电气工程中自动化技术的运用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 电气工程中自动化技术的运用 【摘要】近年来，我国微电子技 术以及电力工程电子技术的迅猛发展， 原有的电力传动（电子拖动）控制等概 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， 而且电力拖动控制已经走出工厂，不但 在交通、农场或办公室以及家用电器等 领域获得了广泛运用，它的研究对象早 已经发展为运动控制系统，本文主要针 对有关电气自动化技术的一些发展进行 分析论述。 中国论文网 /2/view-12895166.htm 【关键词】电气工程 自动化 Abstract：In recent years, Chinas microelectronic technology and power -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 engineering of the rapid development of electronic technology, the original power transmission ( electronic drive ) control concept is not sufficient enough to almost catch modern automation system for first- line task all control equipment, and electric drive control has been out of the factory, not only in the traffic, farm or office and home electrical appliances and other fields has been widely used, its research object already for the development of the motion control system, this article mainly aims at the electrical automation technology some development are discussed. Keyword ：Electrical engineering automation 中图分类号：F407.6 文献标识码： A 文章编号： 前言 我国社会对电力的需求日益增大， 同时我国的电网建设水平不断发展，并 取得了长足进 步。在这个过程中，怎 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 样提高配电同的自动化水平越来越成为 人们关注的焦点、本文将对自动化技术 在电气工程中的运用进行讨论分析，以 供参考。 一、电力系统自动化技术 1、变电站自动化 变电站自动化的目的是取代人工 监视和电话人工操作，提高工作效率， 扩大对变电站的监控功能，提高变电站 的安全运行水平。变电站自动化的内容 就是对站内运行的电气设备进行全方位 的监视和有效控制，其特点是全微机化 的装置替代各种常规电磁式设备；二次 设备数字化、网络化、集成化，尽量采 用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆； 操作监视实现计算机屏幕化；运行管理、 记录统计实现自动化。变电站自动化除 了满足变电站运行操作任务外还作为电 网调度自动化不可分割的重要组成部分， 是电力生产现代化的一个重要环节。 2、电网调度自动化 电网调度自动化主要组成部分， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 由电网调度控制中心的计算机网络系统、 工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印 设备等，其主要是通过电力系统专用广 域网连结的，下级电网调度控制中心、 调度范围内的发电厂、变电站终端设备 (如测量控制等装置) 等构成。电网调度 自动化的主要功能是：电力生产过程实 时数据采集与监控电网运行安全分析、 电力系统状态估计、电力负荷预测、自 动发电控 制(省级电网以上) 、自动经济调 度(省级电网以上) 并适应电力市场运营 的需求等。 3、发电厂分散测控系统(DCS ) 发电厂分散控制系统( DCS)一般 采用分层分布式结构，由过程控制单元 ( PCU)、运行员工作站(0S)、工程师工 作站(ES) 和冗余的高速数据通讯网络(以 太网)组成。 过程控制单元（PCU）由可冗余 配置的主控模件( MCU)和智能 I /0 模件 组成。MCU 模件通过冗余的 I /0 总线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 与智能 FO 模件通讯。PCU 直接面向生 产过程，接受现场变送器、热电偶、热 电阻、电气量、开关量、脉冲量等信号， 经运算处理后进行运行参数、设备状态 的实时显示和打印以及输出信号直接驱 动执行机构，完成生产过程的监测、控 制和联锁保护等功能。 运行员工作站(0S)和工程师工作 站( ES)提供了人机接口。 运行员工作 站接收 PCU 发来的信息和向 PCU 发出 指令，为运，行操作人员提供监视和控 制机组运行的手段，工程师工作站为维 护工程师提供系统组态设置和修改、系 统诊断和维护等手段。 二、交流调速控制理论日渐成熟 1971 年，德国一位学者发表论 文阐明了交流电机磁场定向即矢量控制 的原理，为交流传动高性能控制奠定了 理论基础。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耦开来，分别加 以控制。这种解耦，实际上是把异步电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 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。 1985 年德国鲁尔大学的 Depenbrock 教授首次提出了直接转矩控 制的理论，接着 1987 年又把它推广到 弱磁调速范围。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 一 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， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 控制手段直接，信号处物理概念明确， 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、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，直流传功的变换器主要 是相控整流，而交流变频船动则是交一 直一交变频器。当电力电子器件进入第 二代后，更多是采用 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冈的影响，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。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 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。 四、当前电力系统自动化依 赖 IT 技术向前发展的重要热点技术 1、电力一次设备智能化 常规电力一次设备和二次设备安 装地点一般相隔几十至几百米距离，互 相间用强信号电力电缆和大电流控制电 缆连接，而电力一次设备智能化是指一 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 次设备结构设计时考虑将常规二次设备 的部分或全部功能就地实现，省却大量 电力信号电缆和控制电缆，通常简述为 一次设备自带测量和保护功能。如常见 的“智能化开关 ”、 “智能化开关柜”、 “智能 化箱式变电站” 等。 电力一次设备智能化主要问题是 电子部件经常受到现场大电流开断而引 起的高强度电磁场干扰，关键技术是电 磁兼容、电子部件的供电电源以及与外 部通信接口协议标准等技术问题。 2、电力一次设备在线状态检测 对电力系统一次设备如发电机、 汽轮机、变压器、断路器、开关等设备 的重要运行参数进行长期连续的在线监 测，不仅可以监视设备实时运行状态， 而且还能分析各种重要参数的变化趋势， 判断有无存在故障的先兆，从而延长设 备的维修保养周期，提高设备的利用率， 为电力设备由定期检修向状态检修过度 提供保障。近年来电力部门投入了很大 力量与大学、科研单位合作或引进技术， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 开展在线状态检测技术研究和实践并取 得了一些进展，但由于技术难度大，专 业性强， 检测环境条件恶劣，要开发 出满意的产品还需一定时日。 3、光电式电力互感器 电力互感器是输电线路中不可缺 少的重要设备，其作用是按一定比例关 系将输电线路上的高电压和大电流数值 降到可以用仪表直接测量的标准数值， 以便用仪表直接测量。其缺点是随电压 等级的升高绝缘难度越大，设备体积和 质量也越大；信号动态范围小，导致电 流互感器会出现饱和现象，或发生信号 畸变；互感器的输出信号不能直接与微 机化计量及保护设备接口。因此不少发 达国家已经成功研究出新型光电式和电 子式互感器，国际电工协会已发布了电 子式电压、电流互感器的标准。国内也 有大专院校和科研单位正在加紧研发并 取得了可喜成果。目前主要问题是材料 随温度系数的影响而使稳定性不够理想。 另一关键技术是，光电互感器输出的信 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 号比电磁式互感器输出的信号要小得多， 一般是毫安级水平，不能像电磁式互感 器那样可以通过较长的电缆线送给测控 和保护装置，需要在就地转换为数字信 号后通过光纤接口送出，模数转换、光 电转换等电子电路部分在结构上需要与 互