能化開關柜”、“智能化箱式變電站”等。

電力一次設備智能化主要問題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾，關鍵技術是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標準等技術問題。

5.2 電力一次設備在線狀態(tài)檢測

對電力系統(tǒng)一次設備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關等設備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養(yǎng)周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學、科研單位合作或引進技術，開展在線狀態(tài)檢測技術研究和實踐并取得了一些進展，但由于技術難度大，專業(yè)性強， 檢測環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時日。

5.3 光電式電力互感器

電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標準數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質量也越大；信號動態(tài)范圍小，導致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變；互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關鍵技術是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出，模數(shù)轉換、光電轉換等電子電路部分在結構上需要與互感器進行一體化設計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術難點之一。

6 結語

當下，電網(wǎng)建設及改造的快速發(fā)展對 配電網(wǎng)自動化水平的要求甚高。現(xiàn)階段自 動化裝置是根據(jù)布線邏輯和模擬電路為主 來設計的。該設計提高了電力運行的安全 程度，同時也減輕了變電站工作人員的勞 動強度。總之，在電力系統(tǒng)的經(jīng)濟、安全運 行中，電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)已然而且將會 越來越占著舉足輕重的地位。

參考文獻：

[1] 孫琥.科學發(fā)展觀旗幟下的工業(yè)電氣自動化發(fā)展[J].硅谷，2009（1）：56.