电力系统中电气自动化技术的应用
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随着国民经济的快速增长，电力系统中电气综合自动化技术在变电领域已得到了普遍应用和发展，功能技术水平也已日臻完善。本文针对交流调速控制、通用变频器、单片机、集成电路及工业控制计算机、电气二次系统的控制方式、以及与一次设备的连接等几方面论述了电气自动化在电力系统中的应用。
关键词 电力系统；电气自动化；应用
前 言
电气自动化专业在我国最早开设于 50 年代, 名称为工业企业电气自动化。虽经历了几次重大的专业调整, 但由于其专业面宽, 适用性厂, 一直到现在仍然焕发着勃勃生机。 据教育部最新公布的本科专业设置目录, 它属于工科电气信息类。新名称为电气二程及其自动化或自动化。
随着电力电子技术、 微电子技术沟迅猛发展, 原有的电力传动 ( 电子拖动) 控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。而且, 电力拖动控制已经走出工厂, 在交通、 农场、 办公室以及家用电器等领域获得了广泛运用。它的研究对象已经发展为运动控制系统。
变换器电路从低频向高频
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。当电力电子器件进人第二代后, 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, 使电机绕组产生振动而发出噪声。为了解决这个问题, 一种方法是提高开关频率, 使之超过人耳能感受的范围, 但是电力电子器件在高电压大电流的情况下导通或关断, 开关损耗很大。开关损耗的存在限制了逆变器工作频率的提高。
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” 。这类变频器目前占市场份额最大、 第三代为高动态性能矢量控制型。它采用全数字控制, 可通过软件实现参数自动设定, 实现变结构控制和自适应控制, 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 GTO、 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 功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。
单片机、 集成电路及工业控制计算机
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 GMS97C ( 二系列单片机等正在推广, 而且单片机的应用范围已开始扩展至智能仪器仪表或不太复杂的工业控制场合以充分发挥单片机的优势另外, 单片机的开发手段也更加丰富, 除用汇编语言外, 更多地是采用模块化的 C 语言、PL/M 语言。
在集成电路方面, 需要重点说明的是集成模拟乘法器和集成锁相环路及集成时基电路在自动控制系统中运用很广。在电机控制方面, 还有专用于产生 PWM 控制信号的 HEF4752、TL494、 SLE4520 和 MA818 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) 。PLD 现有四种类型的器件: PROM、 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, 有较高的响应速度, 有可编程的保密位等优点。这些特点使得 GAL在降低系统
造价, 减少产品体积和功耗, 提高可靠性和稳定性及简化系统设计, 增强应用的保密性方面有广阔的发展产景, 特别适合新产品研制及 DMA控制和高速图表处理, 其上述交流的控制最终用工业控制计算机完成。
电气二次系统
要分析电气主结线的可靠性定量指标，完成电气结线的选型工作。
4.1可靠性定量指标计算式
电气主结线可视为由可修复元件组成的系统，有2 个工作状态:正常与故障，按两态马尔柯夫过程，可得出以下近似
算式：
f c= ∑λji
上式中，fc――主结线系统事故导致主变压器停运事件发生的频次，次/a；λji――相关结线元件故障率（i=1，2， ……n）
4.2其他相关计算式
主结线故障元件强迫停运时间Tjgi
Tjgi=fcTcg
无备用电源自动投入装置的事故限电量△Akqi
A △ kqi =Sqin1Tkqi
有备用电源自动投入装置的事故限电量△Akqi
A △ kqi =(Sqiz n1-Sy n2)
Tkqi 限电经济损失△U
U △= A △ kqi K
上式中，Tcg――故障元件的修复时间，h/次；Sqi――事故停运主变的容量，万 KVA；z――主变负载率，%；n1――同时事故停运的主变台数；Sy，n2――分别为仍在运行的主变热备容量及台数，万KVA；Tkqi――主变事故强迫停运的时间，h ，若经切换操作可恢复供电时，它等于判明事故及处理事故的时间，取1 h ；若需等待故障元件修复，才恢复供电，则Tkqi = Tjqi；K――单位电度损失计算系数，若按限电减少的国民纯收入计，根据研究资料取 1.5 元/kWh ，若按停电综合损失计，参考国外资料取10～30倍电价。
因此，综上所述，在选择主结线时，一定要根据上面的可靠性定量指标，经过计算之后，才可以确定主结线的。
4.3 控制方式
传统大中型变电站采用强电一对一控制方式，这种控制方式得到了广泛的应用。90年代中期，在传统变电站控制系统的基础上进行有益的改进，如选用码赛克控制屏，装设微机型闪光报警器，选用进口或合资厂强电小开关等，改进后的控制系统虽然在性能上优于老式系统，但从根本上没有大的改进。
随计算机及网络技术发展，微机监控方式在大中型变电站中开始应用。初期的应用，由于计算机监控尚处于试验探索阶段，设计、运行单位对其不大放心，往往是常规控制和计算机监控 2 种方式并存，这样做的结果是，由于保留了规控制设备，运行人员不去钻研新设备，仍使用较熟悉的常规控制方式，使计算机监控系统变成了变电站中的摆设。随着计算机及网络通信技术飞速发展，伴随设计制造、运行部门认识提高和经验积累，对于变电站，尤其是大型变电站，应当广泛采用计算机监控方式。通过工业以太网络实现远程对电气二次系统的各个设备的工况进行监控，建立远程报警和干预机制， 能够对于各种突发事故进行有效的干预和报警，真正的实现了计算机网络化管理监控的优势。
4.4与一次设备的连接问题
电气二次系统的设备与一次设备之间的连接问题，也是值得电气工程人员充分重视的问题，常常有因为连接不当或是连接错误而导致一些重大事故的发生。
在一些高压断路器的机构内，常常带有电气防跳回路，而这个并联防跳回路与微机保护回路是相冲突的。接上后，会出现微机保护的跳位、合闸监视灯同时亮的情况，因此，必须将机构防跳回路断开，防跳功能由微机保护装置实现。
综合自动化变电站中的电气主设备往往也是高档次的，GIS 设备经常被采用，GIS 主结线设计的原则是简化结线，利用可靠性，取消可以节省的元件，以降低成本。电压互感器的隔离开关在运行中不起任何作用， 在检修电压互感器TV或现场耐压试验时，用它来将电压互感器TV与主回路分开，对GIS来讲，没有必要将电压互感器TV 与GIS分离检修与测量。
自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化新技术新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。
[参考文献]
[1] 黑龙江省电力调度中心编.变电所自动化实用技术与应用指南[M]. 2004.
[2]罗宇杰.浅谈电气自动化在电力系统中的应用.广东科技， 2007-10-23
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