摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，電力系統(tǒng)中電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電領(lǐng)域已得到了普遍應(yīng)用和發(fā)展，功能技術(shù)水平也已日臻完善。本文針對(duì)交流調(diào)速控制、通用變頻器、單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、電氣二次系統(tǒng)的控制方式、以及與一次設(shè)備的連接等幾方面論述了電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng),電氣自動(dòng)化,應(yīng)用

　　前 言

　　電氣自動(dòng)化專業(yè)在我國最早開設(shè)于 50 年代, 名稱為工業(yè)企業(yè)電氣自動(dòng)化。雖經(jīng)歷了幾次重大的專業(yè)調(diào)整, 但由于其專業(yè)面寬, 適用性廠, 一直到現(xiàn)在仍然煥發(fā)著勃勃生機(jī)。 據(jù)教育部最新公布的本科專業(yè)設(shè)置目錄, 它屬于工科電氣信息類。新名稱為電氣二程及其自動(dòng)化或自動(dòng)化。

　　隨著電力電子技術(shù)、 微電子技術(shù)溝迅猛發(fā)展, 原有的電力傳動(dòng) ( 電子拖動(dòng)) 控制的概念已經(jīng)不能充分概抓現(xiàn)代生產(chǎn)自動(dòng)化系流中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。而且, 電力拖動(dòng)控制已經(jīng)走出工廠, 在交通、 農(nóng)場、 辦公室以及家用電器等領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。它的研究對(duì)象已經(jīng)發(fā)展為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　1、變換器電路從低頻向高頻

　　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(yīng)用普通晶閘管時(shí), 直流傳功的變換器主要是相控整流, 而交流變頻動(dòng)則是交一直一交變頻器。當(dāng)電力電子器件進(jìn)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(duì)電網(wǎng)的影響, 解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(dòng)作用在定轉(zhuǎn)子上, 使電機(jī)繞組產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出噪聲。為了解決這個(gè)問題, 一種方法是提高開關(guān)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(dǎo)通或關(guān)斷, 開關(guān)損耗很大。開關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。

　　2、通用變頻器開始大量投入實(shí)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(jìn)行控制, 采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器. 具有挖上機(jī)和“無跳閘” 能力, 也稱為 “無跳閘變頻器” 。這類變頻器目前占市場份額最大、 第三代為高動(dòng)態(tài)性能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制, 可通過軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定, 實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制, 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(shí)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(dǎo)體器件有 GTO、 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 功能也由于采用單片機(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以提高。

　　3、單片機(jī)、 集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

　　以MCS- 51 代表的 8 位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)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(jī)及 GMS97C ( 二系列單片機(jī)等正在推廣, 而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢另外, 單片機(jī)的開發(fā)手段也更加豐富, 除用匯編語言外, 更多地是采用模塊化的 C 語言、PL/M 語言。

　　在集成電路方面, 需要重點(diǎn)說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用很廣。在電機(jī)控制方面, 還有專用于產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)的 HEF4752、TL494、 SLE4520 和 MA818 等應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

　　在邏輯電路方面, 值得注意的是用專用芯片 ( ASIC) 進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)ASIC(Appilca- tion Specificl , Int egrated Circuit 中有編程邏輯陣列 PLD(Programmable Logic Device) 。PLD 現(xiàn)有四種類型的器件: PROM、 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, 有較高的響應(yīng)速度, 有可編程的保密位等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得 GAL在降低系統(tǒng)

　　造價(jià), 減少產(chǎn)品體積和功耗, 提高可靠性和穩(wěn)定性及簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì), 增強(qiáng)應(yīng)用的保密性方面有廣闊的發(fā)展產(chǎn)景, 特別適合新產(chǎn)品研制及 DMA控制和高速圖表處理, 其上述交流的控制最終用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成。

　　4、電氣二次系統(tǒng)

　　要分析電氣主結(jié)線的可靠性定量指標(biāo)，完成電氣結(jié)線的選型工作。

　　4.1可靠性定量指標(biāo)計(jì)算式

　　電氣主結(jié)線可視為由可修復(fù)元件組成的系統(tǒng)，有2 個(gè)工作狀態(tài):正常與故障，按兩態(tài)馬爾柯夫過程，可得出以下近似

　　算式：

　　f c= ∑λji

　　上式中，fc——主結(jié)線系統(tǒng)事故導(dǎo)致主變壓器停運(yùn)事件發(fā)生的頻次，次/a;λji——相關(guān)結(jié)線元件故障率(i=1，2， ……n)

　　4.2其他相關(guān)計(jì)算式

　　主結(jié)線故障元件強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí)間Tjgi

　　Tjgi=fcTcg

　　無備用電源自動(dòng)投入裝置的事故限電量△Akqi

　　A △ kqi =Sqin1Tkqi

　　有備用電源自動(dòng)投入裝置的事故限電量△Akqi

　　A △ kqi =(Sqiz n1-Sy n2)

　　Tkqi 限電經(jīng)濟(jì)損失△U

　　U △ = A △ kqi K

　　上式中，Tcg——故障元件的修復(fù)時(shí)間，h/次;Sqi——事故停運(yùn)主變的容量，萬 KVA;z——主變負(fù)載率，%;n1——同時(shí)事故停運(yùn)的主變臺(tái)數(shù);Sy，n2——分別為仍在運(yùn)行的主變熱備容量及臺(tái)數(shù)，萬KVA;Tkqi——主變事故強(qiáng)迫停運(yùn)的時(shí)間，h ，若經(jīng)切換操作可恢復(fù)供電時(shí)，它等于判明事故及處理事故的時(shí)間，取1 h ;若需等待故障元件修復(fù)，才恢復(fù)供電，則Tkqi = Tjqi;K——單位電度損失計(jì)算系數(shù)，若按限電減少的國民純收入計(jì)，根據(jù)研究資料取 1.5 元/kWh ，若按停電綜合損失計(jì)，參考國外資料取10～30倍電價(jià)。

　　因此，綜上所述，在選擇主結(jié)線時(shí)，一定要根據(jù)上面的可靠性定量指標(biāo)，經(jīng)過計(jì)算之后，才可以確定主結(jié)線的。

　　4.3 控制方式

　　傳統(tǒng)大中型變電站采用強(qiáng)電一對(duì)一控制方式，這種控制方式得到了廣泛的應(yīng)用。90年代中期，在傳統(tǒng)變電站控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有益的改進(jìn)，如選用碼賽克控制屏，裝設(shè)微機(jī)型閃光報(bào)警器，選用進(jìn)口或合資廠強(qiáng)電小開關(guān)等，改進(jìn)后的控制系統(tǒng)雖然在性能上優(yōu)于老式系統(tǒng)，但從根本上沒有大的改進(jìn)。

　　隨計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，微機(jī)監(jiān)控方式在大中型變電站中開始應(yīng)用。初期的應(yīng)用，由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控尚處于試驗(yàn)探索階段，設(shè)計(jì)、運(yùn)行單位對(duì)其不大放心，往往是常規(guī)控制和計(jì)算機(jī)監(jiān)控 2 種方式并存，這樣做的結(jié)果是，由于保留了規(guī)控制設(shè)備，運(yùn)行人員不去鉆研新設(shè)備，仍使用較熟悉的常規(guī)控制方式，使計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)變成了變電站中的擺設(shè)。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)飛速發(fā)展，伴隨設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行部門認(rèn)識(shí)提高和經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)于變電站，尤其是大型變電站，應(yīng)當(dāng)廣泛采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式。通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)電氣二次系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備的工況進(jìn)行監(jiān)控，建立遠(yuǎn)程報(bào)警和干預(yù)機(jī)制， 能夠?qū)τ诟鞣N突發(fā)事故進(jìn)行有效的干預(yù)和報(bào)警，真正的實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理監(jiān)控的優(yōu)勢。

　　4.4與一次設(shè)備的連接問題

　　電氣二次系統(tǒng)的設(shè)備與一次設(shè)備之間的連接問題，也是值得電氣工程人員充分重視的問題，常常有因?yàn)檫B接不當(dāng)或是連接錯(cuò)誤而導(dǎo)致一些重大事故的發(fā)生。

　　在一些高壓斷路器的機(jī)構(gòu)內(nèi)，常常帶有電氣防跳回路，而這個(gè)并聯(lián)防跳回路與微機(jī)保護(hù)回路是相沖突的。接上后，會(huì)出現(xiàn)微機(jī)保護(hù)的跳位、合閘監(jiān)視燈同時(shí)亮的情況，因此，必須將機(jī)構(gòu)防跳回路斷開，防跳功能由微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。

　　綜合自動(dòng)化變電站中的電氣主設(shè)備往往也是高檔次的，GIS 設(shè)備經(jīng)常被采用，GIS 主結(jié)線設(shè)計(jì)的原則是簡化結(jié)線，利用可靠性，取消可以節(jié)省的元件，以降低成本。電壓互感器的隔離開關(guān)在運(yùn)行中不起任何作用， 在檢修電壓互感器TV或現(xiàn)場耐壓試驗(yàn)時(shí)，用它來將電壓互感器TV與主回路分開，對(duì)GIS來講，沒有必要將電壓互感器TV 與GIS分離檢修與測量。

　　自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛而深入，這也使電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生翻天覆地的變化新技術(shù)新理論的應(yīng)用使一些概念不斷被更新和修正，傳統(tǒng)的技術(shù)界線逐漸模糊，各種原來看似不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)會(huì)彼此融合和滲透，這些推動(dòng)著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷發(fā)展和變化。

　　[參考文獻(xiàn)]

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　　[2]羅宇杰.淺談電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用.廣東科技， 2007-10-23