針對電力電氣自動化元件技術分析

曹焯逸

【摘 ?要】為了能夠給電力企業實現自動化生產提供極為重要的保障，我們應該不斷注重強化電力電氣自動化元件技術的運用。我國電力電氣行業發展水平的高低很大程度上取決于電力電氣自動化程度的高低。當今社會，計算機技術水平越來越高，在相當一部分領域內電力自動控制獲得了極為廣泛地應用。這些領域包括：農場、工廠、家用電器、交通和辦公室等等。改革開放以來，我國市場經濟水平的不斷提高，為了適應市場變化發展的需求，電力企業應該注重和強調自動化生產，從而為促進電力企業經濟效益的提高提供有力的支持。本文對電力電氣自動化元件技術進行了探討。

【關鍵詞】電力;電氣自動化;元件技術

一、電氣自動化技術在電力系統應用方向

1、實時仿真系統的應用

在可提供大量實驗數據的前提下，還可多種電力系統的靜態和動態穩態實驗同步進行防真，科研人員可以借助仿真系統開展新裝置的測試，多種控制裝置都能與其構成閉環系統，從而為輸電控制系統和研究智能保護的控制策略提供了十分優越的的實驗條件和科研平臺。電力系統數字模擬實時仿真系統的引進使用，便于對電力系統負荷動態特性監測、控制策略優化、電力系統實時仿真建模等方面進行深入研究。

2、人工智能的應用

電力系統及其運行分析、元件的故障診斷、規劃設計等方面將專家系統、模糊邏輯以及進化理論應用到實際研究，并且結合實際生產在電力工業發展的需要，開展了電力系統智能控制理論與應用的研究，結合發展需要開發實用軟件以提高電力系統控制與運行的智能化水平。

二、電力電氣自動化元件研究的主要原因

隨著時代的不斷變遷，人類社會也已經進入到了一個網絡信息時代，這不僅使得社會生產能力得到明顯的提高，還促進了人類社會的發展。而自我國改革開放以來，我國的社會主義市場經濟也得到有效的發展，從而使得人們的生活水平得到了有效的提高。不過，隨著社會的不斷發展，電力企業之間競爭壓力也越來越大，因此為了使得我國電力行業可以的長遠的發展，就將許多先進的科學技術應用到其中，從而使得電氣企業的管理水平、生產模式以及電力產品的質量得到有效的提高。其中電力電氣自動化元件的研究，不但有效的提高了電力系統的運行能力，而且還提高了電力資源的質量，并且人們為了降低其電力資源的生產成本，還將相關的節能技術應用到了其中，進而降低了電力資源在生產的過程中，對周圍環境造成的污染，減少電力系統的能耗量，使得我國的電力企業在當前的社會主義市場經濟體制中可以得到更加長遠的發展。

三、主要的電力電氣自動化元件技術

1、全控型電力電子開關逐步取代半控型晶閘管

20世紀50年代末出現的晶閘管標志著運動控制的新紀元。晶閘管是第一代電子電力器件，在我國，至今仍廣泛用于直流和交流傳動控制系統。由于目前所能生產的電流/電壓定額和開關時間的不同，各種器件各有其應用范圍。隨著交流變頻技術的興起，全控式器件―――GTR、GTO、P-MOSEFT等相繼出現了，這是第二代電力電子器件。

GTR的二次擊穿現象以及其安全工作區受各項參數影響而變化和熱容量小、過流能力低等問題，使得人們把主要精力放在根據不同的特性設計出合適的保護電路和驅動電路上，這也使得電路比較復雜，難以掌握。

GTO是一種用門極可關斷的高壓器件，它的主要缺點是關斷增益低，一般為4.5，這就需要一個十分龐大的關斷驅動電路。而且它的通態壓降比普通晶閘管高，約為2～4.5V，開通di/dt和關斷dv/dt

也是限制GTO推廣運用的另一原因，前者約為500A/μs，后者約為

500V/μs，這就需要一個龐大的吸收電路。

功率MOSFET是一種電壓驅動器件，基本上不要求穩定的驅動電流，驅動電路需要在器件開通時提供容性充電電流，而關斷時提供放電電流即可，因此驅動電路很簡單。IGBT是P-MOSFET工藝技術基礎上的產物，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。其開關速度P-MOSFET低，但比GTR快;其通態電壓降與GTR相似約為1.5～3.5V，比P-MOSFET小得多，其關斷存儲時間和電流下降時間分別為為0.2～0.4μs和0.2～1.5μs，因而有較高的工作頻率，它具有寬而穩定的安全個工作區，較高的效率，驅動電路簡單等優點。

2、變換器電路從低頻向高頻方向發展

電力電子器件的更新使得由它組成的變換器電路也相應的更新換代。電力電子器件的第二代，很多的是采用PWM變換器。采用PWM方式后，提高了功率因數，減少了高次諧波對電網的影響，解決了電動機在低頻區的轉矩脈動問題。

由于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。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。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。

3、交流調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。實際上就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。

大致來說，直接轉矩控制，用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標系下分析計算與控制電流電動機的轉矩。采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節（Band-Band控制）產生PwM信號，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動數學模型的簡化處理，大大減少了矢量控制中控制性能參數易受參數變化影響的問題。其控制思想新穎，控制結構簡單，控制手段直接，信號處理物理概念明確，轉矩響應迅速，限制在一拍之內，且無超調，是一種具有高靜動態性能的新型交流調速方法。

4、通用變頻器開始大量投入實用

一般把系列化、批員化、占市場量最大的中小功率如400KVA以下的變頻器稱為通用變頻器。從技術發展看，電力半導體器件有GTO、GTR、IGBT，但以后兩種為主，尤以IGBT為發展趨勢：支頻器的可靠性、可維修性、可操作性即所謂的RAS功能也由于采用單片機控制動技術而得以提高。

5、單片機、集成電路及工業控制計算機的發展

以MCS-51代表的8位機雖然仍占主導地位，但功能簡單，指令集短小，可靠性高，保密性高，適于大批量生產的PIC系列單片機及GMS97C。另外單片機的開發手段也更加豐富，除用匯編語言外，更多地是采用模塊化的C語言、PL/M語言。

結束語

在當前我國電力行業發展的過程中，電力電氣自動化元件技術的應用不僅可以有效的提高電力系統工作的效率和性能，而且能增強電力系統的自身管理水平，減少技術人員的工作量，還有著良好的節能環保能力，從而對其成本消耗進行有效的控制。不過，從當前我國電力電氣自動化元件技術的應用情況來看，雖然這種技術在我國電力行業中應用得還不夠廣泛，而且其中也存在著一定的問題，但是它有著廣闊的發展前景，相信在未來電力電氣自動化元件技術能得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]分析電力電氣自動化元件技術[J].張監洋.電子測試.2018（16）

[2]電力電氣自動化元件技術的運用[J].孟建偉.科技創業家.2013（21）

[3]電力電氣自動化元件技術的運用[J].盧娜.山東工業技術.2017（07）

[4]電力電氣自動化元件技術的運用探析[J].賴軍.低碳世界.2017（25）

（作者單位：鹽城工學院電氣學院電建152班）