對電力系統中電氣自動化的探討

趙景江

（華電能源股份有限公司哈爾濱第三發電廠，黑龍江 哈爾濱 150000）

伴隨這種電子技術發展的快速，從前的電控系統已經不能作為當前承擔重大能力的設備控制裝置，并且其范圍已經從過去單純為工廠服務擴展到了交通運輸，居民，辦公室等場所，從研究對象的角度來說已經提升到運動控制方面，以下對于電氣運行技術新的內容提出一些概念性的解釋。

1 全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

GTR的某些不可控制因素例如二次穿擊，以及工作區的穩定性受到種類繁多的參數的限制，使得熱容量有風險，并且過流不充分等，促使人員的注意力集中在更具保護電路的差異性所限制的驅動電路以及保護電路上，導致電路存在不穩定的因素，較難下手。

GT0是一種用門極可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4～5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路，且它的通態壓降比普通晶閘管高，約為2～4.5V，開通di/dt和關斷dv/dt也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/u s，后者約為500V/u s，這就需要一個龐大的吸收電路。

由于GTR、GT0等雙極性全控性器件必須要有較大的控制電流，因而使門極控制電路非常龐大，從而促進廠新一代具有高輸入阻抗的M0S結構電力半導體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅動器件，對于電流的穩定性要求不高，只要能夠供給容性充電電流作為能源，支持開啟就可以，而供給放電電流，以保證準確關閉，所以電路驅動的原理很容易理解，并且開啟和關閉的過程都很短，對于工作區的安全性能夠較好保證。但是PMOSFET的通態電壓降隨著額定電壓的增加而成倍增大，這就給制造高壓P-MOSFET造成了很大困難。

2 變換器電路從低頻向高頻方向發展

隨著電力電子器件的更新，由它組成的變換器電路也必然要換代。應用普通晶閘管時，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件人第二代后，更多早采用PWM變換器了、采用PWM方式后，提高了功率因數，減少了高次諧波對電網的影響，解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

但是PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，帶來電機繞組晃動，這就是噪音的來源，為了杜絕這一現象。可以通過快速的開啟和關閉，使得噪音的頻率高于人耳的接受范圍，不過，在高強度的壓力和電流狀況下不斷的開關，其對于元件的損傷是較大的，這是制約逆變器工作能力的一個有效因素。

3 交流調速控制理論日漸成熟

矢量控制的概念與電動機的開動有相似性，都是利用轉矩分量和磁場分量的差異性，各自進行針對性的控制。這一結構辦法從另一個角度來說就是將異步電動機其物理狀態可以與直流電動機達到相似的狀態。這一等效變化是利用坐標轉化形成的，它必須完成轉子磁鏈的方位的觀察，并且，其發揮能力會根據轉子參數，回路的速度等級等作為重要的影響方面。另外，因為矢量轉換十分復雜，導致控制效果受到一定的影響。

大致來說，直接轉矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節 (Band-Band控制)產生PwM 信號，將逆變器的開關設定在最有效的狀態，以提升轉矩動態的能力，對于數學模型以及矢量變換之間的關系進行了簡化處理，使得參數不穩定的狀態得到了極有效的改善。

沒有通常的PWM信號發生器，其思想上較有創新性，并且結構簡明，方法易懂，物理概念上較為清晰，能夠快速實現轉矩響應，在一拍的時間即可完成，并且沒有超調現象，在各種交流調速工作中有十分明晰的效果。

4 通用變頻器開始大量投入實用

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。從產品來看，第一代是普通功能型U/F控制型，多彩用16位CPU，第二代為高功能型U/F型，采用32位DSP，或雙16位CPU進行控制，采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限制拄制器.具有挖上機和“無跳閘”能力，也稱為“無跳閘變頻器”。這種變頻裝置在當前的市場占有率上較大。其中第三次動態性較高，被稱為矢量控制。這種辦法包含了全數字控制方式，利用軟件就能帶來參數的精準化確定。帶來自適應與變結構兩種控制方法。可選擇U/F左頻率開環控制、無速度傳感器矢幼控制和有速度傳感器矢量控制，實現了閉環控制的自優化。從技術發展看，電力半導體器件有 GT0、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發展趨勢：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由于采用單片機控制動技術而得以提高。

5 單片機、集成電路及工業控制計算機的發展

以MCS－51代表的8位機雖然仍占主導地位 但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的PIC系列單片機及GM$97C(二系列單片機等正在推廣，單片機的使用范圍進一步擴大，在智能化裝置以及較為簡單的控制場所能夠充分利用，并且單片機本身的使用和創新手段也在不斷提升，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL/M 語言。

集成電路內容應當突出模擬乘法器等裝置廣泛的應用前景。在電機控制方面，還有專用于產生 PWM 控制信號的 HEF4752、TL494、SLE4520和MA81 8等應用也相當廣泛。

在邏輯電路方面，值得注意的是用專用芯片(ASIC)進行邏輯設計。ASIC(Appilca-tion Specificl，Int egrated Circuit中有編程邏輯陣列PLD(Programmable Logic Device o PLD現有四種類型的器件：PR0M、FPLA、PAL、GAL。GAL是PAL了的第二代產品，它可以在線電擦洗，與TTL兼容，響應能力很高，具備編程內容安全保密的特性，這些優勢給了GAL新的發展特點，例如費用旱地，而空間占有量小，能源消耗較低，能夠有效提升穩定性以及可靠性，在簡潔設計方面也有很好效果，并且保密性很好，有較為突出的發展優勢，在DMA控制以及新產品開放方面有很好效果，上述控制內容都用電腦方法來實現。

結語

伴隨這種技術的更新發展，從前的電力傳統概念已經落后，無法承擔起自動生產中一線生產，實現裝置控制的能力。并且，電力拖動控制方案已經不僅僅應用在工廠作業中，更涉及了辦公室電氣，運輸業，農場等其他方面，得到廣泛的應用。它的分析討論對象已經轉變成為運動控制，而對于電氣自動化方面只有某一部分的討論和介紹。

[1]張俊.電力系統中電氣自動化技術的探索[J].2011.

[2]蔡蔚.試論電力系統中電氣自動化技術[J].2011.