基于矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)設(shè)計

賈廣華

（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司 江蘇省徐州市 221116）

1 引言

新時期發(fā)展下，社會各界對用電量需求不斷增加，配電裝置作為電廠運行中重要組成部分，裝置系統(tǒng)中包含了保護設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、測量設(shè)備等，在電廠實際應(yīng)用中，需要結(jié)合電廠實際合理選用配電裝置系統(tǒng)。因此，為提高配電裝置使用的安全性和可靠性，需要強化安全防范系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，以期在矢量控制下，打破增強系統(tǒng)空間限制，提高電流增強效果，降低電廠安全隱患。

2 矢量控制

矢量控制是變頻器調(diào)速控制的一種方式，具有機械特性、滿足平滑調(diào)速要求，要想提升增強系統(tǒng)調(diào)速性能，必須采用矢量變頻控制調(diào)速的方法，確保最終輸出一步電動機調(diào)速所需的三相變頻電流。矢量控制的基本原理是對一步電動機的勵磁電流、轉(zhuǎn)矩電流進行控制，以期實現(xiàn)控制一步電動機轉(zhuǎn)矩的目標，在實際操作中，在矢量控制下，可實現(xiàn)對兩個分量間幅值、相位進行控制，同時支持兩者調(diào)節(jié)器的設(shè)計，最大程度上提升交流電機性能，優(yōu)化調(diào)速。矢量控制方式，較比其他控制方式更具優(yōu)勢作用，支持對一臺三相異步電機等效的直流電機進行控制，進一步提高直流調(diào)速系統(tǒng)靜、動態(tài)性能，現(xiàn)階段，矢量控制算法廣泛應(yīng)用在各行業(yè)領(lǐng)域中。矢量控制方式可準確的控制電動機的參數(shù)，并在變頻器使用過程中，支持一步電動機參數(shù)的輸入，支持速度傳感器和編碼器的速度的設(shè)定；基于電機在實際運行中，參數(shù)是不斷變化的，一定程度上對變頻器電機性能產(chǎn)生負面的影響，矢量控制利用自身自動檢測、自動辨識、自適應(yīng)功能，在變頻電機運行前設(shè)定異步電機參數(shù)，并對參數(shù)進行檢測辨識，根據(jù)矢量檢測辨識結(jié)果，進一步控制有關(guān)參數(shù)[1]。矢量控制方式實際上是將交流電機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量以及產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量，支持對速度和磁場兩個分量的控制，對直流電機可進行變頻調(diào)速控制，通過坐標轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的坐標變換，可將直流電流轉(zhuǎn)化為交流電流，最終轉(zhuǎn)化為三相定子電流，確保最終實現(xiàn)對交流電動機的控制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

配電自動化系統(tǒng)成功運行的關(guān)鍵，需要依靠可行性的通信手段，能夠?qū)⒖刂浦行牡拿顐魉偷浇K端系統(tǒng)，全程監(jiān)控設(shè)備運行情況、加強對數(shù)據(jù)信息的采集，將信息傳送至控制中心，以期最終實配電自動化監(jiān)控目標。配電網(wǎng)絡(luò)可經(jīng)配電屏引導(dǎo)供電系統(tǒng)總電源，并在電路線傳輸下，將總電源信號傳輸?shù)街行呐潆娤?，實現(xiàn)電線網(wǎng)與中心配電箱之間的連接，保證各個支路與終端系統(tǒng)配電箱之間的連接，最終實現(xiàn)了供電功能，完成供電任務(wù)后，配電網(wǎng)絡(luò)可就相關(guān)供電設(shè)備進行監(jiān)測，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)整體的檢測，滿足監(jiān)測要求后，完成檢測任務(wù)，通過反復(fù)試驗驗證，認定此種設(shè)計方法具有可行性意義，可進一步完成后續(xù)的相關(guān)設(shè)計。

3.2 電路設(shè)計

在配電裝置中的電路選擇設(shè)計，是保證電力電路運輸性能的關(guān)鍵，通過優(yōu)化設(shè)計，電力電路對基礎(chǔ)電能進行傳送和分配，在設(shè)計本系統(tǒng)裝置過程中，設(shè)計的最終目標是提升電路使用的安全性、可靠性，可靈活進行電路傳輸路徑的調(diào)節(jié)和更改，具體（如圖1所示）；設(shè)計人員通過調(diào)節(jié)電路通道口，引進電路轉(zhuǎn)換器，通過中心電路整合，構(gòu)成增強系統(tǒng)總體電路，實現(xiàn)電路優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計人員在系統(tǒng)設(shè)計過程中，遵循電路選擇基礎(chǔ)特征以及設(shè)計的相關(guān)規(guī)范進行選擇，有效提升了電力電路的安全性，縮短了電力電路距離，經(jīng)濟效益顯著，實現(xiàn)了配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)性能目標[2]。為保證電力企業(yè)安全生產(chǎn)、提供穩(wěn)定運行服務(wù)、滿足配網(wǎng)調(diào)速等要求，設(shè)計人員在電路選擇設(shè)計上，以配網(wǎng)規(guī)劃為基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計，提升電力電路運行的可行性。

表1：配電箱參數(shù)

圖1：增強系統(tǒng)電路圖

圖2：配電裝置仿真模型圖

3.3 備用電源的設(shè)計

增強系統(tǒng)中，備用電源的設(shè)計是為更好保證系統(tǒng)運行、傳輸電流的安全性，在備用電源設(shè)計過程中，設(shè)計人員設(shè)計了“雙電源設(shè)備”，支持兩種條件下運行狀態(tài)，其中一種是供電電源相互獨立、無關(guān)聯(lián)性；另一種是相互獨立，具有一定的關(guān)聯(lián)性，多角度、全方位地保護供電設(shè)備功能正常使用，尤其在電力系統(tǒng)故障狀態(tài)下，在切斷電源情況下，可持續(xù)進行供電，經(jīng)過特殊處理過后，對故障電源進行修復(fù)，保證供電系統(tǒng)恢復(fù)正常使用，設(shè)計人員在設(shè)計過程中，綜合考量應(yīng)激負荷問題、備用電源運行成本、電源電量的容納率等，最大化實現(xiàn)電廠對增強系統(tǒng)電能的使用需求。

3.4 插座開關(guān)與配電箱設(shè)計

插座開關(guān)是電力終端重要的組成部分，可在矢量控制下，提升系統(tǒng)運行、供電的安全性，更好發(fā)揮整個系統(tǒng)開關(guān)閉合功能，更好控制系統(tǒng)整體運行情況；設(shè)計人員在具體設(shè)計過程中，采取將電氣裝置與主電源相連接的方式，當(dāng)插座開關(guān)斷開時，此時的電氣裝置將會停止供電，同時，選擇型號標準的開關(guān)，繼續(xù)匹配和對應(yīng)相關(guān)的配電裝置系統(tǒng)。另外，設(shè)計人員嚴格按照電氣設(shè)備電路連接要求對配電箱優(yōu)化設(shè)計。配電箱在正常運行狀態(tài)下，支持手動開關(guān)連接、支持電路線路的劃分，尤其在配電箱發(fā)生系統(tǒng)故障時，支持自動對電路進行切割和預(yù)警以及相關(guān)操作。配電裝置中的測量供電儀表，會實時顯示配電箱運行參數(shù)，同時，支持相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。配電箱在運行過程中，一旦出現(xiàn)偏離軌道的現(xiàn)象，增強系統(tǒng)將自動發(fā)出預(yù)警報告，為相關(guān)人員提供一定的參考依據(jù)[3]。在配電箱回路分配中，設(shè)計了單獨回路和自調(diào)回路，設(shè)置了漏電保護開關(guān)，實現(xiàn)對配電箱漏電保護開關(guān)系統(tǒng)的保護，相關(guān)配電參數(shù)（如表1所示）。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)運行功能

增強系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，不斷優(yōu)化系統(tǒng)運行功能，充分利用通訊數(shù)據(jù)處理、通信電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理等功能，實現(xiàn)電容補償，完成相關(guān)控制工作，設(shè)計人員在系統(tǒng)軟件功能優(yōu)化設(shè)計上，對系統(tǒng)內(nèi)部資源進行優(yōu)化配置，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部的交互操作。在系統(tǒng)啟動功能上，設(shè)定了對歷史數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，支持磁盤功能讀取，充分利用內(nèi)部資源；此增強系統(tǒng)是數(shù)據(jù)信息驅(qū)動模式，可接收的事件信息較多，保證信息傳輸時效，并在系統(tǒng)優(yōu)化處理下，提取相關(guān)的驅(qū)動參數(shù)信息。具體的設(shè)計程序為：開始→啟動監(jiān)控查看歷史數(shù)據(jù)→讀取磁盤內(nèi)容→讀取是否有效（是/否）→系統(tǒng)解耦→結(jié)束；最大化發(fā)揮了系統(tǒng)運行功能。

4.2 多任務(wù)處理功能

在多任務(wù)處理功能上，利用GUI 顯示系統(tǒng)對各類按鍵消息進行響應(yīng)處理，支持對各項返回數(shù)據(jù)的操作，設(shè)定了電容補償任務(wù)，支持增強系統(tǒng)無功率補償操作，為有效避免系統(tǒng)故障的發(fā)生，安裝了具有保護功能的配電箱裝置等，并全程啟動電氣機中心系統(tǒng)；同時，設(shè)計人員利用控制閉鎖系統(tǒng)，完成系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，更好提升了閉鎖開關(guān)使用性能，避免了人為操作失誤，降低短路事故發(fā)生概率；為保證通訊任務(wù)順利完成，在執(zhí)行界面中設(shè)定了實時監(jiān)控任務(wù)，利用文件系統(tǒng)管理任務(wù)對各項信息數(shù)據(jù)進行參數(shù)數(shù)值設(shè)定和更改。在鍵盤掃描任務(wù)中心，設(shè)定了人機界面、顯示系統(tǒng)運行參數(shù)數(shù)值，實現(xiàn)了增強系統(tǒng)多任務(wù)處理功能，進一步深化設(shè)計，提高配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)性能優(yōu)勢。具體的工作流程為：開始→建立顯示任務(wù)→建立電容器補償→建立文件管理系統(tǒng)→通訊服務(wù)→設(shè)備保護→結(jié)束。

4.3 圖形信號的接收功能

設(shè)計人員在設(shè)計本增強系統(tǒng)過程中，一方面支持接收用戶輸入操作、滿足電容補償需求；另一方面，支持用戶瀏覽，通過顯示屏可了解系統(tǒng)運行情況。在配電中心網(wǎng)控制上，設(shè)計中囊括了眾多的監(jiān)控軟件系統(tǒng)，具體的工作流程為：開始→窗口創(chuàng)建、設(shè)置回調(diào)函數(shù)→檢測信息進入→更新常用狀態(tài)→回調(diào)函數(shù)→發(fā)送按鍵消息→結(jié)束；通過系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，強化了系統(tǒng)內(nèi)部的資源配置，用戶通過初始輸入、系統(tǒng)運行狀態(tài)進行邏輯運算，并根據(jù)運算結(jié)果對系統(tǒng)狀態(tài)進行優(yōu)化調(diào)整，加強設(shè)計反思，最終實現(xiàn)了基于矢量控制的配電裝置弱點信號特征增強系統(tǒng)功能優(yōu)化目標。

4.4 通訊功能

在本系統(tǒng)通訊功能設(shè)計上，設(shè)計人員制定了智能配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案，嚴格按照通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計原則優(yōu)化設(shè)計，建設(shè)完善的通信傳輸網(wǎng)，最大化提高了資源利用率，降低了通信網(wǎng)絡(luò)工程投資成本，深入優(yōu)化配電通信網(wǎng)絡(luò)終端，并在反復(fù)驗證中，證明智能配電通信網(wǎng)絡(luò)方案的可行性，降低網(wǎng)絡(luò)能耗，減少網(wǎng)絡(luò)層次，提高配電網(wǎng)管理水平。設(shè)計人員在本系統(tǒng)設(shè)計中，為進一步優(yōu)化增強系統(tǒng)通訊功能，選取CAN 總線作為系統(tǒng)中心線，在CAN 總線啟動下，快速處理系統(tǒng)中的通訊信息，將以太網(wǎng)作為重要的載體，利用TCP協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和信息傳送操作，同時，在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控模式下，實現(xiàn)對主機監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控、信息查詢等；當(dāng)系統(tǒng)故障發(fā)生時，將產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)信息，在CAN 總線控制下，增強弱電信號，完成系統(tǒng)設(shè)計，發(fā)揮了通訊功能優(yōu)勢。

5 矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)效果驗證

5.1 配電裝置模型的建立

系統(tǒng)設(shè)計人員，完整系統(tǒng)整體設(shè)計后，對基于矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)效果進行檢驗，對比傳統(tǒng)的增強系統(tǒng)效果顯著。在實際驗證過程中，相關(guān)人員對配電裝置進行基礎(chǔ)系統(tǒng)檢查，將相關(guān)實驗參數(shù)設(shè)定仿真模型（如圖2），操作人員將基礎(chǔ)電壓設(shè)定為0.35～10kV，采取的是相同弱電信號特征的配電裝置，確保配電電能性能相同，運用比較法進行增強系統(tǒng)效果對比。

5.2 對比結(jié)果分析

實驗人員通過各項參數(shù)對比分析，主要對比矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)之間的增強效果，通過弱電信號強弱、信號質(zhì)量等指標進行比較分析，在相同運行時間內(nèi)，矢量控制下的增強系統(tǒng)隨時間增長，信號強度更強、增長幅度相對較大，具有實際操作的可行性，簡便快捷；反之，傳統(tǒng)弱電信號隨時間變化增長幅度較小、信號傳輸質(zhì)量較差，電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，降低了系統(tǒng)整體運行效率，基于此，通過系統(tǒng)設(shè)計和實驗對比分析，認定為矢量控制下的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)功能性更強，在實際運行工作中的效率更高，系統(tǒng)整體性能較強，具有實際應(yīng)用推廣的可行性，可進一步推動配電裝置系統(tǒng)性能的優(yōu)化和進步，為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供可行性參考依據(jù)。

6 結(jié)論

綜上所述，是人員設(shè)計的一種基于矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)，突破傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計局限，著力提升弱電信號強度和系統(tǒng)使用性能，系統(tǒng)操作較為簡單，支持場景模擬，設(shè)計人員通過優(yōu)化系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、功能設(shè)計，加強系統(tǒng)內(nèi)部資源的優(yōu)化，保證信號傳輸質(zhì)量，不斷提高系統(tǒng)增強性能，并通過實踐驗證，證明矢量控制的配電裝置弱電信號特征增強系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計。有關(guān)領(lǐng)域的工作人員需要重視上述問題，提高系統(tǒng)使用性能。