浅谈电力电气自动化的电力系统及元件技术的运用

摘要：电力电气的自动化程度是体现电力电子行业发展水平的一个重要核心，也是各个行业正常运行不可缺少的技术方法。提高企业的电力电气化程度，可以从改善电力电气自动化元件的技术方面着手，这是一个最基本的手段。

关键词：电气自动化 技术 原件

Abstract: Electric power automation is a standard important core to embody of the power electronics industry to develop, also is essential technical method for each industry normal operation. Improve enterprise power electrification level can from the improvement of electric power automation components of the technical aspects, this is one of the most basic means.

Key words: electric automation technology; original;

中图分类号：F407.6文献标识码A 文章编号：

前言： 只有提高企业的电力电气自动化程度，才能满足市场对企业需求，提高企业的市场份额。企业提高企业生产的电力电气自动化，可以有效的提高工作的可靠性，提高运行的经济性，保证产品质量，提高劳动生产率，改善生产劳动的条件。同时能够减少设备的故障发生和产品次品的产生，提高生产的安全性。

1 电气自动化的发展

1.1 全空型的电力电子开关。随着交流变频技术出现后,相继又出现了全控制式器件如GTR等。这是电力电子器件的第二代;接下来是IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。最后是功率集成电路,PIC即第四代电力电子器件。

1.2 由低频向高频方向发展的电路。当应用于普通晶闸管时,直流传动的变换器主要是整流相互控制,交流变频传动则是交―直―交变频器。当电力电子器件转换到第二代的时候,PWM变换器采用的相应也要多些。因为采用了PWM变换器之后不仅提高了功效,并且能够减少高次谐波对电网的影响,合理解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。随着应用的深入,PWM也存在着诸多缺陷,因此也就有了谐振式直流逆变器电路的发展。

1.3 交流调速控制理论。交流电机磁场定向远离理论的提出，为交流传动高性能控制奠定了深刻的理论基础。这一控制思想新颖,控制结构简单明了,信号处理的物理概念明确,是一种高静动态性能的新型交流调速方法。

1.4 通用变频器的投入使用。通用变频器:系列化、批量化、占市场量最大的中小功率变频器。先后变频器经历了第一代:普通功能型U/F控制型;第二代:高功能型U/F型;第三代:高动态性能适量控制型。

1.5 单片机的发展。占主导地位的MCS-51的8位机虽占主导地位,但是它的功能还比较简单,指令集短小,因此就有了适合大批量生产的PIC系列单片机的推广使用,它不仅具有很高的可靠性,而且保密性高。

2电气综合自动化系统的功能

根据单元机组的运行和电气控制的特点，应将发电机一变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入ECS监控。其基本功能为：

2.1 变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制。

2 .26kV高压厂用电源监视、操作、厂用电压快切装置的状态监视、投退、手动启动等。

2.3 高压启/备变压器控制和操作(2台机共用)。

2.4 220kV/500kV开关自动同期并网及手动同期并网。

2.5 发变组出口220kV/500kV断路器、隔离开关的控制及操作。

2.6 380V低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制。

2.7 发电机励磁系统，包括启励、灭磁操作，控制方式切换，增磁、减磁操作，PSS(电力系统稳定器)。

2.8 柴油发电机组和保安电源控制和操作。

对于发变组保护等主保护和安全自动装置，因其设备已经很成熟而且要求全部在DCS中实现其功能尚有一定难度，可能增加相当大的费用，故可以保留。但是它们与DCS间要口求接，控制采用硬接线，利用通讯方式传输自动装置信息，并可以通过DCS进行事故追忆。

3 主要的电力电气自动化元件技术

目前电力电子技术、微电子技术沟迅猛发展，原有的电力传动（电子拖动）控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。它的研究对象已经发展为运动控制系统，下面仅对有关电气自动化技术的新发展作一些介绍。

3.1全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

由于目前所能生产的电流/电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。随着交流变频技术的兴起，全控式器件―――GTR、GTO、P-MOSEFT等相继出现了，这是第二代电力电子器件。

GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。

GTO是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4.5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路。

3.2变换器电路从低频向高频方向发展

电力电子器件的更新使得由它组成的变换器电路也相应的更新换代。电力电子器件的第二代，很多的是采用PWM变换器。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。

由于PWM逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，使电机绕组产生振动而发出噪声。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上，电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’，其开关损耗较大，限制了开关在频率上的提高。因此，谐振式直流逆变器电路极有发展前途。

3.3 交流调速控制理论日渐成熟

矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量分解开来，分别加以控制。实际上就是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式，这种等效变换是借助于坐标变换完成的。

大致来说，直接转矩控制，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下分析计算与控制电流电动机的转矩。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band控制）产生PwM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理，大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题。其控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理物理概念明确，转矩响应迅速，限制在一拍之内，且无超调，是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。

3.4通用变频器开始大量投入实用

一般把系列化、批量化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从技术发展看，电力半导体器件有GTO、GTR、IGBT，但以后两种为主，尤以IGBT为发展趋势：支频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的RAS功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。

3.5单片机、集成电路及工业控制计算机的发展

以MCS-51代表的8位机虽然仍占主导地位，但功能简单，指令集短小，可靠性高，保密性高，适于大批量生产的PIC系列单片机及GMS97C。另外单片机的开发手段也更加丰富，除用汇编语言外，更多地是采用模块化的C语言、PL/M语言。

4 结论

全控型的电力电子开关已经逐渐取代了半控型的晶闸管，高频的变换器得到发展，交流调速的控制理论日益成熟。这些技术的不断提高，必将使得企业的生产更加自动化，快速化，安全化，现代化。

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