電氣工程中自動化技術探究

司澤華

摘 要：我國社會對電力的需求日益增大，同時我國的電網建設水平不斷發展，并取得了長足進 步。在這個過程中，怎樣提高配電同的自動化水平越來越成為人們關注的焦點、本文將對自動化技術在電氣工程中的運用進行討論分析，以供參考。

關鍵詞：電氣工程；自動化

1 前言

近年來，我國微電子技術以及電力工程電子技術的迅猛發展，原有的電力傳動（電子拖動）控制等概念已經不能充分概抓現代生產自動化系流中承擔第一線任務的全部控制設備，而且電力拖動控制已經走出工廠，不但在交通、農場或辦公室以及家用電器等領域獲得了廣泛運用，它的研究對象早已經發展為運動控制系統，本文主要針對有關電氣自動化技術的一些發展進行分析論述。

2 電力系統自動化技術

2.1 變電站自動化

變電站自動化的目的是取代人工監視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規電磁式設備；二次設備數字化、網絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監視實現計算機屏幕化；運行管理、記錄統計實現自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產現代化的一個重要環節。

2.2 電網調度自動化

電網調度自動化主要組成部分，由電網調度控制中心的計算機網絡系統、工作站、服務器、大屏蔽顯示器、打印設備等，其主要是通過電力系統專用廣域網連結的，下級電網調度控制中心、調度范圍內的發電廠、變電站終端設備（如測量控制等裝置）等構成。電網調度自動化的主要功能是：電力生產過程實時數據采集與監控電網運行安全分析、電力系統狀態估計、電力負荷預測、自動發電控制（省級電網以上）、自動經濟調度（省級電網以上）并適應電力市場運營的需求等。

2.3 發電廠分散測控系統（DCS ）

發電廠分散控制系統（ DCS）一般采用分層分布式結構，由過程控制單元（ PCU）、運行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數據通訊網絡（以太網）組成。

3 交流調速控制理論日漸成熟

1971 年，德國一位學者發表論文闡明了交流電機磁場定向即矢量控制的原理，為交流傳動高性能控制奠定了理論基礎。矢量控制的基本思想是仿照直流電動機的控制方式，把定子電流的磁場分量和轉矩分量解耦開來，分別加以控制。這種解耦，實際上是把異步電動機的物理模型設法等效地變換成類似于直流電動機的模式，這種等效變換是借助于坐標變換完成的。它需要檢測轉子磁鏈的方向，且其性能易受轉子參數，特別是轉子回路時間常數的影響。加上矢量旋轉變換的復雜性，使得實際的控制效果難于達到分析的結果。

4 變換器電路從低頻向高頻方向發展

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。應用普通晶閘管時，直流傳功的變換器主要是相控整流，而交流變頻船動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進入第二代后，更多是采用PWM變換器了。采用PWM 方式后，提高了功率因數，減少了高次諧波對電岡的影響，解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

但是PWM 逆變器中的電壓、電流的諧波分量產生的轉矩脈動作用在定轉子上，使電機繞組產生振動而發出噪聲。為了解決這個問題，一種方法是提高開關頻率，使之超過人耳能感受的范圍，但是電力電子器件在高電壓大電流的情況下導通或關斷，開關損耗很大。開關損耗的存在限制了逆變器工作頻率的提高。

1986年美國威斯康星大學Divan教授提出諧振式直流環逆變器。傳統的逆變器是掛在穩定的直流母線上，電力電子器件是在高電壓下進行轉換的“硬開關”，其開關損耗較大，限制了開關在頻率上的提高。而諧奪式直流環逆變器是把逆變器掛在高頻振蕩過零的諧振路上，使電力電子器件在零電壓或零電流下轉換，即工作在所謂的“軟開關”狀態下。從而使開關損耗降低到零。這樣，可以使逆器尺寸減少，降低成本，還可能在較高功率上使逆變器集成化。因此，諧振式直流逆變器電路極有發展前途。

5 當前電力系統自動化依賴IT技術向前發展的重要熱點技術

5.1 電力一次設備智能化

常規電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時考慮將常規二次設備的部分或全部功能就地實現，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的“智能化開關”、“智能化開關柜”、“智能化箱式變電站”等。

電力一次設備智能化主要問題是電子部件經常受到現場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾，關鍵技術是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協議標準等技術問題。

5.2 電力一次設備在線狀態檢測

對電力系統一次設備如發電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關等設備的重要運行參數進行長期連續的在線監測，不僅可以監視設備實時運行狀態，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學、科研單位合作或引進技術，開展在線狀態檢測技術研究和實踐并取得了一些進展，但由于技術難度大，專業性強， 檢測環境條件惡劣，要開發出滿意的產品還需一定時日。

5.3 光電式電力互感器

電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數值降到可以用儀表直接測量的標準數值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質量也越大；信號動態范圍小，導致電流互感器會出現飽和現象，或發生信號畸變；互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發達國家已經成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協會已發布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內也有大專院校和科研單位正在加緊研發并取得了可喜成果。目前主要問題是材料隨溫度系數的影響而使穩定性不夠理想。另一關鍵技術是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉換為數字信號后通過光纖接口送出，模數轉換、光電轉換等電子電路部分在結構上需要與互感器進行一體化設計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環境條件、電子電路的供電電源同樣是技術難點之一。

6 結語

當下，電網建設及改造的快速發展對 配電網自動化水平的要求甚高。現階段自 動化裝置是根據布線邏輯和模擬電路為主 來設計的。該設計提高了電力運行的安全 程度，同時也減輕了變電站工作人員的勞 動強度。總之，在電力系統的經濟、安全運 行中，電網調度自動化系統已然而且將會 越來越占著舉足輕重的地位。

參考文獻：

[1] 孫琥.科學發展觀旗幟下的工業電氣自動化發展[J].硅谷，2009（1）：56.