曹焯逸

【摘 ?要】為了能夠給電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供極為重要的保障，我們應(yīng)該不斷注重強(qiáng)化電力電氣自動化元件技術(shù)的運(yùn)用。我國電力電氣行業(yè)發(fā)展水平的高低很大程度上取決于電力電氣自動化程度的高低。當(dāng)今社會，計(jì)算機(jī)技術(shù)水平越來越高，在相當(dāng)一部分領(lǐng)域內(nèi)電力自動控制獲得了極為廣泛地應(yīng)用。這些領(lǐng)域包括：農(nóng)場、工廠、家用電器、交通和辦公室等等。改革開放以來，我國市場經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，為了適應(yīng)市場變化發(fā)展的需求，電力企業(yè)應(yīng)該注重和強(qiáng)調(diào)自動化生產(chǎn)，從而為促進(jìn)電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高提供有力的支持。本文對電力電氣自動化元件技術(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】電力;電氣自動化;元件技術(shù)

一、電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用方向

1、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

在可提供大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的前提下，還可多種電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行防真，科研人員可以借助仿真系統(tǒng)開展新裝置的測試，多種控制裝置都能與其構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，從而為輸電控制系統(tǒng)和研究智能保護(hù)的控制策略提供了十分優(yōu)越的的實(shí)驗(yàn)條件和科研平臺。電力系統(tǒng)數(shù)字模擬實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的引進(jìn)使用，便于對電力系統(tǒng)負(fù)荷動態(tài)特性監(jiān)測、控制策略優(yōu)化、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真建模等方面進(jìn)行深入研究。

2、人工智能的應(yīng)用

電力系統(tǒng)及其運(yùn)行分析、元件的故障診斷、規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面將專家系統(tǒng)、模糊邏輯以及進(jìn)化理論應(yīng)用到實(shí)際研究，并且結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)在電力工業(yè)發(fā)展的需要，開展了電力系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用的研究，結(jié)合發(fā)展需要開發(fā)實(shí)用軟件以提高電力系統(tǒng)控制與運(yùn)行的智能化水平。

二、電力電氣自動化元件研究的主要原因

隨著時(shí)代的不斷變遷，人類社會也已經(jīng)進(jìn)入到了一個網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，這不僅使得社會生產(chǎn)能力得到明顯的提高，還促進(jìn)了人類社會的發(fā)展。而自我國改革開放以來，我國的社會主義市場經(jīng)濟(jì)也得到有效的發(fā)展，從而使得人們的生活水平得到了有效的提高。不過，隨著社會的不斷發(fā)展，電力企業(yè)之間競爭壓力也越來越大，因此為了使得我國電力行業(yè)可以的長遠(yuǎn)的發(fā)展，就將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到其中，從而使得電氣企業(yè)的管理水平、生產(chǎn)模式以及電力產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效的提高。其中電力電氣自動化元件的研究，不但有效的提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行能力，而且還提高了電力資源的質(zhì)量，并且人們?yōu)榱私档推潆娏Y源的生產(chǎn)成本，還將相關(guān)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到了其中，進(jìn)而降低了電力資源在生產(chǎn)的過程中，對周圍環(huán)境造成的污染，減少電力系統(tǒng)的能耗量，使得我國的電力企業(yè)在當(dāng)前的社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制中可以得到更加長遠(yuǎn)的發(fā)展。

三、主要的電力電氣自動化元件技術(shù)

1、全控型電力電子開關(guān)逐步取代半控型晶閘管

20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動控制的新紀(jì)元。晶閘管是第一代電子電力器件，在我國，至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統(tǒng)。由于目前所能生產(chǎn)的電流/電壓定額和開關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。隨著交流變頻技術(shù)的興起，全控式器件―――GTR、GTO、P-MOSEFT等相繼出現(xiàn)了，這是第二代電力電子器件。

GTR的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。

GTO是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的主要缺點(diǎn)是關(guān)斷增益低，一般為4.5，這就需要一個十分龐大的關(guān)斷驅(qū)動電路。而且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2～4.5V，開通di/dt和關(guān)斷dv/dt

也是限制GTO推廣運(yùn)用的另一原因，前者約為500A/μs，后者約為

500V/μs，這就需要一個龐大的吸收電路。

功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅(qū)動電流，驅(qū)動電路需要在器件開通時(shí)提供容性充電電流，而關(guān)斷時(shí)提供放電電流即可，因此驅(qū)動電路很簡單。IGBT是P-MOSFET工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，它兼有MOSFET高輸入阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開關(guān)速度P-MOSFET低，但比GTR快;其通態(tài)電壓降與GTR相似約為1.5～3.5V，比P-MOSFET小得多，其關(guān)斷存儲時(shí)間和電流下降時(shí)間分別為為0.2～0.4μs和0.2～1.5μs，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩(wěn)定的安全個工作區(qū)，較高的效率，驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。

2、變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展

電力電子器件的更新使得由它組成的變換器電路也相應(yīng)的更新?lián)Q代。電力電子器件的第二代，很多的是采用PWM變換器。采用PWM方式后，提高了功率因數(shù)，減少了高次諧波對電網(wǎng)的影響，解決了電動機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動問題。

由于PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動作用在定轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)繞組產(chǎn)生振動而發(fā)出噪聲。開關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。1986年美國威斯康星大學(xué)Divan教授提出諧振式直流環(huán)逆變器。傳統(tǒng)的逆變器是掛在穩(wěn)定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換的‘硬開關(guān)，其開關(guān)損耗較大，限制了開關(guān)在頻率上的提高。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發(fā)展前途。

3、交流調(diào)速控制理論日漸成熟

矢量控制的基本思想是仿照直流電動機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開來，分別加以控制。實(shí)際上就是把異步電動機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動機(jī)的模式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。

大致來說，直接轉(zhuǎn)矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析計(jì)算與控制電流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band-Band控制）產(chǎn)生PwM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動數(shù)學(xué)模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數(shù)易受參數(shù)變化影響的問題。其控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理物理概念明確，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍之內(nèi)，且無超調(diào)，是一種具有高靜動態(tài)性能的新型交流調(diào)速方法。

4、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)控制動技術(shù)而得以提高。

5、單片機(jī)、集成電路及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展

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。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。

結(jié)束語

在當(dāng)前我國電力行業(yè)發(fā)展的過程中，電力電氣自動化元件技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效的提高電力系統(tǒng)工作的效率和性能，而且能增強(qiáng)電力系統(tǒng)的自身管理水平，減少技術(shù)人員的工作量，還有著良好的節(jié)能環(huán)保能力，從而對其成本消耗進(jìn)行有效的控制。不過，從當(dāng)前我國電力電氣自動化元件技術(shù)的應(yīng)用情況來看，雖然這種技術(shù)在我國電力行業(yè)中應(yīng)用得還不夠廣泛，而且其中也存在著一定的問題，但是它有著廣闊的發(fā)展前景，相信在未來電力電氣自動化元件技術(shù)能得到更加廣泛的應(yīng)用。

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（作者單位：鹽城工學(xué)院電氣學(xué)院電建152班）