摘要：隨著國民經濟的快速增長，電力系統中電氣綜合自動化技術在變電領域已得到了普遍應用和發展，功能技術水平也已日臻完善。本文針對交流調速控制、通用變頻器、單片機、集成電路及工業控制計算機、電氣二次系統的控制方式、以及與一次設備的連接等幾方面論述了電氣自動化在電力系統中的應用。

　　關鍵詞：電力系統,電氣自動化,應用

　　前 言

　　電氣自動化專業在我國最早開設于 50 年代, 名稱為工業企業電氣自動化。雖經歷了幾次重大的專業調整, 但由于其專業面寬, 適用性廠, 一直到現在仍然煥發著勃勃生機。 據教育部最新公布的本科專業設置目錄, 它屬于工科電氣信息類。新名稱為電氣二程及其自動化或自動化。

　　隨著電力電子技術、 微電子技術溝迅猛發展, 原有的電力傳動 ( 電子拖動) 控制的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, 在交通、 農場、 辦公室以及家用電器等領域獲得了廣泛運用。它的研究對象已經發展為運動控制系統。

　　1、變換器電路從低頻向高頻

　　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, 而交流變頻動則是交一直一交變頻器。當電力電子器件進人第二代后, 更多早采用 PWM 變換器了、 采用 PWM 方式后,提高了功率因數, 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。

　　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。

　　2、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。 從產品來看, 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 進行控制, 采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限制拄制器. 具有挖上機和“無跳閘” 能力, 也稱為 “無跳閘變頻器” 。這類變頻器目前占市場份額最大、 第三代為高動態性能矢量控制型。它采用全數字控制, 可通過軟件實現參數自動設定, 實現變結構控制和自適應控制, 可選擇 U/F 左頻率開環控制、 無速度傳感器矢幼控制和有速度傳感器矢量控制, 實現了閉環控制的自優化。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。

　　3、單片機、 集成電路及工業控制計算機

　　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 ( 二系列單片機等正在推廣, 而且單片機的應用范圍已開始擴展至智能儀器儀表或不太復雜的工業控制場合以充分發揮單片機的優勢另外, 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。

　　在集成電路方面, 需要重點說明的是集成模擬乘法器和集成鎖相環路及集成時基電路在自動控制系統中運用很廣。在電機控制方面, 還有專用于產生 PWM 控制信號的 HEF4752、TL494、 SLE4520 和 MA818 等應用也相當廣泛。

　　在邏輯電路方面, 值得注意的是用專用芯片 ( ASIC) 進行邏輯設計ASIC(Appilca- tion Specificl , Int egrated Circuit 中有編程邏輯陣列 PLD(Programmable Logic Device) 。PLD 現有四種類型的器件: PROM、 FPLA、 PAL、 GAL。GAL是 PAL了的第二代產品, 它可以在線電擦洗, 與 TTL兼容, 有較高的響應速度, 有可編程的保密位等優點。這些特點使得 GAL在降低系統

　　造價, 減少產品體積和功耗, 提高可靠性和穩定性及簡化系統設計, 增強應用的保密性方面有廣闊的發展產景, 特別適合新產品研制及 DMA控制和高速圖表處理, 其上述交流的控制最終用工業控制計算機完成。

　　4、電氣二次系統

　　要分析電氣主結線的可靠性定量指標，完成電氣結線的選型工作。

　　4.1可靠性定量指標計算式

　　電氣主結線可視為由可修復元件組成的系統，有2 個工作狀態:正常與故障，按兩態馬爾柯夫過程，可得出以下近似

　　算式：

　　f c= ∑λji

　　上式中，fc——主結線系統事故導致主變壓器停運事件發生的頻次，次/a;λji——相關結線元件故障率(i=1，2， ……n)

　　4.2其他相關計算式

　　主結線故障元件強迫停運時間Tjgi

　　Tjgi=fcTcg

　　無備用電源自動投入裝置的事故限電量△Akqi

　　A △ kqi =Sqin1Tkqi

　　有備用電源自動投入裝置的事故限電量△Akqi

　　A △ kqi =(Sqiz n1-Sy n2)

　　Tkqi 限電經濟損失△U

　　U △ = A △ kqi K

　　上式中，Tcg——故障元件的修復時間，h/次;Sqi——事故停運主變的容量，萬 KVA;z——主變負載率，%;n1——同時事故停運的主變臺數;Sy，n2——分別為仍在運行的主變熱備容量及臺數，萬KVA;Tkqi——主變事故強迫停運的時間，h ，若經切換操作可恢復供電時，它等于判明事故及處理事故的時間，取1 h ;若需等待故障元件修復，才恢復供電，則Tkqi = Tjqi;K——單位電度損失計算系數，若按限電減少的國民純收入計，根據研究資料取 1.5 元/kWh ，若按停電綜合損失計，參考國外資料取10～30倍電價。

　　因此，綜上所述，在選擇主結線時，一定要根據上面的可靠性定量指標，經過計算之后，才可以確定主結線的。

　　4.3 控制方式

　　傳統大中型變電站采用強電一對一控制方式，這種控制方式得到了廣泛的應用。90年代中期，在傳統變電站控制系統的基礎上進行有益的改進，如選用碼賽克控制屏，裝設微機型閃光報警器，選用進口或合資廠強電小開關等，改進后的控制系統雖然在性能上優于老式系統，但從根本上沒有大的改進。

　　隨計算機及網絡技術發展，微機監控方式在大中型變電站中開始應用。初期的應用，由于計算機監控尚處于試驗探索階段，設計、運行單位對其不大放心，往往是常規控制和計算機監控 2 種方式并存，這樣做的結果是，由于保留了規控制設備，運行人員不去鉆研新設備，仍使用較熟悉的常規控制方式，使計算機監控系統變成了變電站中的擺設。隨著計算機及網絡通信技術飛速發展，伴隨設計制造、運行部門認識提高和經驗積累，對于變電站，尤其是大型變電站，應當廣泛采用計算機監控方式。通過工業以太網絡實現遠程對電氣二次系統的各個設備的工況進行監控，建立遠程報警和干預機制， 能夠對于各種突發事故進行有效的干預和報警，真正的實現了計算機網絡化管理監控的優勢。

　　4.4與一次設備的連接問題

　　電氣二次系統的設備與一次設備之間的連接問題，也是值得電氣工程人員充分重視的問題，常常有因為連接不當或是連接錯誤而導致一些重大事故的發生。

　　在一些高壓斷路器的機構內，常常帶有電氣防跳回路，而這個并聯防跳回路與微機保護回路是相沖突的。接上后，會出現微機保護的跳位、合閘監視燈同時亮的情況，因此，必須將機構防跳回路斷開，防跳功能由微機保護裝置實現。

　　綜合自動化變電站中的電氣主設備往往也是高檔次的，GIS 設備經常被采用，GIS 主結線設計的原則是簡化結線，利用可靠性，取消可以節省的元件，以降低成本。電壓互感器的隔離開關在運行中不起任何作用， 在檢修電壓互感器TV或現場耐壓試驗時，用它來將電壓互感器TV與主回路分開，對GIS來講，沒有必要將電壓互感器TV 與GIS分離檢修與測量。

　　自動化技術在電力系統中的應用越來越廣泛而深入，這也使電網管理方式產生翻天覆地的變化新技術新理論的應用使一些概念不斷被更新和修正，傳統的技術界線逐漸模糊，各種原來看似不相關聯的技術會彼此融合和滲透，這些推動著電力自動化系統的不斷發展和變化。

　　[參考文獻]

　　[1] 黑龍江省電力調度中心編.變電所自動化實用技術與應用指南[M]. 2004.

　　[2]羅宇杰.淺談電氣自動化在電力系統中的應用.廣東科技， 2007-10-23