主頁(yè) > 技術(shù)文章 > 淺談電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 2024-10-25

淺談電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在它操作運(yùn)行過(guò)程中不同于其他控制系統(tǒng)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備一般來(lái)講不可以在配件比較多的配電室和控制室里裝置，其往往被安排放置在控制中心，原因是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)操作的頻率和次數(shù)低相較于其他的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制的信息采集數(shù)量與對(duì)象不僅小而且較少。電氣設(shè)備要配置安全電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用文/宋飛社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了電力工程的數(shù)字化，信息化和科技化發(fā)展，也進(jìn)一步提高了人們對(duì)電力的需求。在電力行業(yè)中，電氣工程中的電氣自動(dòng)化技術(shù)也普遍存在人們生活中，而加強(qiáng)電氣自動(dòng)化在電氣工程之中的運(yùn)用，可以保障企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益和增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文就電氣自動(dòng)化在電氣工程中的應(yīng)用做出簡(jiǎn)要分析，以供大家探究。

一、全控型電力電子開(kāi)關(guān)逐步取代半控型晶閘管：
　　5O年代末出現(xiàn)的晶閘管標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。它是第一代電子電力器件，在我國(guó)至今仍廣泛用于直流和交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)。隨著交流變頻技術(shù)的興起，相繼出現(xiàn)了全控式器件——GTR、GTO、P—MOSEFT等。這是第二代電力電子器件。由于目前所能生產(chǎn)的電流／電壓定額和開(kāi)關(guān)時(shí)間的不同，各種器件各有其應(yīng)用范圍。
　　GTR的二次擊穿現(xiàn)象以及其安全工作區(qū)受各項(xiàng)參數(shù)影響而變化和熱容量小、過(guò)流能力低等問(wèn)題，使得人們把主要精力放在根據(jù)不同的特性設(shè)計(jì)出合適的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路上，這也使得電路比較復(fù)雜，難以掌握。
　　GT0是一種用門極可關(guān)斷的高壓器件，它的主要缺點(diǎn)是關(guān)斷增益低，一般為4～5，這就需要一個(gè)十分龐大的關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路，且它的通態(tài)壓降比普通晶閘管高，約為2～4．5V，開(kāi)通di／dt和關(guān)斷dv／dt也是限制GTO推廣運(yùn)用的另一原因，前者約為500A／us，后者約為500V／us，這就需要一個(gè)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(jìn)廠新一代具有高輸入阻抗的M0S結(jié)構(gòu)電力半導(dǎo)體器件的一切。功率MOSFET是一種電壓驅(qū)動(dòng)器件，基本上不要求穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電路只需要在器件開(kāi)通時(shí)提供容性充電電流，而關(guān)斷時(shí)提供放電電流即可，因此驅(qū)動(dòng)電路很簡(jiǎn)單。它的開(kāi)關(guān)時(shí)間很快，安全工作區(qū)十分穩(wěn)定，但是P—MOSFET的通態(tài)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。
　　IGBT是P—MOSFET工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，它兼有MOSFET高輸入阻抗、高速特性和GTR大電流密度特性的混合器件。其開(kāi)關(guān)速度比P—MOSFET低，但比GTR快其通態(tài)電壓降與GTR相擬約為1．5～3．5V，比P—MOSFET小得多，其關(guān)斷存儲(chǔ)時(shí)間和電流I、降時(shí)間為別為O．2～O．4us和O．2～1．5s，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩(wěn)定的安個(gè)工作區(qū)，較高的效率，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
二、變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)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(yīng)用普通晶閘管時(shí)，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻動(dòng)則是交一直一交變頻器。當(dāng)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(shù)，減少了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，解決了電動(dòng)機(jī)在低頻區(qū)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問(wèn)題。
　　但是PWM逆變器中的電壓、電流的諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)作用在定轉(zhuǎn)子上，使電機(jī)繞組產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出噪聲。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一種方法是提高開(kāi)關(guān)頻率，使之超過(guò)人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導(dǎo)通或關(guān)斷，開(kāi)關(guān)損耗很大。開(kāi)關(guān)損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。
三、交流調(diào)速控制理論日漸成熟：
矢量控制的基本思想是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解禍開(kāi)來(lái)，分別加以控制。這種解藕，實(shí)際上是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式，這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換完成的。它需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈的方向，且其性能易受轉(zhuǎn)子參數(shù)，特別是轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)的影響。加上矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難于達(dá)到分析的結(jié)果。
四、通用變頻器開(kāi)始大量投入工業(yè)自動(dòng)化實(shí)用：
　　一般把系列化、批員化、占市場(chǎng)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(chǎn)品來(lái)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(jìn)行控制，采用了磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器和電流限制拄制器．具有挖上機(jī)和“無(wú)跳閘”能力，也稱為“無(wú)跳閘變頻器”。這類變頻器目前占市場(chǎng)份額最大、第三代為高動(dòng)態(tài)性能矢量控制型。它采用全數(shù)字控制，可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制，可選擇U／F左頻率開(kāi)環(huán)控制、無(wú)速度傳感器矢幼控制和有速度傳感器矢量控制，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制的自優(yōu)化。從技術(shù)發(fā)展看，電力半導(dǎo)體器件有GT0、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發(fā)展趨勢(shì)：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(jī)控制動(dòng)技術(shù)而得以提高。
五、單片機(jī)、集成電路及工業(yè)自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展：
　　以MCS一51代表的8位機(jī)雖然仍占主導(dǎo)地位但功能簡(jiǎn)單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產(chǎn)的PIC系列單片機(jī)及GM$97C(二系列單片機(jī)等正在推廣，而且單片機(jī)的應(yīng)用范圍已開(kāi)始擴(kuò)展至智能儀器儀表或不太復(fù)雜的工業(yè)控制場(chǎng)合以充分發(fā)揮單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)另外，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)手段也更加豐富，除用匯編語(yǔ)言外，更多地是采用模塊化的C語(yǔ)言、PL／M語(yǔ)言。
在集成電路方面，需要重點(diǎn)說(shuō)明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路及集成時(shí)基電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中運(yùn)用很廣。在電機(jī)控制方面，還有專用于產(chǎn)生PWM控制信號(hào)的HEF4752、TL494、SLE4520和MA818等應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。
六、結(jié)束語(yǔ)：
　　在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代，競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制不斷激烈，要想提高企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，就得利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高企業(yè)辦公自動(dòng)化水平，從而有效地提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。人工智能的理論是經(jīng)過(guò)對(duì)人的智能實(shí)行模擬、使得理論不斷延伸和發(fā)展，能夠有效地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水平。在電氣自動(dòng)化工程中利用智能化技術(shù)，可發(fā)揮巨大的作用，提高電氣辦公自動(dòng)化水平，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障所在，并且實(shí)現(xiàn)智能控制，不斷提升電氣自動(dòng)化工程的工作效率，更好地服務(wù)于社會(huì)。

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