针对电力电气自动化元件技术分析
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【摘 要】为了能够给电力企业实现自动化生产提供极为重要的保障，我们应该不断注重强化电力电气自动化元件技术的运用。我国电力电气行业发展水平的高低很大程度上取决于电力电气自动化程度的高低。当今社会，计算机技术水平越来越高，在相当一部分领域内电力自动控制获得了极为广泛地应用。这些领域包括：农场、工厂、家用电器、交通和办公室等等。改革开放以来，我国市场经济水平的不断提高，为了适应市场变化发展的需求，电力企业应该注重和强调自动化生产，从而为促进电力企业经济效益的提高提供有力的支持。本文对电力电气自动化元件技术进行了探讨。
【关键词】电力;电气自动化;元件技术
一、电气自动化技术在电力系统应用方向
1、实时仿真系统的应用
在可提供大量实验数据的前提下，还可多种电力系统的静态和动态稳态实验同步进行防真，科研人员可以借助仿真系统开展新装置的测试，多种控制装置都能与其构成闭环系统，从而为输电控制系统和研究智能保护的控制策略提供了十分优越的的实验条件和科研平台。电力系统数字模拟实时仿真系统的引进使用，便于对电力系统负荷动态特性监测、控制策略优化、电力系统实时仿真建模等方面进行深入研究。
2、人工智能的应用
电力系统及其运行分析、元件的故障诊断、规划设计等方面将专家系统、模糊逻辑以及进化理论应用到实际研究，并且结合实际生产在电力工业发展的需要，开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，结合发展需要开发实用软件以提高电力系统控制与运行的智能化水平。
二、电力电气自动化元件研究的主要原因
随着时代的不断变迁，人类社会也已经进入到了一个网络信息时代，这不仅使得社会生产能力得到明显的提高，还促进了人类社会的发展。而自我国改革开放以来，我国的社会主义市场经济也得到有效的发展，从而使得人们的生活水平得到了有效的提高。不过，随着社会的不断发展，电力企业之间竞争压力也越来越大，因此为了使得我国电力行业可以的长远的发展，就将许多先进的科学技术应用到其中，从而使得电气企业的管理水平、生产模式以及电力产品的质量得到有效的提高。其中电力电气自动化元件的研究，不但有效的提高了电力系统的运行能力，而且还提高了电力资源的质量，并且人们为了降低其电力资源的生产成本，还将相关的节能技术应用到了其中，进而降低了电力资源在生产的过程中，对周围环境造成的污染，减少电力系统的能耗量，使得我国的电力企业在当前的社会主义市场经济体制中可以得到更加长远的发展。
三、主要的电力电气自动化元件技术
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開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、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。
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-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。
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。
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。
结束语
在当前我国电力行业发展的过程中，电力电气自动化元件技术的应用不仅可以有效的提高电力系统工作的效率和性能，而且能增强电力系统的自身管理水平，减少技术人员的工作量，还有着良好的节能环保能力，从而对其成本消耗进行有效的控制。不过，从当前我国电力电气自动化元件技术的应用情况来看，虽然这种技术在我国电力行业中应用得还不够广泛，而且其中也存在着一定的问题，但是它有着广阔的发展前景，相信在未来电力电气自动化元件技术能得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]分析电力电气自动化元件技术[J].张监洋.电子测试.2018（16）
[2]电力电气自动化元件技术的运用[J].孟建伟.科技创业家.2013（21）
[3]电力电气自动化元件技术的运用[J].卢娜.山东工业技术.2017（07）
[4]电力电气自动化元件技术的运用探析[J].赖军.低碳世界.2017（25）
（作者单位：盐城工学院电气学院电建152班）
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