电气自动化在电力系统的应用

摘要：随着我国电气智能化技术水平的不断提高，不少电气设备的控制逐步走向专业化水平，其通信协议逐步向电气设备系统开放，最终使得各个系统相互融合。基于这一方面，本文对智能化电气自动控制系统的设计理念进行了相关解析。

关键词：电气自动化；电力系统；应用

Abstract: With the development of intelligent electrical our technology level unceasing enhancement, control a lot of electrical equipment to professional level, the communication protocol gradually open to the electrical equipment system, the various systems of mutual fusion. On the one hand, based on the analysis in this paper, the design concept of the automatic control system for intelligent electrical.

Key words: electrical automation; electric power system; application

中图分类号：S972.7+4 文献标识码：文章编号:

一、变换器电路从低频向高频方向发展

随着电力电子器件的更新,由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时,直流传动的变换器主要是相控整流,而交流变频动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后,更多早采用PWM变换器了、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。

但是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。为了解决这个问题,一种方法是提高开关频率,使之超过人耳能感受的范围,但是电力电子器件在高电压大电流的情况下导通或关断,开关损耗很大。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。

1986年美国威斯康星大学Divan教授提出谐振式直流环逆变器。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。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡过零的谐振路上,使电力电子器件在零电压或零电流下转换,即工作在所谓的“软开关”状态下,从而使开关损耗降低到零。这样,可以使逆器尺寸减少,降低成本,还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此,谐振式直流逆变器电路极有发展前途。

二、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解祸开来,分别加以控制。这种解藕,实际上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。它需要检测转子磁链的方向,且其性能易受转子参数,特别是转子回路时间常数的影响。加上矢量旋转变换的复杂性,使得实际的控制效果难于达到分析的结果。

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,没有通常的PWM信号发生器,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。

三、通用变频器开始大量投入实用

一般把系列化、批员化、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。从产品来看,第一代是普通功能型U/F控制型,多采用16位CPU,第二代为高功能型U/F型,采用32位DSP,或双16位CPU进行控制,采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器.具有挖上机和“无跳闸”能力,也称为“无跳闸变频器”。这类变频器目前占市场份额最大、第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制,可通过软件实现参数自动设定,实现变结构控制和自适应控制,可选择U/F左频率开环控制、无速度传感器矢幼控制和有速度传感器矢量控制,实现了闭环控制的自优化。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、操作性即所谓的RAS(Reliabiliry,Availability,Servicebility)功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。

四、电气自动化在变配电所的应用

4.1通信功能

通信的功能是实现遥控、遥调、通信、故障录波数据上报等。除此之外，通信功能还能够作为调度自动化系统数据的转发节点，向调度主站转发其他自动化装置的数据，从而实现上通下达。

4.2远动功能

变配电所的实时监控，即远动功能，该功能主要包括遇信、遥测和遏调及数据统计、故障报警和计算、图形、生产报表、曲线等的描绘。

4.3管理功能

变配电所的管理功能，主要包括信息、运行状态、变量、事件的监视、存档、记录、打印等功能。保护管理功能，主要包括运行参数的修改、读取、下载、存储等。操作管理功能，主要包括操作记录、操作闭锁、操作管理等。设备管理功能，主要包括设备运行状态监视、维修记录及统计等。

五、电力自动化研究方向

5.1变电站综合自动化与智能保护

该理论主要是将国外最新的综合自动控制理论、人工智能、自适应理论、网络通信、微机新技术等用于新型继电保护装置中，使新型继电保护装置具有了智能控制的特点，进而全面提升了电力系统的安全水平。通过对变电站自动化系统的多年研究，研究人员发现分层分布式变电站综合自动化装置可用于45kv～550kv的各种电压等级变电站。

5.2 电力市场技术与理论

基于目前我国的电力市场发展的需要、经济发展状况以及电力工业技术经济的具体情况，我国电力部门做了以下工作：第一，对电力市场的运营模式进行了认真研究，并深入探讨和明确了电力运营过程中各步骤的具体流程和规则;第二，提出了符合我国现阶段电力市场运营模式的转运服务、期货交易等模块的具体算法和数学模型;第三，紧紧抓住当前我国电力市场运营中一些亟待解决的理论问题。

5.3 电力系统分析与控制

对在线测量技术研究电力系统稳定控制理论与技术、实施相角测量、探讨电力系统的振荡机理和抑制方法、选择小电流接地的选线方法、电网调度的自动化仿真、研究发电机调速控制和跟踪同期技术、研究基于柔性数据收集和监控的电网故障诊断及恢复控制策略、电力负荷预测方法、电网故障诊断理论及技术等。在小波理论和非线性理论在电力系统中的应用方面，以及在电力市场条件下电力系统的控制与分析的新模型、新理论、新的实现手段和新算法进行了研究。

5.4 配电网的自动化

在中低压网络数字电子载波和配网的模型以及高级应用软件、地理信息和配网一体化等方面取得了重大技术突破。其中，低压网络数字电子载波采用了DSP数字信号处理技术，大大提高了载波接收灵敏度，真正的解决了载波在配电网应用的衰耗和干扰等技术难题;高级应用软件及高级应用软件配网的模型将输电网的配网实际运行与理论算法结合起来，并采用了最新的国际标准公共信息模型。

六、智能化电气自动化控制系统的发展

当前，经过严格的评估，建设部科技发展促进中心通过了一批在工程中已实际采用、具有国内领先水平的电气智能化技术的科技成果，他们主要采用了电气系统集成技术。一般来说，智能电气系统内的每个子系统，均由各自的网络连接起来，在各自的操作站下完成预期的工作，但尚未达到信息资源共享。为了达到管理的方便快捷以及各子系统之间的信息资源共享，应对智能电气系统进行系统集成。

在系统集成过程中，集成所选择的系统平台不同，网络结构不同，所集成的子系统范围不同，有不同的集成模式。随着计算机技术、网络技术、控制技术、显示技术的发展，使电气设备控制系统通过计算机网络与其它子系统相连，由此产生以电气设备控制系统为主的系统集成方式。它们利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享，提高了管理效率，也提高了处理突发事件的能力，并达到了节能和节省人力的目的，这就是电气设备管理系统(BMS)。系统集成不是目的，而是提升电气使用功能和提高管理效率的技术手段，集成的内容不是多多益善，而应根据使用和管理的需要，在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下，按需集成。

七、结语

综上所述，电气自动化是电力系统的重要组成部分。因此，我们应对其不断进行探索和整理研究，提高电力的安全可靠性。还要结合实际进行分析，从而保证电力系统工作的安全和发展。