電力電氣自動化系統及元件技術研究

呂一凡

（國網吉林省電力有限公司長春供電公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

科學技術的突破，為電力發展提供了基礎。電力的發展，則給科學技術的進步提供了新挑戰和新方向。電力的發展不僅促進了電力工作系統的提高，也讓人民的生活越加豐富多彩。如何更好地運用自動化生產促進電力電氣的進一步發展，必須著眼于自動化元件，力求不斷地突破和改善，促進電力電氣不斷發展。自動化技術不僅運用在電力電氣行業，很多生活領域也都有自動化的身影，如出行的交通工具、農業生產的自動化機械等。人民的生活日益改善，生活結構愈發多樣化，也對電力需求提出了更高要求。要使需求得以實現，就要不斷加強現階段對自動化元件技術的研究和運用。要更好地實現電力電氣自動化轉變，就要著眼于元件技術的突破與運用和電力電氣系統的更新與升級兩個方面。

1 電力電氣自動化技術的發展

1.1 電子開關

開關是電力電氣設備的重要組成構件，主要用于控制電力電氣設備運行。開關作為一個基本性元件，基本依靠交流變頻的動力原理運作。因此，世界上的第一批電子開關就是交流變頻型開關。之后，在自動化技術日漸成熟的推動下，技術人員發明了全控制式電子開關。全控制型開關并沒有完全滿足現今電力電氣設備的要求，而是在全控制型開關的基礎上研發了復合型電子開關。復合型電子開關的問世，加速了功率集成化電路電子設備。復合型電子開關的優勢，被廣泛應用于現階段的電力電氣設備設施中[1]。

1.2 電路的發展

電力電氣設備的發展中，不單單只有復合式開關應用了自動化技術。實際應用中，電力系統的電路中也逐步采用了自動化技術，電路的頻率實現了由低到高的轉變。普通晶閘管的應用方式主要利用整流來有效控制直流傳動轉換器的工作。使直流傳送變化器能夠恰當地實現同交流變頻傳動之間的交叉作業工作模式，能夠通過由此形成的交流-直流-交流變頻傳動方式，保證電路高效率運行[2]。幾十年來，電力電氣設備的零部件不斷革新發展，其中PWM轉換器逐漸得到了大家的關注。這個變換器可以大幅提高利用率，不僅提高了電力系統運行功效，而且降低了高次諧波對電網的影響，保障了電網的安全運行。此外，它還提供了有效的解決措施用于電動機在低頻運作中出現的一些問題。雖然PWM轉換器的作用巨大，但是實際運行中也存在一些弊端。針對弊端進行有效處理的過程中，新型的諧振式直流逆變器電路應運而生。

1.3 其他自動化技術的發展

電力電氣系統的發展不能單方面發展，必然是整體的共同進步。所以，除了上述的電子開關和電路的自動化發展，其余部分也采用自動化技術得到了實質性的突破發展，如變頻器和調速器。自動化的發展離不開現代科技實力的支持。依托于科學技術的突破，電力電氣系統不斷革新，不斷提高自動化水平，實現中國電力企業的進一步發展。

2 電力電氣自動化系統的功能作用

在電力電氣系統發展中引進自動化建設的主要原因在于，自動化建設具有全面性。從它的發展潛力上看可以發現，它不但可以保證電力電氣自動化系統的安全性，還可以在自動化排查中及時檢查出運行安全問題。由于電力系統是復雜且浩大的工程系統，往往不能及時檢查出問題，而自動化系統有效解決了這個問題，并且能夠提出有效的措施給予解決。所以，自動化系統能夠幫助電力事業走向國際。此外，從單元機本身的運行特征和電氣控制方面的獨特性可以得出，電力電氣系統的功能在實際運用中主要從三個方面展現。第一，它可以通過對變組的控制措施，有效保障廠高變的安全，進而對磁變壓器安全運行進行監視。第二，能夠充分保障通過26 kV高壓廠對電源實施安全監控，實現廠用電壓之間的輕松切換，保證監控裝置的有效狀態，并可以自己動手實現對系統的啟動和緊急關閉。還能夠有效操控高壓變壓器的運行狀態，使2臺機器聯合運行，且220 kV開關和500 kV開關可以聯合應用在自動化和手工化之間[3]。第三，變組電壓器和隔斷開關的完美控制和不出差錯的操作，可實現對低壓裝置的監控。

3 主要的電力電氣自動化元件技術

3.1 全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

目前，在我國研究電流電壓定額的實驗中，通過將開關的時間作為變量進行不同組實驗，測試每個元件在變量控制下的應有作用。在與之相關的技術推動下，交流變頻器得到了廣泛關注，并推動了很多全控制型元件的誕生和發展。其中，發展最好的是GTR全控式器件，但它本身容易受到各種因素的誘導，在實際運作中出現了各種問題，且維護困難。因為相關技術人員在設計器件時為了突出它的獨特性，將重心放在了設計保護線路上，缺乏對線路的優化設計，導致其線路復雜，技術人員通常很難第一時間發現線路的走向。

3.2 交流調速控制理論日漸成熟

交流調速理論日趨成熟，現今主要運用的是高靜動態性能的交流調速方法。它的主要優勢是控制思想獨一無二，控制結構清晰明了，手段控制容易上手，接收信號處理清楚明白。具有上述優勢，主要在于它運用了直接轉矩控制和空間向量分析法。

4 電力電氣自動化元件技術的運用

追本溯源，電力電氣自動化設備是由功能不同、互相合作的自動化元件組成。要發展自動化元件技術，深入了解目前的自動化元件組成原理是必不可少的基礎性工作。當前，人民的出行方式、生活方式的提高，很大程度上得益于形形色色的自動化元件技術的運用。電力電氣系統本質上屬于高新技術工程，因此對自動化技術提出了更高要求。技術人員的科學素質也應該達到同樣的程度，才能滿足目前電氣電力工程的發展。目前，主要的研究方向為如何更好地完善控制元件，是否能夠在變換器方面實現頻率優化，進一步發展調速控制技術，還有電路集成化和計算機網絡技術的優化。

4.1 半控制晶匣管被全控型電力元件取代

半控制晶匣管在世界電器領域大放異彩時，我國正處于發展起步階段的電力產品也運用的此技術。現在，半控制晶匣管仍在部分電器產品中使用。但是，隨著科學技術的進步，電子領域不斷實現突破，能夠實現全控制的GTO、GTB等新時代電子開關設備，為新的電器發展注入了一劑強心劑。因為電子產品需要的開關電流額度在不同時期有所不同，所以需要根據電器的具體運用領域設計不同的控制程序。GTO是一種使用門極進行斷開的高壓性質元件，但是由于它增加的效益略低，要充分運用它的優勢，目前的技術還不成熟，所以給它的發展帶來了限制。此外，GTP的主要特點是參數影響對各種電器的控件表現得比較明顯。為了使它能夠更好地發揮優勢，設計人員主要將重心放在了電路和驅動的保護機制上，導致電路比較復雜且加大了電路壓力。

4.2 變換器的電路由低頻向高頻方向改變

在現在科技的助推力下，電器研發中的電子元件技術不斷發展、完善，在元件組成中占據重要地位的變換器也得到了革新，更加能夠適應目前的發展形勢。以往的主要使用形式中，晶匣管主要用控制支流的傳動變化器實現對電流的控制。對功率需求的提高，促使了新一代電子元件的誕生。不僅降低了不利電波對電路的威脅，還完成了頻率由低到高的轉變。在PWM變換器中，主要通過改變電流電壓來降低電波可能會對電路產生的不良影響。但是，還存在一些瑕疵，如電機繞組的存在會在工作時產生不小的噪音。高壓環境下，電器元件可能會出現電流突然中斷甚至關閉的情況，這為此技術的運用帶來了機會與挑戰。

4.3 交流調速控制技術日益成熟

目前的設計方式主要是改善改良支流電動機的運行與控制方式，通過空間矢量的控制對定子電流的轉矩分量和磁場分量進行研究。在支流電動機研究模式中，可利用空間坐標原理優化電子元件的物理原型。及時檢測元件產生的磁鏈方向，之后利用磁場定向使其對PWM信號產生反應，從而實現對電子開關的有效控制和提高效率[4]。雖然這種方式簡化了空間矢量和電子數學的復雜度，但也會因為轉子回路時間常數的變化而在性能方面產生很大影響。

5 結 論

隨著越來越多的高新技術引進電力電氣行業自動化領域，將會再一次在電子產品市場中掀起一番大變革，將會為電器企業的高新技術發展指明方向并注入動力。如何在當今種類數不勝數、功能各不相同的電子產品市場中占領市場先機，將自動化技術運用于新產品，提高產品的使用率成為必然的趨勢和潮流。如何更好地將全控制技術與實際電器相結合，離不開諸多科研人員的默默奉獻。只有不斷努力、不斷革新技術，才能不斷推動電力企業不斷向前發展。

[1] 孫 鑫.電力電氣自動化系統及元件技術的運用[J].中國高新區，2017，（23）：110.

[2] 謝龍偉.電力電氣自動化在電力工程中的應用[J].南方農機，2017，48（18）：85.

[3] 齊秀鋒.淺談電力電氣自動化系統及元件技術的運用[J].中國新技術新產品，2016，（6）：7.

[4] 賴佩坤.論電氣自動化控制技術在電力系統中的應用[J].通訊世界，2014，（14）：53-54.