电力工程自动化技术的应用

摘 要：现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各项指标的要求越来越高,相应地,电力系统也不断地向自动化提出更高的要求.本文对此进行了详细的阐述.

关 键 词：电力工程；自动化；技术应用

一、电力自动化的概述与发展

1.1电力自动化的概述

电力自动化简单的说就是运用信息时代的电子技术,信息资源的应用处理,与网络移动通讯技术的完美结合,并在此基础上,大力发展起来的信息化技术,它在电力工程的很多方面都得以应用,并且通过网络实现了远程的控制与管理.

1.2电力自动化的发展

自动化的电网配置.电力自动化技术主要是对计算机网络技术的监督与控制为核心的.电力的自动化技术是对网络技术与监督机制的良好运用,对电力资源信息的统计与收集,并加以处理,以此来确保电力系统的正常稳定运行.

配电网技术.配电网技术就是指对城乡配电网进行改良,加强城乡电力网络的发展,随着电子信息技术的不断提高,网络的技术也在逐渐的完善,由此将先进的计算机网络技术应用到电力工程的工作中,进一步的加强电力的发展,完善自动化技术在电网中的应用.

二、具有变革性重要影响的三项新技术

1.电力系统的智能控制

电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为三个阶段：基于传递函数的单输入、单输出控制阶段；线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段；智能控制阶段.电力系统控制面临的主要技术困难有：

（1）电力系统是一个具有强非线性的、变参数（包含多种随机和不确定因素的、多种运行方式和故障方式并存）的动态大系统.

（2）具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求.

（3）不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间协调控制.智能控制是当今控制理论发展的新的阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题；特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统.

智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景,其具体应用有快关汽门的人工神经网络适应控制,基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构,多机系统中的ASVG（新型静止无功发生器）的自学习功能等.

2.FACTS和DFACTS

（1）、FACTS概念的提出

在电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性的时候,一种改变传统输电能力的新技术――柔流输电系统（FACTS）技术悄然兴起.

所谓“柔流输电系统”技术又称“灵活交流输电系统”技术简称FACTS,就是在输电系统的重要部位,采用具有单独或综合功能的电力电子装置,对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调整控制,使输电更加可靠,具有更大的可控性和更高的效率.这是一种将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输电系统,以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量,并可获取大量节电效益的新型综合技术.

（2）、FACTS的核心装置之一――ASVC的研究现状

各种FACTS装置的共同特点是：基于大功率电力电子器件的快速开关作用和所组成逆变器的逆变作用.ASVC是包含了FACTS装置的各种核心技术且结构比较简单的一种新型静止无功发生器.

ASVC由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步.它不仅可校正稳态运行电压,而且可以在故障后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压的控制能力很强.与旋转同步调相机相比,ASVC的调节范围大,反应速度快,不会发生响应迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声,并且因为ASVC是一种固态装置,所以能响应网络中的暂态也能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机.

（3）、DFACTS的研究态势

随着高科技产业和信息化的发展,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,电器设备的正常运行甚至使用寿命也与之越来越息息相关.可以说,信息时代对电能质量提出了越来越高的要求.

DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是Hingorani于1988年针对配电网中供电质量提出的新概念.其主要内容是：对供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器.

三、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.

四、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.

五、结语

从目前我国电力工程的发展趋势来看,电力自动化的发展促进我国电力企业的发展.通过对工业生产以及人们的生活质量进行分析,未来电力工程的发展一定会不断地提高,在减低成本和改进电力资源供电质量的同时进步.现今,我国对电力工程自动化技术的充分科学合理的应用,管理监控系统的发展,电力工程的发展也会越来越完善,同时也促进我国社会主义经济的发展.