基于矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统设计

贾广华

（江苏省精创电气股份有限公司 江苏省徐州市 221116）

1 引言

新时期发展下，社会各界对用电量需求不断增加，配电装置作为电厂运行中重要组成部分，装置系统中包含了保护设备、开关设备、测量设备等，在电厂实际应用中，需要结合电厂实际合理选用配电装置系统。因此，为提高配电装置使用的安全性和可靠性，需要强化安全防范系统和控制系统，以期在矢量控制下，打破增强系统空间限制，提高电流增强效果，降低电厂安全隐患。

2 矢量控制

矢量控制是变频器调速控制的一种方式，具有机械特性、满足平滑调速要求，要想提升增强系统调速性能，必须采用矢量变频控制调速的方法，确保最终输出一步电动机调速所需的三相变频电流。矢量控制的基本原理是对一步电动机的励磁电流、转矩电流进行控制，以期实现控制一步电动机转矩的目标，在实际操作中，在矢量控制下，可实现对两个分量间幅值、相位进行控制，同时支持两者调节器的设计，最大程度上提升交流电机性能，优化调速。矢量控制方式，较比其他控制方式更具优势作用，支持对一台三相异步电机等效的直流电机进行控制，进一步提高直流调速系统静、动态性能，现阶段，矢量控制算法广泛应用在各行业领域中。矢量控制方式可准确的控制电动机的参数，并在变频器使用过程中，支持一步电动机参数的输入，支持速度传感器和编码器的速度的设定；基于电机在实际运行中，参数是不断变化的，一定程度上对变频器电机性能产生负面的影响，矢量控制利用自身自动检测、自动辨识、自适应功能，在变频电机运行前设定异步电机参数，并对参数进行检测辨识，根据矢量检测辨识结果，进一步控制有关参数[1]。矢量控制方式实际上是将交流电机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量以及产生转矩的电流分量，支持对速度和磁场两个分量的控制，对直流电机可进行变频调速控制，通过坐标转换和相应的坐标变换，可将直流电流转化为交流电流，最终转化为三相定子电流，确保最终实现对交流电动机的控制。

3 系统硬件设计

3.1 配电网络设计

配电自动化系统成功运行的关键，需要依靠可行性的通信手段，能够将控制中心的命令传送到终端系统，全程监控设备运行情况、加强对数据信息的采集，将信息传送至控制中心，以期最终实配电自动化监控目标。配电网络可经配电屏引导供电系统总电源，并在电路线传输下，将总电源信号传输到中心配电箱，实现电线网与中心配电箱之间的连接，保证各个支路与终端系统配电箱之间的连接，最终实现了供电功能，完成供电任务后，配电网络可就相关供电设备进行监测，实现对电力系统整体的检测，满足监测要求后，完成检测任务，通过反复试验验证，认定此种设计方法具有可行性意义，可进一步完成后续的相关设计。

3.2 电路设计

在配电装置中的电路选择设计，是保证电力电路运输性能的关键，通过优化设计，电力电路对基础电能进行传送和分配，在设计本系统装置过程中，设计的最终目标是提升电路使用的安全性、可靠性，可灵活进行电路传输路径的调节和更改，具体（如图1所示）；设计人员通过调节电路通道口，引进电路转换器，通过中心电路整合，构成增强系统总体电路，实现电路优化设计。设计人员在系统设计过程中，遵循电路选择基础特征以及设计的相关规范进行选择，有效提升了电力电路的安全性，缩短了电力电路距离，经济效益显著，实现了配电装置弱电信号特征增强系统性能目标[2]。为保证电力企业安全生产、提供稳定运行服务、满足配网调速等要求，设计人员在电路选择设计上，以配网规划为基础，优化设计，提升电力电路运行的可行性。

表1：配电箱参数

图1：增强系统电路图

图2：配电装置仿真模型图

3.3 备用电源的设计

增强系统中，备用电源的设计是为更好保证系统运行、传输电流的安全性，在备用电源设计过程中，设计人员设计了“双电源设备”，支持两种条件下运行状态，其中一种是供电电源相互独立、无关联性；另一种是相互独立，具有一定的关联性，多角度、全方位地保护供电设备功能正常使用，尤其在电力系统故障状态下，在切断电源情况下，可持续进行供电，经过特殊处理过后，对故障电源进行修复，保证供电系统恢复正常使用，设计人员在设计过程中，综合考量应激负荷问题、备用电源运行成本、电源电量的容纳率等，最大化实现电厂对增强系统电能的使用需求。

3.4 插座开关与配电箱设计

插座开关是电力终端重要的组成部分，可在矢量控制下，提升系统运行、供电的安全性，更好发挥整个系统开关闭合功能，更好控制系统整体运行情况；设计人员在具体设计过程中，采取将电气装置与主电源相连接的方式，当插座开关断开时，此时的电气装置将会停止供电，同时，选择型号标准的开关，继续匹配和对应相关的配电装置系统。另外，设计人员严格按照电气设备电路连接要求对配电箱优化设计。配电箱在正常运行状态下，支持手动开关连接、支持电路线路的划分，尤其在配电箱发生系统故障时，支持自动对电路进行切割和预警以及相关操作。配电装置中的测量供电仪表，会实时显示配电箱运行参数，同时，支持相关参数的设定和调整。配电箱在运行过程中，一旦出现偏离轨道的现象，增强系统将自动发出预警报告，为相关人员提供一定的参考依据[3]。在配电箱回路分配中，设计了单独回路和自调回路，设置了漏电保护开关，实现对配电箱漏电保护开关系统的保护，相关配电参数（如表1所示）。

4 系统软件设计

4.1 系统运行功能

增强系统软件设计过程中，不断优化系统运行功能，充分利用通讯数据处理、通信电网数据处理等功能，实现电容补偿，完成相关控制工作，设计人员在系统软件功能优化设计上，对系统内部资源进行优化配置，实现对系统内部的交互操作。在系统启动功能上，设定了对历史数据监控功能，支持磁盘功能读取，充分利用内部资源；此增强系统是数据信息驱动模式，可接收的事件信息较多，保证信息传输时效，并在系统优化处理下，提取相关的驱动参数信息。具体的设计程序为：开始→启动监控查看历史数据→读取磁盘内容→读取是否有效（是/否）→系统解耦→结束；最大化发挥了系统运行功能。

4.2 多任务处理功能

在多任务处理功能上，利用GUI 显示系统对各类按键消息进行响应处理，支持对各项返回数据的操作，设定了电容补偿任务，支持增强系统无功率补偿操作，为有效避免系统故障的发生，安装了具有保护功能的配电箱装置等，并全程启动电气机中心系统；同时，设计人员利用控制闭锁系统，完成系统转换，更好提升了闭锁开关使用性能，避免了人为操作失误，降低短路事故发生概率；为保证通讯任务顺利完成，在执行界面中设定了实时监控任务，利用文件系统管理任务对各项信息数据进行参数数值设定和更改。在键盘扫描任务中心，设定了人机界面、显示系统运行参数数值，实现了增强系统多任务处理功能，进一步深化设计，提高配电装置弱电信号特征增强系统性能优势。具体的工作流程为：开始→建立显示任务→建立电容器补偿→建立文件管理系统→通讯服务→设备保护→结束。

4.3 图形信号的接收功能

设计人员在设计本增强系统过程中，一方面支持接收用户输入操作、满足电容补偿需求；另一方面，支持用户浏览，通过显示屏可了解系统运行情况。在配电中心网控制上，设计中囊括了众多的监控软件系统，具体的工作流程为：开始→窗口创建、设置回调函数→检测信息进入→更新常用状态→回调函数→发送按键消息→结束；通过系统优化设计，强化了系统内部的资源配置，用户通过初始输入、系统运行状态进行逻辑运算，并根据运算结果对系统状态进行优化调整，加强设计反思，最终实现了基于矢量控制的配电装置弱点信号特征增强系统功能优化目标。

4.4 通讯功能

在本系统通讯功能设计上，设计人员制定了智能配电自动化通信网络设计方案，严格按照通信网络设计原则优化设计，建设完善的通信传输网，最大化提高了资源利用率，降低了通信网络工程投资成本，深入优化配电通信网络终端，并在反复验证中，证明智能配电通信网络方案的可行性，降低网络能耗，减少网络层次，提高配电网管理水平。设计人员在本系统设计中，为进一步优化增强系统通讯功能，选取CAN 总线作为系统中心线，在CAN 总线启动下，快速处理系统中的通讯信息，将以太网作为重要的载体，利用TCP协议，实现网络连接和信息传送操作，同时，在网络监控模式下，实现对主机监控设备的监控、信息查询等；当系统故障发生时，将产生错误的数据信息，在CAN 总线控制下，增强弱电信号，完成系统设计，发挥了通讯功能优势。

5 矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统效果验证

5.1 配电装置模型的建立

系统设计人员，完整系统整体设计后，对基于矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统效果进行检验，对比传统的增强系统效果显著。在实际验证过程中，相关人员对配电装置进行基础系统检查，将相关实验参数设定仿真模型（如图2），操作人员将基础电压设定为0.35～10kV，采取的是相同弱电信号特征的配电装置，确保配电电能性能相同，运用比较法进行增强系统效果对比。

5.2 对比结果分析

实验人员通过各项参数对比分析，主要对比矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统与传统系统之间的增强效果，通过弱电信号强弱、信号质量等指标进行比较分析，在相同运行时间内，矢量控制下的增强系统随时间增长，信号强度更强、增长幅度相对较大，具有实际操作的可行性，简便快捷；反之，传统弱电信号随时间变化增长幅度较小、信号传输质量较差，电路结构相对复杂，降低了系统整体运行效率，基于此，通过系统设计和实验对比分析，认定为矢量控制下的配电装置弱电信号特征增强系统功能性更强，在实际运行工作中的效率更高，系统整体性能较强，具有实际应用推广的可行性，可进一步推动配电装置系统性能的优化和进步，为相关行业发展提供可行性参考依据。

6 结论

综上所述，是人员设计的一种基于矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统，突破传统系统设计局限，着力提升弱电信号强度和系统使用性能，系统操作较为简单，支持场景模拟，设计人员通过优化系统硬件设计、软件设计、功能设计，加强系统内部资源的优化，保证信号传输质量，不断提高系统增强性能，并通过实践验证，证明矢量控制的配电装置弱电信号特征增强系统性能明显优于传统系统设计。有关领域的工作人员需要重视上述问题，提高系统使用性能。