对电力系统中电气自动化的探讨

赵景江

（华电能源股份有限公司哈尔滨第三发电厂，黑龙江 哈尔滨 150000）

伴随这种电子技术发展的快速，从前的电控系统已经不能作为当前承担重大能力的设备控制装置，并且其范围已经从过去单纯为工厂服务扩展到了交通运输，居民，办公室等场所，从研究对象的角度来说已经提升到运动控制方面，以下对于电气运行技术新的内容提出一些概念性的解释。

1 全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

GTR的某些不可控制因素例如二次穿击，以及工作区的稳定性受到种类繁多的参数的限制，使得热容量有风险，并且过流不充分等，促使人员的注意力集中在更具保护电路的差异性所限制的驱动电路以及保护电路上，导致电路存在不稳定的因素，较难下手。

GT0是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4～5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路，且它的通态压降比普通晶闸管高，约为2～4.5V，开通di/dt和关断dv/dt也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A/u s，后者约为500V/u s，这就需要一个庞大的吸收电路。

由于GTR、GT0等双极性全控性器件必须要有较大的控制电流，因而使门极控制电路非常庞大，从而促进厂新一代具有高输入阻抗的M0S结构电力半导体器件的一切。功率MOSFET是一种电压驱动器件，对于电流的稳定性要求不高，只要能够供给容性充电电流作为能源，支持开启就可以，而供给放电电流，以保证准确关闭，所以电路驱动的原理很容易理解，并且开启和关闭的过程都很短，对于工作区的安全性能够较好保证。但是PMOSFET的通态电压降随着额定电压的增加而成倍增大，这就给制造高压P-MOSFET造成了很大困难。

2 变换器电路从低频向高频方向发展

随着电力电子器件的更新，由它组成的变换器电路也必然要换代。应用普通晶闸管时，直流传功的变换器主要是相控整流，而交流变频动则是交一直一交变频器。当电力电子器件人第二代后，更多早采用PWM变换器了、采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。

但是PWM逆变器中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，带来电机绕组晃动，这就是噪音的来源，为了杜绝这一现象。可以通过快速的开启和关闭，使得噪音的频率高于人耳的接受范围，不过，在高强度的压力和电流状况下不断的开关，其对于元件的损伤是较大的，这是制约逆变器工作能力的一个有效因素。

3 交流调速控制理论日渐成熟

矢量控制的概念与电动机的开动有相似性，都是利用转矩分量和磁场分量的差异性，各自进行针对性的控制。这一结构办法从另一个角度来说就是将异步电动机其物理状态可以与直流电动机达到相似的状态。这一等效变化是利用坐标转化形成的，它必须完成转子磁链的方位的观察，并且，其发挥能力会根据转子参数，回路的速度等级等作为重要的影响方面。另外，因为矢量转换十分复杂，导致控制效果受到一定的影响。

大致来说，直接转矩控制，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下分析计算与控制电流电动机的转矩。采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节 (Band-Band控制)产生PwM 信号，将逆变器的开关设定在最有效的状态，以提升转矩动态的能力，对于数学模型以及矢量变换之间的关系进行了简化处理，使得参数不稳定的状态得到了极有效的改善。

没有通常的PWM信号发生器，其思想上较有创新性，并且结构简明，方法易懂，物理概念上较为清晰，能够快速实现转矩响应，在一拍的时间即可完成，并且没有超调现象，在各种交流调速工作中有十分明晰的效果。

4 通用变频器开始大量投入实用

一般把系列化、批员化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从产品来看，第一代是普通功能型U/F控制型，多彩用16位CPU，第二代为高功能型U/F型，采用32位DSP，或双16位CPU进行控制，采用了磁通补偿器、转差补偿器和电流限制拄制器.具有挖上机和“无跳闸”能力，也称为“无跳闸变频器”。这种变频装置在当前的市场占有率上较大。其中第三次动态性较高，被称为矢量控制。这种办法包含了全数字控制方式，利用软件就能带来参数的精准化确定。带来自适应与变结构两种控制方法。可选择U/F左频率开环控制、无速度传感器矢幼控制和有速度传感器矢量控制，实现了闭环控制的自优化。从技术发展看，电力半导体器件有 GT0、GTR、IGBT，但以后两种为主，尤以IGBT为发展趋势：支频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的RAS(Reliabiliry，Availability，Servicebility)功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。

5 单片机、集成电路及工业控制计算机的发展

以MCS－51代表的8位机虽然仍占主导地位 但功能简单，指令集短小，可靠性高，保密性高，适于大批量生产的PIC系列单片机及GM$97C(二系列单片机等正在推广，单片机的使用范围进一步扩大，在智能化装置以及较为简单的控制场所能够充分利用，并且单片机本身的使用和创新手段也在不断提升，除用汇编语言外，更多地是采用模块化的C语言、PL/M 语言。

集成电路内容应当突出模拟乘法器等装置广泛的应用前景。在电机控制方面，还有专用于产生 PWM 控制信号的 HEF4752、TL494、SLE4520和MA81 8等应用也相当广泛。

在逻辑电路方面，值得注意的是用专用芯片(ASIC)进行逻辑设计。ASIC(Appilca-tion Specificl，Int egrated Circuit中有编程逻辑阵列PLD(Programmable Logic Device o PLD现有四种类型的器件：PR0M、FPLA、PAL、GAL。GAL是PAL了的第二代产品，它可以在线电擦洗，与TTL兼容，响应能力很高，具备编程内容安全保密的特性，这些优势给了GAL新的发展特点，例如费用旱地，而空间占有量小，能源消耗较低，能够有效提升稳定性以及可靠性，在简洁设计方面也有很好效果，并且保密性很好，有较为突出的发展优势，在DMA控制以及新产品开放方面有很好效果，上述控制内容都用电脑方法来实现。

结语

伴随这种技术的更新发展，从前的电力传统概念已经落后，无法承担起自动生产中一线生产，实现装置控制的能力。并且，电力拖动控制方案已经不仅仅应用在工厂作业中，更涉及了办公室电气，运输业，农场等其他方面，得到广泛的应用。它的分析讨论对象已经转变成为运动控制，而对于电气自动化方面只有某一部分的讨论和介绍。

[1]张俊.电力系统中电气自动化技术的探索[J].2011.

[2]蔡蔚.试论电力系统中电气自动化技术[J].2011.