电气自动化控制系统的设计

1、电气自动化控制系统的设计 【论文摘要】 文章通过介绍电气综合自动化系统的功能，讨论了目前电气自 ： 动化控制系统的设计思想（以发电厂为例子） ，展望了将来电气自动化控制系统 的发展趋势。设各智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能， 通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域，基于 Pc 的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。 【关键词】 电气自动化；控制系统；设计思想；系统功能 ： 一、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： 1发变组出口

2、 220kV/500kV 断路器、隔离开关的控制及操作。 2发变组保护、厂高变保护、励磁变压器保护控制。 3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)的投退。 4220kV/500kV 开关自动同期并网及手动同期并网。 56kV 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。 6380V 低压厂用电源监视、操作、低压备自投装置控制。 7高压启/备变压器控制和操作(2 台机共用)。 8柴油发电机组和保安电源控制和操作。 9直流系统和 LPS 系统的监视。 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

3、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。 二、电气自动化控制系统的设计思想 1集中监控方式 这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容 易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理， 处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随 着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、 电缆数量增加， 投资加大， 长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时， 隔离刀闸的操作闭

4、锁 和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无 法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由 于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。 2远程监控方式 远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、 ，节约材料、可靠性高、 组态灵活等优点。由于各种现场总线(如 Lonworks 总线，CAN 总线等)的通讯速 度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统 监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。 3现场总线监控方式 目前，对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于 变电站综

5、合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有 了较快的发展， 这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基 础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的 功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控 方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0 卡件、模拟量变 送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控 制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能 相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大 提高，任一装置故障仅影响相应

6、的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控 方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 三、探讨电气自动化控制系统的发展趋势 OPC(OIJEforProcess Control)技术的出现， IEC61131 的颁布， 以及 Microsoft 的 Windows 平台的广泛应用，使得未来的电气技术的结合，计算机日益发挥着 不可替代的作用。IEC61131 已成为了一个国际化的标准，正被各大控制系统厂 商广泛采纳。 Pc 客户机服务器体系结构、以太网和 Internet 技术引发了电气自动化的 一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和 IT 平台的融和，电子商务的 普及将加速着这一过程。

7、InternetIntranet 技术和多媒体技术在自动化领域有着 广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等 管理数据，也可以对当前生产过程的动态画面进行监控，在第一时间了解最全面 和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，将对未来的自动化产 品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通 讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这 种趋势正从单一的设备转向集成的系统。 参考文献 ： 1 贺家李、沈从炬，电力系统继电保护原理，北京: 中国电力出版社，1994. 2 范辉、陆学谦，电气监控系统纳入 DCS

8、 的几点体会，电力自动化设备，2001, 21(3): 52-54. 3 薛葵，发电厂电气监控系统, 电力系统装备，2002 (1): 72-73. 4 蒙宁海，火电厂厂用电系统监控方案的探讨，广西电力，2003, 26 (2): 44-47. 5 林跃、秦岭，纳雍发电总厂 ECS 方案解决方法的探讨, 贵州电力技术，2003, 6(7):3-5. 6 曲兆卫、刘耀志，等. ECS 系统在蒙华海电的应用, 内蒙古电力技术，2003, 21(5):51，62. 7 陈良根、田兰、张进，ECS 在巴蜀江油电厂的应用, 四川电力技术，2003, 26 (3):910. 8 张军、李楠，浅谈电气控制系

9、统(RCS)的应用和发展, 自动化博览，2004, 21(6):66-69. 9 朱建梁，电气控制系统(ECS)进入 DCS 系统力式的探讨, 湖南电力， 2004, 24(10):30-32. 电力系统谐波检测和治理 【论文摘要】：随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网 中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波 畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用 户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的 三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对 改于供电质量、确保电

10、力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 【关键词】：电力谐波；检测；治理 一、电力系统谐波危害 1、谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及 用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火 灾。 2、谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障， 变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿 命缩减，直至最终损坏。 3、谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统 构成重大威胁， 特别是对电容器和与之串联的电抗器， 电网谐振常会使之烧毁。 4、谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不

11、必要的供电中断和损 失。 5、谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电 力用户带来直接的经济损失。 6、谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质 量;重则导致信息丢失， 使通信系统无法正常工作。 论文 7、 谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作， 造成数据丢失或死机。 8、谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能， 造成噪声干扰和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1、模拟电路。消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源 的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由 于其检测环节多采用模拟电路，因而造

12、价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和 温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在 10%以内，严重影响了 有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的研究取得了较大进展，由于神 经元有自适应和自学习能力，且结构简单，输入输出关系明了，因此可用神经元 替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差 90 度的正弦向量作为 神经元的输入。由神经元先得到基波电流，然后检测出应补偿的电流，从而完成 谐波电流的检测。但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了 其应用范围。 2、傅立叶变换 。利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐 波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散

13、傅立叶变换所需要处理的是经过采 样和 A/D 转换得到的数字信号，设待测信号为 x(t)，采样间隔为 t 秒，采样频 率 =1/ t 满足采样定理，即 大于信号最高频率分量的 2 倍，则采样信号为 x(n t)， 并且采样信号总是有限长度的，即 n=0，1N-1。这相当于对无限长的信号 做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。此外，对于离散傅立 叶变换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立 叶变换也不可能求出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄 露现象的影响。 3、小波变换 。小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控 制、图象处

14、理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现 和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下， 可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进 行处理，从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数，对一信号 进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。对于检测高频信息，时窗 变窄，可对信号的高频分量做细致的观测；对于分析低频信息，这时时窗自动变 宽，可对信号的低频分量做概貌分析。所以小波变换具有自动“调焦”性。其次， 小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域信息， 因此信号频率的微小波动 不会对处理产生很大的影响，并不

15、要求对信号进行整周期采样。另外，由小波变 换的时间局部可知，在信号的局部发生波动时，不会象傅立叶变换那样把影响扩 散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，因此，采用小波变换可以 跟踪时变和暂态信号。 三、电力系统谐波治理 限于篇幅问题，本文在此只介绍基于改造谐波源本身的谐波抑制方法，基于 改造谐波源本身的谐波抑制方法一般有以下几种。 (1)增加整流变压器二次侧整流的相数 对于带有整流元件的设备，尽量增加整流的相数或脉动数，可以较好地消除 低次特征谐波，该措施可减少谐波源产生的谐波含量，一般在工程设计中予以考 虑。因为整流器是供电系统中的主要谐波源之一，其在交流侧所产生的高次谐波 为 t

16、K 1 次谐波，即整流装置从 6 脉动谐波次数为 n=6K 1，如果增加到 12 脉动 时，其谐波次数为 n=12K 1(其中 K 为正整数)，这样就可以消除 5、7 等次谐波， 因此增加整流的相数或脉动数，可有效地抑制低次谐波。不过，这种方法虽然在 理论上可以实现，但是在实际应用中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分 有效，该方法多用于大容量的整流装置负载。 (2)整流变压器采用 Y/ 或 /Y 接线 该方法可抑制 3 的倍数次的高次谐波，以整流变压器采用 /Y 接线形式为例 说明其原理， 当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时， 其中 3 的倍 数次高次谐波电流无路可通，所以自然

17、就被抑制而不存在。但将导致铁心内出现 3 的倍数次高次谐波磁通(三相相位一致)，而该磁通将在变压器原边绕组内产生 3 的倍数次高次谐波电动势，从而产生 3 的倍数次的高次谐波电流。因为它们相 位一致，只能在 形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组 端子上不会出现 3 的倍数次的高次谐波电动势。从以上分析可以看出， 三相晶闸 管整流装置的整流变压器采用这种接线形式时，谐波源产生的 3n(n 是正整数) 次谐波激磁电流在接线绕组内形成环流，不致使谐波注入公共电网。这种接线形 式的优点是可以自然消除 3 的整数倍次的谐波，是抑制高次谐波的最基本方法， 该方法也多用于大容量的整流装置负

18、载。 (3)尽量选用高功率因数的整流器 采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法， 用该方法构成的整流器还 不足以称之为高功率因数整流器。 高功率因数整流器是一种通过对整流器本身进 行改造，使其尽量不产生谐波，其电流和电压同相位的组合装置，这种整流器可 以被称为单位功率因数变流器(UPFC)。 该方法只能在设备设计过程中加以注意， 从而得到实践中的谐波抑制效果。 论文网在线 (4)整流电路的多重化 整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到 接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此 该方法一般只用于大容量场合。 另外， 该方法不仅可以减少交流输入电流的谐波， 同时也可以减少直流输出电压中的谐波幅值，并提高纹波频率。如果把上述方法 与 PWM 技术配合使用，则会产生很好的谐波抑制效果。该方法用于桥式整流电 路中，以减少输入电流的谐波。 当然，除了基于改造谐波源本身的谐波抑制方法，还有基于谐波补偿装置功 能的谐波抑制方法，它包括加装无源滤波器、加装有源滤波器、装设静止无功补