电力系统中电气自动化的应用分析

谢禄江

摘 要：随着我国经济的飞速发展，科学技术的不断进步，电气自动化在我国已取得了较大的发展与进步，特别是近年来各种新型电力电子器件、计算机以及网络通信技术的应用，使得我国的电气自动化水平不断提高。文章从我国电气自动化的现状、电气自动化技术新发展、我国电气自动化的发展前景三个方面对电力系统中的电气自动化应用进行简单的分析。

关键词：电力系统；电气自动化；技术

中图书分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）32-0106-02

从电气自动化的发展历程来看，电力系统中电气自动化在我国发展已有50余年的历史。虽然其引入我国的时间并不短，但是以前在电力系统中并没有得到良好的发展，因此与发达国家相比我国电气自动化的综合水平有一定的差距。不过近些年，随着我国经济的不断发展，科学技术的不断进步以及电气自动化逐渐突显出的巨大的应用优势，其在电力系统中的发展已开始步入一个全新的历史阶段。在电气自动化不断创新和完善的过程中，其优势具体表现为广泛的适用性以及宽阔的专业性。在我国大力建设电网以及电力系统良好的发展趋势影响下电气自动化开始蓬勃发展。

1 我国电气自动化的现状

我国电气自动化的历史可以追溯到建国初始，由于受当时经济实力及科技水平的限制，电气自动化在我国并没有获得很好的发展。但是随着我国经济的不断腾飞、科学技术的改革创新，我国电气自动化应用越来越广。特别是IEC61131的颁布、OPC技术的出现以及计算机和多媒体技术的广泛应用，更是使电子自动化在我国电力系统中有了极大的发展。

1.1 电气自动化系统维护简易

从当前电气自动化的系统构成来看，还是以Windows NT、Internet Explore为主要的技术支撑，在电气自动化的发展过程中这些技术形成了标准的操作规范和执行语言，建立了标准的平台。而随着科技的不断进步，电气自动化系统的操作界面也日趋完善，使其更易于被企事业单位接受，从而使其得到了更广泛的应用，并且也极大的方便了自动化系统的维护。

1.2 分布式控制应用

分布式控制系统又称为分散控制系统，其由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统 。由于在电气自动化系统要实现对各个运行组成部分的有效调控和管理，而且还要处理好线路与设备、设备与设备之间的关系，因此分布式控制系统在电气自动化系统中得到了很好的应用。

1.3 IEC 61131标准使编程接口标准化

在IEC61131标准颁布以前，由于各个生产厂商执行的标准不同，导致电气自动化系统元器件市场较为混乱，可能各种元器件的型号、使用功能甚至定义方式都有着相当大的差别，这样就使设备不能很好的组合应用和进行统一管理。而在IEC61131标准出现后，使得各种元器件可以更好的组合应用，提升了其使用的效率。

2 电气自动化技术新发展

2.1 变换器电路从低频向高频方向发展

随着电力电子技术的快速发展，极大地加快了电力电子元件更新换代的速度，因此变换器电路也随之变化。由于普通晶闸管有交流变频的特点，因此以前在使用普通晶闸管时，电力系统中直流电路的运行总是处在交-直-交交替变换的状态。然而随着电力电子技术的发展，出现了第二代电力电子器件，其中PWM变换器逐渐取代了普通晶闸管，从而使电力系统的功率因素有了显著的提升以及有效的解决了电动机在低频区出现的转矩脉动现象，但是也随之带来了较大的震动噪音。

一段时期内，这一问题困扰着大量相关的技术人员，直到美国威斯康星大学Divan教授研发出直流环逆变器，才有效的解决了这一难题。直流环逆变器实现了电子器件功能的灵活转换，使其能在零电流或者是零电压的条件下进行转换，并且它完全消除了开关损耗。因此使系统运行成本得以降低，同时也减小了逆变器尺寸，有效的提升了逆变器的集成化程度。

2.2 全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

在20世纪50年代末出现了以晶闸管为代表的第一代电力电子器件，这种半控型器件标志着自动化控制进入了一个新的时代。然而随着电力电子技术的发展，逐渐的出现一系列的全控型电力电子器件，典型的代表是：GTO、GTR、MOSTEFT，这些电子器件的出现标志着电力电子器件进入第二代。而IGBT的出现则是电力电子器件跨入了第三代。由于这些电子器件的额定电流、电压以及开关时间不同，所以它们的适用范围也不尽相同。

GTO（Gate-Turn-Off Thyristor）是可关断晶闸管的简称，又称门控晶闸管。其主要特点为：当门极加负向触发信号时晶闸管能自行关断；但由于其关断的增益较低，所以GTO的主要缺陷是：需要一个大功率的关断驱动电路。

GTR（Giant Transistor）是电力晶体管的简称，其是一种双极型大功率高反压晶体管，由于其功率非常大，所以它又被称作为巨型晶体管。由于其过流能力较低、热容量小，而且安全工作区以及二次击穿现象受到外界影响较大，所以根据不同的特性需要配备相应的驱动电路和保护电路。

P-MOSTEFT是电力场效应晶体管的简称，其是用栅极电压来控制漏极电流，它的显著特点是驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工作频率高。但是其电流容量小，耐压低，通态电压会随着额定电压的增加而急剧的增加

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是绝缘栅双极晶体管的简称，其是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT作为第三代电力电子器件的典型代表，其综合了GTR的低导通压降和MOSFET的高输入阻抗两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，从而使驱动功率小而饱和压降低。

2.3 交流调速控制理论日渐成熟

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

2.4 智能保护与综合自动化技术

根据电气自动化的需要，我国从事该方向的研究人员加大了对电力系统继电保护新理论的研究力度，并结合我国实际情况将国内外最新的技术和理论应用于电力系统继电保护装置中，例如：人工智能、综合自动控制理论、模糊理论、自适应理论以及网络通信、微机技术等。从而使新型保护装置进入了智能化时代，也极大地提高了电力系统的安全性和可靠性。同时，我国科技工作者结合我国实情对自动化系统也进行了多年的研究，其中研制的分层分布式综合自动化装置能够适用于我国35～500kV的各种电压等级的变电站。

2.5 电力系统自动化实时仿真系统

在软件仿真方面，研究人员则对电力系统实时仿真建模以及电力系统负荷动态特性监测等进行了深入的研究分析，并且还引进了加拿大TEQSIM公司研发的电力系统数字模拟实时仿真系统，从而建成了我国具备混合实时仿真环境能力的实验室。这套仿真系统可以模拟进行电力系统在不同环境下的稳态和暂态实验，为科学研究提供大量的试验数据，同时其还可以与多种不同的控制装置构成闭环系统，从而可以对新装置进行测试，为智能保护、灵活输电系统的研究提供一定的实验条件。

2.6 电力系统配电网自动化技术

电力系统由发电、输电和配电三部分组成。配电自动化技术是服务于城乡配电网改造建设的重要技术，其主要是利用电力电子技术、网络通信技术等与电力设备相结合， 并采用配电网递归虚拟流算法进行潮流计算以及应用现代人工智能灰色神经元算法进行负荷预测。

2.7 人工智能在电力系统中的应用

根据我国电力系统的实际情况以及我国电力工业的发展需要，研究人员开始了将模糊逻辑、专家系统以及进化理论等应用到电力系统的故障诊断、运行分析以及系统的规划设计等方面的研究分析，从而使电力系统运行和控制逐步实现智能化成为可能。

3 我国电气自动化的发展前景

随着第三次科技革命各种新技术的应用，电气自动化开始散发出巨大的活力，并为其带来了广阔的前景，电气自动化不仅可以与新兴的科技成果相结合应用于科技创新的实践中，而且还可以运用于工业生产。另外，伴随我国电网的大力建设，也为其带来了巨大的发展空间。

虽然电气自动化在我国已有50余年的发展历史，但是我国的电力系统综合自动化技术起步却相对较晚，因此在某些技术方面与国外存在着一定的差距。所以在电气自动化应用越来越普遍的今天，我们不仅要学习和借鉴国外的先进技术，而且需要根据我国电力系统的实际情况以及科学技术的发展水平，自主研发出更适用于我国电力系统的综合自动化系统。

4 结 语

随着科学技术的不断进步，电力电子技术也快速发展，从而促进了电气自动化应用的普遍化，也使其越来越广泛并深入的应用于电力系统之中。这些都使得电力系统的运行及管理方式有了极大地改变，各种新技术、新理论在电气自动化中的应用也促进了各专业知识、技术的融合和渗透，而这些反过来又推动着电力系统电气自动化的不断发展和进步。相信随着科技的日新月异，电力系统的科技含量将越来越高。

参考文献：

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