【热点导读】：先进制造技术的新发展 PLC控制的薄页纸纸机电气传动系统 数控技术发展趋势——智能化数控
对电气自动化技术的研究与创新
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摘要:本文作者结合工作经验,针对全控型电力电子开关、变换器电路、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的发展几方面论述了电气自动化在电力系统中的应用。 关键词:电气自动化;技术;设计思想;未来发展 一、 前言 文章通过介绍电气综合自
动化系统的功能,讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想(以发电厂为例子),展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。设备智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能,通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域,基于Pc的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。
二、电气自动化控制系统的设计思想
(一)集中监控方式
这种监控方式优点是运行维护方便,控制站的防护要求不高,系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,处理器的任务相当繁重,处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控,伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加,投资加大,长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时,?隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位,造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂,查线不方便,大大增加了维护量,还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
(二)远程监控方式
远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线,CAN总线等)的通讯速度不是很高,而电厂电气部分通讯量相对又比较大,所有这种方式适合于小系统监控,而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。
(三)现场总线监控方式
目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,且已经积累了丰富的运行经验,智能化电气设备也有了较快的发展,这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性,对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外,还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等,而且智能设备就地安装,与监控系统通过通信线连接,可以节省大量控制电缆,节约很多投资和安装维护工作量,从而降低成本。另外,各装置的功能相对独立,装置之间仅通过网络连接,网络组态灵活,使整个系统的可靠性大大提高,任一装置故障仅影响相应的元件,不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。
三、探讨电气自动化控制系统的发展趋势
(一)OPC(OIJEforProcessControl)技术
OPC(OIJEforProcessControl)技术的出现,IEC61131的颁布,以及Microsoft的Windows平台的广泛应用,使得未来的电气技术的结合,计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131已成为了一个国际化的标准,正被各大控制系统厂商广泛采纳。Pc客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和,电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据,也可以对当前生产过程的动态画面进行监控,在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品,如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。
(二)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,而交流变频船动则是交一直一交变频器。当电力电子器件进入第二代后,更多是采用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冈的影响,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。 1986 年美国威斯康星大学 Divan 教授提出谐振式直流环逆变器。传统的逆变器是挂在稳定的直流母线上,电力电子器件是在高电压下进行转换的‘硬开关’,其开关损耗较大,限制了开关在频率上的提高。而谐夺式直流环逆变器是把逆变器挂在高频振荡
过零的谐振路上,使电力电子器件在零电压或零电流下转换,即工作在所谓的‘软开关’状态下,从而使开关损耗降低到零。这样,可以使逆器尺寸减少,降低成本,还可能在较高功率上使逆变器集成化。因此,谐振式直流逆变器电路极有发展前途。
(三)交流调速控制理论日渐成熟
1971年,德国学者F.Blaschke发表论文阐明了交流电机磁场定向即矢量控制的原理,为交流传动高性能控制奠定了理论基础。矢量控制的基本思想是仿照直流电动机的控制方式,把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来,分别加以控制。这种解耦,实际上是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电动机的模式,这种等效变换是借助于坐标变换完成的。它需要检测转子磁链的方向,且其性能易受转子参数,特别是转子回路时间常数的影响。加上矢量旋转变换的复杂性,使得实际的控制效果难于达到分析的结果。
1985 年德国鲁尔大学的 Depenbrock 教授首次提出了直接转矩控制的理论,接着 1987年又把它推 广到弱磁调速范围。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 一 Band 控制)产生 PWM 信号,直接对逆变器的开关状态进行最佳控制,以获得转矩的高动态性能。它省掉了复杂的矢量变换与电动数学模型的简化处理,大大减少了矢量控制中控制性能参数易受参数变化影响的问题,没有通常的 PWM 信号发生器,其控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接,信号处物理概念明确,转矩响应迅速,限制在一拍之内,且无超调,是一种具有高静动态性能的新型交流调速方法。
参考文献:
[1]贺家李、沈从炬,电力系统继电保护原理,北京:中国电力出版社,1994.
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[3]薛葵,发电厂电气监控系统,电力系统装备,2002(1):72-73.
