刍议电力电气自动化元件技术

梅小云

摘要：随着电网建设的快速发展，电力企业自动化、信息化技术的发展及电力市场的推进，采取更加先进的自动化控制技术及其产品，提升火电厂厂用电电气自动化运行和管理水平，节能降耗，增强企业竞争力，成为发电企业的热门课题。增强电力电气自动化元件的运用，是促进企业实现自动化生产的重要保障。下文通过分析全控型电力电子开关、变换器电路、交流调速控制、变频器、单片机、集成电路及工业控制计算机的发展等各方面的技术，阐述电力电气化在电力系统中的运用。

关键词：电力电气；自动化元件；技术的运用

Abstract: with the rapid development of the power grid construction, the electric power enterprise automation, information technology and the development of electric power market promotion, to take a more advanced automation control technology and its products, improve the power plant factory electricity electrical automation operation and management level, saving energy consumption, and enhance the competitive power of enterprise, become a hot topic of power generation enterprise. Enhance power electrical automation components, the application of automation production to promote enterprise is the important guarantee. Below through analyzing all-controlling power electronic switch, converter circuit, the exchange of speed regulation control, frequency converter, SCM, integrated circuit and industrial control the development of the computer and so on various aspects of the technology, this paper expounds the power electrification in power system in our country.

Key words: electric power electrical; Automation components; technique

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

随着经济全球化的到来，市场化进程的不断加速，自动化的生产已经成为企业适应市场，并确保实现经济效益的可靠。电力电气的自动化程度是一个国家电力电子行业发展水平的一个重要核心，它是整个社会经济运行不可缺少的技术方法。

1电力电气化研究的重要意义

市场经济的核心是市场，企业的生产是为了市场的需求而存在的。因此，只有提高企业的电力电气自动化程度，才能满足市场对产品的大需求，提高企业的市场份额。同时能够保证产品的质量，减少设备的故障发生和产品次品的产生，提高生产的安全性。企业提高企业生产的电力电气自动化，可以有效的提高工作的可靠性，提高运行的经济性，保证产品质量，提高劳动生产率，改善生产劳动的条件。提高企业的电力电气化程度，可以从改善电力电气自动化元件的技术方面着手，这是一个最基本的手段。

2主要的电力电气自动化元件技术

目前电力电子技术、微电子技术沟迅猛发展，原有的电力传动（电子拖动）控制的概念已经不能充分概抓现代生产自动化系流中承担第一线任务的全部控制设备。它的研究对象已经发展为运动控制系统，下面仅对有关电气自动化技术的新发展作一些介绍。

2.1全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管

20世纪50年代末出现的晶闸管标志着运动控制的新纪元。晶闸管是第一代电子电力器件，在我国，至今仍广泛用于直流和交流传动控制系统。由于目前所能生产的电流/电压定额和开关时间的不同，各种器件各有其应用范围。随着交流变频技术的兴起，全控式器件———GTR、GTO、P-MOSEFT等相继出现了，这是第二代电力电子器件。

GTR的二次击穿现象以及其安全工作区受各项参数影响而变化和热容量小、过流能力低等问题，使得人们把主要精力放在根据不同的特性设计出合适的保护电路和驱动电路上，这也使得电路比较复杂，难以掌握。

GTO是一种用门极可关断的高压器件，它的主要缺点是关断增益低，一般为4.5，这就需要一个十分庞大的关断驱动电路。而且它的通态压降比普通晶闸管高，约为2~4.5V，开通di/dt和关断dv/dt

也是限制GTO推广运用的另一原因，前者约为500A/μs，后者约为

500V/μs，这就需要一个庞大的吸收电路。

功率MOSFET是一种电压驱动器件，基本上不要求稳定的驱动电流，驱动电路需要在器件开通时提供容性充电电流，而关断时提供放电电流即可，因此驱动电路很简单。IGBT是P-MOSFET工艺技术基础上的产物，它兼有MOSFET高输入阻抗、高速特性和GTR大电流密度特性的混合器件。其开关速度P-MOSFET低，但比GTR快；其通态电压降与GTR相似约为1.5~3.5V，比P-MOSFET小得多，其关断存储时间和电流下降时间分别为为0.2~0.4μs和0.2~1.5μs，因而有较高的工作频率，它具有宽而稳定的安全个工作区，较高的效率，驱动电路简单等优点。

2.2变换器电路从低频向高频方向发展

电力电子器件的更新使得由它组成的变换器电路也相应的更新换代。电力电子器件的第二代，很多的是采用PWM变换器。采用PWM方式后，提高了功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。

由于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。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。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。

2.3交流调速控制理论日渐成熟

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。实际上就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。

大致来说，直接转矩控制，用空间矢量的分析方法，直接在定子坐標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-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。其控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理物理概念明确，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。

2.4通用变频器开始大量投入实用

一般把系列化、批员化、占市场量最大的中小功率如400KVA以下的变频器称为通用变频器。从技术发展看，电力半导体器件有GTO、GTR、IGBT，但以后两种为主，尤以IGBT为发展趋势：支频器的可靠性、可维修性、可操作性即所谓的RAS功能也由于采用单片机控制动技术而得以提高。

2.5单片机、集成电路及工业控制计算机的发展

以MCS-51代表的8位机虽然仍占主导地位，但功能简单，指令集短小，可靠性高，保密性高，适于大批量生产的PIC系列单片机及GMS97C。另外单片机的开发手段也更加丰富，除用汇编语言外，更多地是采用模块化的C语言、PL/M语言。

3结论

全控型的电力电子开关已经逐渐取代了半控型的晶闸管，高频的变换器得到发展，交流调速的控制理论日益成熟。这些技术的不断提高，必将使得企业的生产更加自动化，快速化，安全化，现代化。

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