電力系統中電氣自動化的應用分析

謝祿江

摘 要：隨著我國經濟的飛速發展，科學技術的不斷進步，電氣自動化在我國已取得了較大的發展與進步，特別是近年來各種新型電力電子器件、計算機以及網絡通信技術的應用，使得我國的電氣自動化水平不斷提高。文章從我國電氣自動化的現狀、電氣自動化技術新發展、我國電氣自動化的發展前景三個方面對電力系統中的電氣自動化應用進行簡單的分析。

關鍵詞：電力系統；電氣自動化；技術

中圖書分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0106-02

從電氣自動化的發展歷程來看，電力系統中電氣自動化在我國發展已有50余年的歷史。雖然其引入我國的時間并不短，但是以前在電力系統中并沒有得到良好的發展，因此與發達國家相比我國電氣自動化的綜合水平有一定的差距。不過近些年，隨著我國經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步以及電氣自動化逐漸突顯出的巨大的應用優勢，其在電力系統中的發展已開始步入一個全新的歷史階段。在電氣自動化不斷創新和完善的過程中，其優勢具體表現為廣泛的適用性以及寬闊的專業性。在我國大力建設電網以及電力系統良好的發展趨勢影響下電氣自動化開始蓬勃發展。

1 我國電氣自動化的現狀

我國電氣自動化的歷史可以追溯到建國初始，由于受當時經濟實力及科技水平的限制，電氣自動化在我國并沒有獲得很好的發展。但是隨著我國經濟的不斷騰飛、科學技術的改革創新，我國電氣自動化應用越來越廣。特別是IEC61131的頒布、OPC技術的出現以及計算機和多媒體技術的廣泛應用，更是使電子自動化在我國電力系統中有了極大的發展。

1.1 電氣自動化系統維護簡易

從當前電氣自動化的系統構成來看，還是以Windows NT、Internet Explore為主要的技術支撐，在電氣自動化的發展過程中這些技術形成了標準的操作規范和執行語言，建立了標準的平臺。而隨著科技的不斷進步，電氣自動化系統的操作界面也日趨完善，使其更易于被企事業單位接受，從而使其得到了更廣泛的應用，并且也極大的方便了自動化系統的維護。

1.2 分布式控制應用

分布式控制系統又稱為分散控制系統，其由多臺計算機分別控制生產過程中多個控制回路，同時又可集中獲取數據、集中管理和集中控制的自動控制系統 。由于在電氣自動化系統要實現對各個運行組成部分的有效調控和管理，而且還要處理好線路與設備、設備與設備之間的關系，因此分布式控制系統在電氣自動化系統中得到了很好的應用。

1.3 IEC 61131標準使編程接口標準化

在IEC61131標準頒布以前，由于各個生產廠商執行的標準不同，導致電氣自動化系統元器件市場較為混亂，可能各種元器件的型號、使用功能甚至定義方式都有著相當大的差別，這樣就使設備不能很好的組合應用和進行統一管理。而在IEC61131標準出現后，使得各種元器件可以更好的組合應用，提升了其使用的效率。

2 電氣自動化技術新發展

2.1 變換器電路從低頻向高頻方向發展

隨著電力電子技術的快速發展，極大地加快了電力電子元件更新換代的速度，因此變換器電路也隨之變化。由于普通晶閘管有交流變頻的特點，因此以前在使用普通晶閘管時，電力系統中直流電路的運行總是處在交-直-交交替變換的狀態。然而隨著電力電子技術的發展，出現了第二代電力電子器件，其中PWM變換器逐漸取代了普通晶閘管，從而使電力系統的功率因素有了顯著的提升以及有效的解決了電動機在低頻區出現的轉矩脈動現象，但是也隨之帶來了較大的震動噪音。

一段時期內，這一問題困擾著大量相關的技術人員，直到美國威斯康星大學Divan教授研發出直流環逆變器，才有效的解決了這一難題。直流環逆變器實現了電子器件功能的靈活轉換，使其能在零電流或者是零電壓的條件下進行轉換，并且它完全消除了開關損耗。因此使系統運行成本得以降低，同時也減小了逆變器尺寸，有效的提升了逆變器的集成化程度。

2.2 全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

在20世紀50年代末出現了以晶閘管為代表的第一代電力電子器件，這種半控型器件標志著自動化控制進入了一個新的時代。然而隨著電力電子技術的發展，逐漸的出現一系列的全控型電力電子器件，典型的代表是：GTO、GTR、MOSTEFT，這些電子器件的出現標志著電力電子器件進入第二代。而IGBT的出現則是電力電子器件跨入了第三代。由于這些電子器件的額定電流、電壓以及開關時間不同，所以它們的適用范圍也不盡相同。

GTO（Gate-Turn-Off Thyristor）是可關斷晶閘管的簡稱，又稱門控晶閘管。其主要特點為：當門極加負向觸發信號時晶閘管能自行關斷；但由于其關斷的增益較低，所以GTO的主要缺陷是：需要一個大功率的關斷驅動電路。

GTR（Giant Transistor）是電力晶體管的簡稱，其是一種雙極型大功率高反壓晶體管，由于其功率非常大，所以它又被稱作為巨型晶體管。由于其過流能力較低、熱容量小，而且安全工作區以及二次擊穿現象受到外界影響較大，所以根據不同的特性需要配備相應的驅動電路和保護電路。

P-MOSTEFT是電力場效應晶體管的簡稱，其是用柵極電壓來控制漏極電流，它的顯著特點是驅動電路簡單，驅動功率小，開關速度快，工作頻率高。但是其電流容量小，耐壓低，通態電壓會隨著額定電壓的增加而急劇的增加

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是絕緣柵雙極晶體管的簡稱，其是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。IGBT作為第三代電力電子器件的典型代表，其綜合了GTR的低導通壓降和MOSFET的高輸入阻抗兩方面的優點。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅動電流較大；MOSFET驅動功率很小，開關速度快，但導通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點，從而使驅動功率小而飽和壓降低。

2.3 交流調速控制理論日漸成熟

矢量控制實現的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。

2.4 智能保護與綜合自動化技術

根據電氣自動化的需要，我國從事該方向的研究人員加大了對電力系統繼電保護新理論的研究力度，并結合我國實際情況將國內外最新的技術和理論應用于電力系統繼電保護裝置中，例如：人工智能、綜合自動控制理論、模糊理論、自適應理論以及網絡通信、微機技術等。從而使新型保護裝置進入了智能化時代，也極大地提高了電力系統的安全性和可靠性。同時，我國科技工作者結合我國實情對自動化系統也進行了多年的研究，其中研制的分層分布式綜合自動化裝置能夠適用于我國35～500kV的各種電壓等級的變電站。

2.5 電力系統自動化實時仿真系統

在軟件仿真方面，研究人員則對電力系統實時仿真建模以及電力系統負荷動態特性監測等進行了深入的研究分析，并且還引進了加拿大TEQSIM公司研發的電力系統數字模擬實時仿真系統，從而建成了我國具備混合實時仿真環境能力的實驗室。這套仿真系統可以模擬進行電力系統在不同環境下的穩態和暫態實驗，為科學研究提供大量的試驗數據，同時其還可以與多種不同的控制裝置構成閉環系統，從而可以對新裝置進行測試，為智能保護、靈活輸電系統的研究提供一定的實驗條件。

2.6 電力系統配電網自動化技術

電力系統由發電、輸電和配電三部分組成。配電自動化技術是服務于城鄉配電網改造建設的重要技術，其主要是利用電力電子技術、網絡通信技術等與電力設備相結合， 并采用配電網遞歸虛擬流算法進行潮流計算以及應用現代人工智能灰色神經元算法進行負荷預測。

2.7 人工智能在電力系統中的應用

根據我國電力系統的實際情況以及我國電力工業的發展需要，研究人員開始了將模糊邏輯、專家系統以及進化理論等應用到電力系統的故障診斷、運行分析以及系統的規劃設計等方面的研究分析，從而使電力系統運行和控制逐步實現智能化成為可能。

3 我國電氣自動化的發展前景

隨著第三次科技革命各種新技術的應用，電氣自動化開始散發出巨大的活力，并為其帶來了廣闊的前景，電氣自動化不僅可以與新興的科技成果相結合應用于科技創新的實踐中，而且還可以運用于工業生產。另外，伴隨我國電網的大力建設，也為其帶來了巨大的發展空間。

雖然電氣自動化在我國已有50余年的發展歷史，但是我國的電力系統綜合自動化技術起步卻相對較晚，因此在某些技術方面與國外存在著一定的差距。所以在電氣自動化應用越來越普遍的今天，我們不僅要學習和借鑒國外的先進技術，而且需要根據我國電力系統的實際情況以及科學技術的發展水平，自主研發出更適用于我國電力系統的綜合自動化系統。

4 結 語

隨著科學技術的不斷進步，電力電子技術也快速發展，從而促進了電氣自動化應用的普遍化，也使其越來越廣泛并深入的應用于電力系統之中。這些都使得電力系統的運行及管理方式有了極大地改變，各種新技術、新理論在電氣自動化中的應用也促進了各專業知識、技術的融合和滲透，而這些反過來又推動著電力系統電氣自動化的不斷發展和進步。相信隨著科技的日新月異，電力系統的科技含量將越來越高。

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