时间：2022-11-04 09:51:22
理论联系实际，在实践工作中检验理论、提升理论，是企业对毕业生的要求。理论指导实践，在实践工作中运用科学的理论指导实践，是企业对工程技术人员的要求。作者曾在电力系统就职，体会比较深刻。对于变电站而言变压器检修经常要做空载和短路试验，工程上变压器空载试验方法采用调压器在低压侧加压，空载容量应小于调压器容量的50％，试验电流为额定电流的1‰～1%,以测量变压器的铁损。一般电力变压器在额定电压时，空载损耗约为额定容量的0.1%~1%。变压器短路试验用自耦变压器调节原边电压，原边电流达到额定值时，测量变压器铜损。通常电力变压器在额定电流下的短路损耗约为额定容量的0.4%~4%。通过亲自动手做压器空载、短路试验及观察实验现象，联系《电路》、《电机学》中关于变压器的相关知识，加深了对变压器的学习与理解。发电厂自动化控制是电力系统的发展趋势与要求，已投产和在建的大型发电厂的自动化控制水平非常高，已达到“无人值守，少人值班”管理模式。发电机组的自动开停机、自动同期并网技术验证了《自动控制理论》、《继电保护》等相关理论知识。在电力系统工作的4年中，笔者的理论知识在工作实践中不断得到深化和提升。
二电力系统工作经历对电气工程本科教学起到的积极作用
1教材选用目的更加明确
教材是高校实施培养计划的重要介质，直接影响着教学质量和人才。高质量、合理化的教材是提高教学质量与水平、完成人才培养计划与目标的保证。作者在施教时参照自身的工作经验，选用更具有方向性与实践性的教材，提高毕业生与企业之间的契合度。智能电网、数字化电站是电力系统的发展趋势，其要求电网信息化、自动化程度更高。因为这一目的，可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC）被广泛应用到电力系统中，目前国内应用的PLC有西门子（SIEMENS）公司生产的S7系列、施耐德公司生产的Quantum等系列、三菱公司生产的FX3G系列等。随着日系PLC退出中国市场，西门子PLC被普遍应用于电力系统自动化控制。例如三峡电厂、葛洲坝电厂、溪洛渡电厂等大型水电站使用PLC对发电机组、辅助设备系统等设备进行控制。因此在向电气工程与自动化专业教授《电器与可编程控制器》这门课程时，应该选用以西门子PLC为基础讲述电厂及电网自动化控制的教材，教学内容更接近电力系统工作实践，使电气工程及自动化专业毕业生在走上工作岗位时具有更强的适应能力。
2培养学生更具有方向性
现代电力企业对高校毕业生有着严格的职业要求。扎实的专业能力、较强的实践动手能力以及必要的公文写作能力是毕业生就职于电力企业所必须具有的素质。电力系统设备分为一次设备、二次设备两大类。就发电厂而言，从事电气一次设备的检修、维护及管理工作需要毕业生熟练掌握《发电厂电气主系统》、《电力系统继电保护》、《电机学》等专业课程的内容，熟悉电机、开关电器、载流导体、电抗器、补偿设备、避雷器、继电保护系统相关知识，这些是为适应发电厂工作而储备的理论知识。从事电气二次系统工作的毕业生则必须重点掌握《自动控制理论》、《电力系统继电保护》、《电子技术》、《电器与可编程控制器》的相应内容。因此拥有扎实、丰富的专业知识来服务电力企业，是电气工程及自动化专业的培养目标。实践动手能力在促使毕业生快速融入到企业生产工作中扮演着积极、重要的作用。发电厂电气设备维修工作需要毕业生有较强的电气二次配线、布线及PLC编程能力。发电厂中大量布置电气二次控制盘柜，实际的检修与维护工作需要高强度的控制回路布线与配线工作，电力系统高度自动化则需要毕业生具备基于PLC的自动化程序读写能力。公文写作能力是现代化大型企业对职工的基本要求。我国各级电力系统的运营、管理、维护已经实现了规范化、制度化、标准化。实际的工作中需要职工撰写大量的公文，例如对发电厂而言，每个月要写电厂运营报告、机组检修报告、技术改造方案等，特别是实行工作票制度后，每天都要写设备缺陷处理报告及巡检报告。这些工作要求职工具有一定的公文写作能力。对于毕业生而言，必要的公文写作能力在求职及就职中有着不可替代的优越性。
3将工作经验融入教学
将宝贵的工作经历融于课堂教学，可极大地丰富教学内容，提高学生的学习兴趣。作者讲述《电路》第十一章时，结合自己的工作经历深入浅出地讲述了变压器的原理、空载和短路实验，使学生更好地理解和掌握课堂内容。在讲述《电器与可编程控制器》时，以发电厂开停机控制流程、辅助设备自动化控制流程为例，将专业课程学习与电厂实际工作紧密结合起来，以培养更适合企业要求的应用型人才。
4将企业中应用的前沿技术
带进课堂随着数字化电站、智能电网的建设，大型发电机组实现并网发电，状态检测技术投入使用，开始对1000KV特高压技术进行实验研究。电力系统的发展日新月异，设备更新速度非常快。电气工程自动化专业的教学应当将当前电力系统的先进技术、发展趋势带进课堂，在丰富教学内容的同时，增加学生对前沿技术的求知兴趣。笔者从事过175MW、770MW水电机组的自动化控制系统改造及维修工作，巨型水电厂厂用电系统运行及维护工作，水电机组状态检测与故障诊断系统的组建与维护工作。其中770MW发电机组自动化控制技术、巨型水电组状态检测与故障诊断技术都是当前电力系统的前沿技术。将这些知识带进课堂，有利于学生充分认识本专业的发展动向与趋势，积极地规划自己的职业发展方向。
三结语
【关键词】:电气自动化;发展;应用
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0186-04
一、电气自动化的发展
电气工程及其自动化的触角伸向各行各业,小到一个开关的设计,大到宇航飞机的研究,都有它的身影。本专业生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作,是宽口径“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大。据估计,随着国外大企业的进入,在这一专业领域将出现很大缺口,那时很可能出现人才供不应求的现象。电气工程及其自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科,但由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关,发展非常迅速,现在也相对比较成熟。已经成为高新技术产业的重要组成部分,广泛应用于工业、农业、国防等领域,在国民经济中发挥着越来越重要的作用,下文就来简述一下我国电气自动化的发展历程:
(一)全空型的电力电子开关。于上世纪五十年代晶闸管出现了,它标志着运动控制的新纪元。尽管它是第一代电子电力器件,但仍被沿用至今。随后交流变频技术出现后相继有出现了全控制式器件如GTR等。这是电力电子器件的第二代;接下来是IGBT和MGT这一类复合型电力电子器件可以称为第三代器件。最后是功率集成电路,PIC即第四代电力电子器件。
(二)由低频向高频方向发展的电路。不断更新的电力电子器件势必要引发变换器电路的换代。
当应用于普通晶闸管时,直流传动的变换器主要是整流相互控制,交流变频传动则是交―直―交变频器。当电力电子器件转换到第二代的时候,PWM变换器采用的相应也要多些。因为采用了PWM变换器之后不仅提高了功效,并且能够减少高次谐波对电网的影响,合理解决了电动机在低频区的转矩脉动问题。随着应用的深入,PWM也存在着诸多缺陷,因此也就有了谐振式直流逆变器电路的发展。
(三)交流调速控制理论。交流电机磁场定向远离市由德国学者F・Blaschke所提出来的,这一理论的提出为交流传动高性能控制奠定了深刻的理论基础。但他提出的这个思想远不能够达到理论的操控效果。于是事隔14年后于1985年德国鲁德大学的Depenbrock教授又提出了直接转矩控制的思想,紧接着有将它推放到了弱磁调速的范围内。可以说他的这一控制思想新颖,控制结构简单明了,信号处理的物理概念明确,是一种高静动态性能的新型交流调速方法。
(四)通用变频器的投入使用。通用变频器:系列化、批量化、占市场量最大的中小功率变频器。先后变频器经历了第一代:普通功能型U/F控制型;第二代:高功能型U/F型;第三代:高动态性能适量控制型。
(五)单片机的发展。占主导地位的MCS-51的8位机虽占主导地位,但是它的功能还比较简单,指令集短小,因此就有了适合大批量生产的PIC系列单片机的推广使用,它不仅具有很高的可靠性,而且保密性高。
二、电气自动化的应用
一直以来,我国在CIMS,自动控制,机器人产品,专用集成电路等等方面有了长足的进步。例如:“基于微机环境的集成化CAPP应用框架与开发平台”开发了以工艺知识库为核心的、以交互式设计模式为基础的综合智能化CAPP开发平台与应用框架(CAPPFramework),推出金叶CAPP、同方CAPP等系列产品。具有支持工艺知识建模和动态知识获取、各类工艺的设计与信息管理、产品工艺信息共享、支持特征基创成工艺决策等功能,并提供工艺知识库管理、工艺卡片格式定义等应用支持工具和二次开发工具。系统开放性好,易于扩充和维护。产品已在全国的企业,特别是CIMS示范工程企业,推广应用,还研制了自动控制装置及系列产品,红外光电式安全保护装置,大功率、高品质开关电源的开发。机器人产品包括移动龙门式自动喷涂机,电动喷涂机器人,柔性仿形自动喷涂机,往复式喷涂机,自动涂胶机器人,框架式机器人,搬运机器人,弧焊机器人的研制。以上这些产品的开发应用还只是电子工程与自动化在生产中的一个侧面,不足以反映其全貌。在国外先进技术的冲击下,从各个方面进行新一轮技术重组。形势是严峻的,同时也充满机遇。
电气自动化技术尽管已经广泛应用与我国国民生产的各个部门和领域,但它仍需要不断革新,不断发展。
参考文献:
[1]《电气自动化专业拓展一楼宇智能化方向》作者:毛臣健
论文导读：EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子学的标志。本文主要阐述了采用先进的EDA工具MAX+plusⅡ对10MHz自动频率计进行设计的过程。在此设计中我们采用现在国际流行的VHDL硬件描述语言对CPLD进行编程。用单片CPLD实现10MHz频率计的功能。
关键词：EDA，频率计，VHDL硬件描述语言，CPLD
1. 前言
EDA(Electronics Design Automation,电子设计自动化)技术是现代电子学的标志，是微电子设计领域的一场革命,而基于EDA技术的芯片设计正成为电子系统的主流。随着微电子技术的迅猛发展，电子设计技术跨过了三个阶段。①20世纪五十年代：小规模集成电路（SSI）和中规模集成电路（MSI）用来设计硬件系统；②七十年代：以微处理器为核心的软件编程设计；③八十年代末至今：硬件系统集成设计，即系统芯片(SOC)和专用集成电路(ASIC)设计，是21世纪微电子技术发展的重点。
本文主要阐述了采用先进的EDA工具MAX+plusⅡ对10MHz自动频率计进行设计的过程。论文参考。在此设计中我们采用现在国际流行的VHDL硬件描述语言对CPLD进行编程，并通过MAX+plusⅡ平台对设计进行仿真验证，最终完成设计的要求，用单片CPLD实现10MHz频率计的功能。
2. 单片自动频率计的设计
数字化、智能化、自动化和小型化是现代测量仪器的发展方向。论文参考。具有50多年发展历史的频率计是实验室中常用的仪器之一，它已成为一种典型的数字化、智能化、自动化的测量仪器，并越来越趋于小型化。单片自动频率计以单片可编程器件为载体，利用VHDL语言，实现10MHz以内频率的自动测量。该频率计用可编程器件一片，10MHz晶体振荡器一块和4位七段LED显示器。
2.1 自动频率计的结构
关键词：电力线载波通信；自动增益控制；自动电平控制；直流伺服环路
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0069-02
“电力载波通信原理”是讲授电力系统利用电力线传输语音和数据的基本理论及实现方法的课程，[1]是电力通信专业重要的专业课，包括理论教学和实验环节。该课程在介绍通信原理的基础上讲述了电力通信相关知识，如电力线载波通信原理等。随着科学技术的发展，多学科交叉渗透，该课程内容有了较大充实。为了在有限的学时中引导学生尽快入门，提高学生的理论分析能力与实践能力，笔者引入了一些新的理论和方法，在理论教学和实验教学两个方面进行了一定的探索和研究。本文以幅度反馈理论的应用为例介绍了现代反馈控制理论在电力载波通信中的应用。
一、幅度反馈理论在电力线载波通信中的应用
在载波通信原理教学中有一个重要的知识点是稳定电力线载波信号幅度的理论和方法，其主要内容包括电力线载波信号稳幅的基本原理（主要是自动增益控制原理）、幅度反馈稳定性分析和工程实现方法。课程中介绍了较多的基本原理，但对反馈稳定性分析和工程应用的介绍较少。学生在实现与此相关的课题时（如“简易电力线载波机设计”课程设计），一般采用教科书上介绍的自动增益控制（AGC）电路，但载波信号的幅度不是特别稳定，而且不能准确地设置和控制载波功率的大小。[2]
为了解决该问题，在课程教学中应注重启发学生利用现代反馈控制理论改进实验电路：将自动增益控制电路改进为自动电平控制（ALC）电路，在单片机的控制下成功地实现载波功率的设置；为了解决ALC电路中运算放大器的失调电压、失调电流、温度漂移等因素对载波功率稳定性的影响，引导学生拓宽思路，在ALC电路中采用锁相环中广泛应用的有源比例积分放大器代替一般AGC电路中的固定增益放大器。理论和实践证明，改进后的电路不仅带来了更好地稳定载波幅度的效果，而且能够实现载波幅度的精确控制和显示。
二、改进前的电路――AGC电路
1.AGC电路简介
传统电力线载波机中的AGC电路原理如图1所示。
图1所示的AGC电路中的反馈网络由检波器、低通滤波器和直流放大器组成。检波器检测出载波输出信号振幅（有效值电平或峰值电平），经低通滤波器滤去不需要的高频分量，然后进行适当放大后控制可变增益放大器的增益。反馈网络设计的原则是：当载波输出信号幅度增大，检波器检测出的信号也随之增大，直流放大器产生一个较小的电压，控制可变增益放大器的增益趋于减小；反之当载波输出信号幅度减小，检波器检测出的信号也随之减小，直流放大器产生一个较大的电压，使可变增益放大器的增益趋于增大。[1]无论何种情况，通过环路不断地循环反馈，使得载波输出信号幅度保持不变或仅在较小范围内变化。
由于电力线载波通信需要采用调幅技术来传输信息（语音和数据），因此环路中的低通滤波器非常重要。由于发射功率变化、距离远近变化、电波传播衰落等原因引起的信号强度变化是比较缓慢的，所以整个环路应具有低通传输特性，这样才能保证AGC电路仅对载波信号电平的缓慢变化有控制作用。[3]当载波输入信号为模拟调幅信号或数字基带调幅信号（ASK）时，为了使调幅波的包络变化不被AGC电路的控制作用抵消，必须恰当选择低通滤波器的频率响应特性，使其对高于某一频率的调制信号的变化无响应，而仅对低于这一频率的缓慢变化有控制作用，这主要取决于低通滤波器的截止频率。
2.AGC电路的缺陷
图1所示的AGC电路有以下缺陷：一是载波放大器的输出幅度不够稳定；二是不能准确的设置和显示载波信号的输出幅度；三是在稳定幅度的过程中容易产生过冲现象。
产生第一个现象的原因是不仅反馈网络中的检波器存在较严重的温度漂移现象，运算放大器也存在温度漂移、失调电压、失调电流等各方面的影响。由于直流放大器具有固定的增益，上述现象造成的电压变化被直流放大器固定放大因而产生变化的控制电压，造成载波信号幅度的波动。造成第二个现象的原因是反馈网络中缺少一个可变的参考电压，无法对载波放大器的输出幅度进行准确的比较和判断（有一些电力线载波机的AGC电路中包括一个参考电压，但通常是固定电压，不能作为可变的电压参考）。第三个现象的产生是反馈网络中的低通滤波器造成的，由于低通滤波器的截止频率设计的相当低（为了适应低速率基带信号的传输，这一点是绝对必要的），而带宽很窄的低通滤波器的瞬态特性往往很差，当载波信号幅度瞬间产生变化时，低通滤波器的响应较慢且有明显的充放电过程，因此带来载波信号幅度的起伏。[4]为解决上述缺陷带来的问题，考虑采用ALC电路取代AGC电路。
三、改进后的电路――ALC电路
1.经典ALC电路简介
经典ALC电路原理如图2所示。
与图1所示的AGC电路相比，图2的ALC方案作了两个重要改进：一是用瞬态特性良好的Bessel低通滤波器取代普通的低通滤波器，用以改善载波输出信号的瞬间起伏；[4]二是用积分器取代固定增益的直流放大器，同时由单片机控制的DA变换器产生一个可变的参考电压UR作为积分器的电压基准，从而将载波幅度的稳定过程转变为动态调节过程。这样有两个优点：一是无论反馈网络中的检波器或运算放大器性能如何，只要参考电压UR稳定且积分器本身失调小，载波输出信号幅度都能实现稳定；二是改变参考电压UR的大小可以达到新的动态平衡，从而实现载波信号幅度的程控。
ALC电路的工作原理是：载波输出信号首先经检波器检测出信号的包络电平，该信号经低通滤波器滤去不需要的高频分量后送到积分器的反相端（通常是直流电压），将可变的参考电压UR加到积分器的同相端作为积分电压基准；当载波输出信号幅度增大时，加到积分器反相端的直流电压也随之增大，若该电压大于参考电压UR，积分器输出一个负斜率的电压（积分器反相积分），这个电压作用到可变增益放大器上，使可变增益放大器的增益趋于减小，载波输出信号幅度随之减小；当载波输出信号幅度减小时，加到积分器反相端的直流电压也随之减小，若该电压小于参考电压UR，积分器输出一个正斜率的电压（积分器同相积分），这个电压作用到可变增益放大器上，使可变增益放大器的增益趋于增大，载波输出信号幅度随之增大。这两种情况下，加到积分器反相端的直流电压都以参考电压UR的大小为平衡点来变化。若环路参数设计适当，最终使得加到积分器反相端的直流电压等同于参考电压UR，载波信号幅度保持不变。由此可见，改变参考电压UR的大小可以达到新的平衡点，从而可以实现载波信号幅度的程控和显示。
2.经典ALC电路的缺陷和解决方法
采用积分器取代固定增益直流放大器来实现载波信号幅度的自动控制会带来一个问题，即载波信号幅度会出现低频的周期性起伏过程。其原因是积分器的输出是以参考电压UR的大小为平衡点，是一个动态调节的过程，若电路形式不合适或环路参数设计不当往往造成载波信号的幅度不能稳定在平衡点上而是围绕着平衡点周期性的振荡，造成载波信号幅度的不稳定，[4]这一问题也常常出现在锁相环的工作工程中。
为了解决该问题，考虑采用带阻尼的有源比例积分放大器代替普通的积分器，具体电路如图3所示，[4，5]在此采用的是二阶有源比例积分放大器。
为了兼顾数据通信的要求，积分器设计了两种不同的低频截止频率，分别是200Hz和1.5KHz，用电子开关进行切换。电路参数需要根据要求进行设计，一是积分器的两组时间常数τ11、τ12和τ21、τ22，通过时间常数可以计算出电路中各个元件参数并验证低通滤波器的截止频率fc1和fc2，不能大于要传输的语音和数字基带信号的速率；二是根据理论分析确定阻尼常数ξ，由ξ的大小可以评估积分器的稳定性。在具体电路中，采用电位器W1来调节阻尼常数ξ，通过电位器的调节，学生能够观察到载波信号幅度的低频起伏过程及消除过程。
3.二阶有源比例积分器的理论计算
二阶有源比例积分器的理论计算不是一个复杂的课题，由于应用环境是电力线载波通信，所以需要考虑电力线载波通信的具体要求。对于兼顾语音通信（载波电话）和数据通信（数据传输和抄表）的电力线载波机，其语音通信最低频率为300Hz，最高频率为3.3KHz，数据传输的最低速率为640B/s，最高速率为8KB/s，[6]根据这项要求确定二阶有源比例积分器的最小带宽约为200Hz；在应用于高速率数据传输时，由于占用带宽更宽，为了保证数据传输的质量，将二阶有源比例积分器的带宽设计为1.5KHz，两者采用电子开关进行切换。电路中元件参数的设计过程如下：
3）计算τ12：根据τ12=2ξ/ωn，计算得τ12=4.6ms，再根据τ11=R2C1，求得R2约为1KΩ。
（2）1.5KHz带宽的相关参数计算。1.5KHz带宽相关参数的计算与200Hz带宽计算过程相似，在此环路带宽ωc=2288rad/s。由于环路带宽的增加，电容C2的数值应当相应减小，调整为0.1uF。计算结果是：τ21=190us，R1约为2KΩ；τ22=613us，R3约为6.2KΩ（应用时为了切换带宽方便，将两种带宽共用一个电阻R1，这也是调整电容大小的依据之一）。最终确定的各项参数如图3所示。
四、结论
本设计的内容和难度已超出本科生教学大纲的要求，在指导教师的启发和帮助下，学生能够发挥主观能动性，通过查阅并借鉴参考文献，完成对系统模型、控制方法、系统设计、电路仿真及实物制作的流程，进行一次较系统的科技方法训练。在整个课题设计和制作阶段，学生们不仅巩固了理论教学的内容，还自发融入了其他课程及参考资料中的方法，真正得到了一次理论与实际相结合的锻炼。
参考文献：
[1]孙同景.PLC原理及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]刘晓胜，胡永军，张胜友.低压配电网电力线载波通信与新技术[J].电气应用，2006，25（2）：5-7.
[3]B.Williams，Fred J.Teaylor.电子滤波器设计[M].宁彦卿，姚金科，译.北京：科学出版社，2008.
[4]许建军.数字化电力线载波通信系统的硬件设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2012.
动化系统的功能,讨论了目前电气自动化控制系统的设计思想(以发电厂为例子),展望了将来电气自动化控制系统的发展趋势。设备智能化水平的提高使得对现场设备状况的精确掌握成为可能,通讯技术的发展则为大容量的数据传输提供了平台。在工业自动化领域,基于Pc的控制系统以其灵活性和易于集成的特点正在被更多的采纳。
二、电气自动化控制系统的设计思想
(一)集中监控方式
这种监控方式优点是运行维护方便,控制站的防护要求不高,系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理,处理器的任务相当繁重,处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控,伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加,投资加大,长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时,?隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线,由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位,造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂,查线不方便,大大增加了维护量,还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。
(二)远程监控方式
远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线(如Lonworks总线,CAN总线等)的通讯速度不是很高,而电厂电气部分通讯量相对又比较大,所有这种方式适合于小系统监控,而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。
(三)现场总线监控方式
目前,对于以太网(Ethernet)、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中,且已经积累了丰富的运行经验,智能化电气设备也有了较快的发展,这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性,对于不同的间隔可以有不同的功能,这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外,还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0卡件、模拟量变送器等,而且智能设备就地安装,与监控系统通过通信线连接,可以节省大量控制电缆,节约很多投资和安装维护工作量,从而降低成本。另外,各装置的功能相对独立,装置之间仅通过网络连接,网络组态灵活,使整个系统的可靠性大大提高,任一装置故障仅影响相应的元件,不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。
三、探讨电气自动化控制系统的发展趋势
(一)OPC(OIJEforProcessControl)技术
OPC(OIJEforProcessControl)技术的出现,IEC61131的颁布,以及Microsoft的Windows平台的广泛应用,使得未来的电气技术的结合,计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131已成为了一个国际化的标准,正被各大控制系统厂商广泛采纳。Pc客户机/服务器体系结构、以太网和Internet技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT平台的融和,电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据,也可以对当前生产过程的动态画面进行监控,在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用,将对未来的自动化产品,如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。
(二)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。
(三)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。
参考文献:
[1]贺家李、沈从炬,电力系统继电保护原理,北京:中国电力出版社,1994.
论文摘要：目前我们日常所使用的一些带有或使用变频器驱动系统的设备都会产生大量的高次谐波，这种严重的电磁辐射是我们平时用肉眼看不到的隐形杀手，无论是对我们的身体健康，还是对精密仪器的使用，它都有严重的危害性，而且影响深远。
变频器是运动控制系统中的功率变换器。目前的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是驱
动的交流化、功率变换器的高频化、控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，因提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。
变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而且厂家仍在不断地提高可靠性，为实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。辨别变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；最后还要看本身的能量损耗（即效率）。这里仅以量大面广的交—直—交变频器为例，阐述其发展趋势：主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。
在变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。
脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。
交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。
近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低、体积缩小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。
在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上首枚DSP芯片诞生了。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。
90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围组件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分可观。
关键词：高职 传感器应用技术 教学改革
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（a）-0201-01
21世纪以来，随着科技的进步，特别是智慧城市、物联网以及机器人技术等的发展，传感器作为一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置[1]，在各个领域得到了广泛的应用。“传感器应用技术”也因此成为了一门实用性较强的课程。作为电子信息类专业的专业基础课，也是学生在今后的工作中经常应用到的一门技术，“传感器应用技术”已在各大高职院校中得到广泛的开设。由于该门课程是一门实践性及理论性均较强的课程，而且高职类院校课程体系大都承袭了本科课程的教学体系，侧重于传感器理论知识的讲解，实验也是以模块化的验证性实验为主，这使得该门课程的开设效果并不明显，学生普遍存在着听不懂理论、学不会电路，不会用传感器的问题。为了能解决教学中理论与实践脱离，学生没有兴趣等的问题，笔者进行了如下的思考探究。
1 结合实际，明确培养目标
人才培养目标是高职院校人才培养活动中最根本，最核心的问题。作为一名教师，我们首先应该明确高职院校电子类、自动化类、机电类专业学生的培养目标是培养掌握本专业所需要的基础知识和专门知识，具有从事生产一线工作的综合素质和职业能力的技能型人才[2]。学生的就业岗位主要分布于生产流水线设备、基本电路的设计、产品的检测、维修及质量管理等，这些岗位要求学生具备利用传感器和自动检测的知识解决实际问题的技能。因此，在设计课程时，要跳出本科教学体系的框架，淡化理论，以实践动手能力培养为本位，构建学生应用传感器知识和自动检测技术解决生产方面问题的实际能力，培养学生胜任职业岗位的相关技能、技艺。使学生在学完本课程后，能够根据检测或者设计要求合理选用各种类型的传感器；能够使用常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏，进行简单维护；能够运用所学知识设计、制作、简单测试基本检测单元模块电路等。其次，应结合所在学校学生就业区域的特点，针对岗位应用的知识进行着重讲解，使学生能深入的了解学习所应用的领域，有所专长。
2 合理设计，丰富教学环节
针对高职高专类的传感器应用技术方面的教材，部分已经进行了改革，以项目化教学[3]为导向，简化了理论知识的讲解，但是对于传感器原理中的基本理论，如：压电效应、霍尔效应等，仍需要讲解。如何将这些理论与传感器实际的参数结合起来，如何将枯燥的理论形象化的传授给学生，这就需要我们合理地去设计每一节课。
传感器作为一种转换器件，在讲解其理论时，我们首先应该以传感器为教具，让学生对传感器有一个感官上的认识，带动学生的好奇心和兴趣。其次，在每节课开始时，通过一些传感器方面的新闻或者视频，如在讲解温度传感器时可以引入生活中燃气灶热电偶的应用等，使学生了解传感器技术发展所带来的实实在在的效益，同时也开拓了学生的知识面。再次，理论的讲解尽量以生动的flas为主，减少公式的推导，实际教学证实学生对于公式的推导，基本上不感兴趣或者是听不懂，而视频或者动画往往会吸引学生，使学生能更形象深刻的理解知识点。最后，在传感器的应用及性能指标讲解中结合实际案例分析[4]，让学生真正认识到如何将传感器与实际应用结合起来，如在讲授温度传感器时，可以设计一个应用场景，给定要测量的温度范围，让学生思考应该用什么测量方法，选用什么温度传感器来组建满足要求的温度测试系统，这样学生会对传感器的型号、传感器特性参数、如何用测量电路把信号从传感器中提取出来并放大、如何减小传感器测量系统的误差以及如何进行误差补偿等有了一个形象客观地认识，学生通过思考，查找资料，接触具体型号的传感器，将传感器的理论知识应用于实践，就知道了传感器的动态和静态参数是如何跟实际问题的参数联系起来的。为了让学生了解传感器的作用和应用范围，使用时的注意事项等问题，可以将传感器和检测技术结合起来，在教学过程中让学生思考什么是检测技术，检测系统中传感器的作用是什么，如何构建一个完整的检测系统，数据是如何处理的等等。课堂以互动为主，充分带动学生的积极性，尽量避免纯理论的讲述。
3 动手动脑 开展真正实验
“传感器应用技术”作为一门应用性较强的课程，开展实验对于这门课的学习具有积极的作用。“传感器应用技术”课程的实验是真正的实现理论联系实际的环节，但是查阅相关文献可以[2～5]发现该课程的实验普遍存在着一些问题，如：原理性、验证性实验较多，实验设备模块化，学生纯粹是简单连线，难以了解内部电路和工作原理以及学生兴趣不高等问题。针对这些问题，笔者结合教学实际，认为传感器应用技术课程实验可以进行如下的改革。
为了带动学生的积极性及动手能力，我们应该将传感器应用技术实验与单片机技术相结合，为每个实验小组配备简单的单片机开发板。在学习完每一类传感器时，按照竞赛的形式设计一个相关题目，给出参数及设计目标，要求每一个实验小组按所给要求，选用传感器并设计测量电路，利用单片机开发板，最终调试实现相应功能，完成该传感器测量系统的前端设计工作，这样就可以实现学生真正的动脑动手，真正的参与到实验中。这种方法既能带动学生的兴趣，也有利于学生系统思维及实际解决问题能力的培养。
4 结语
本文针对高职“传感器应用技术”课程教学中实际遇到的一些问题，结合实际教学，提出了几点思考。通过人才培养目标的清晰认识、教学环节的有目的准备以及实验环节的改进，相信学生能真正提起兴趣去了解学习传感器这门知识，掌握这门技术。教与学的过程没有穷尽，相信在不断的实践中这门课的教学方法会不断完善，实现教学质量的提高。
参考文献
[1] 常慧玲.传感器与自动检测[M].电子工业出版社，2012.
[2] 刘金桂，王梅，王晓静.“传感器与自动检测技术”课程设计教学改革[J].成功（教育），2011（7）.
[3] 浦灵敏.高职“自动检测技术”课程项目化教学模式探索[J].中国电力教育，2009，10（19）.
关键字：电气工程自动化；智能化技术；应用分析
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
一、人工智能应用理论
人工智能提出至今，其快速地被各行各业接纳，并被广泛应用及推广。何谓人工智能？它是一种科学技术，即对用于模拟、扩展、延伸人的智能的技术、理论、方法等进行研究、开发。人工智能的最终目的是模仿人类智能，并基于模仿的基础上，设计出与人类智能相似的机器人。人工智能在相关研究领域实现了快速发展，且逐步形成了以计算机为主导的智能化技术。智能化技术属于一门综合性的学科门类，其包含了心理学、医学、哲学、语言学、仿生学、自动化、控制论、信息论。就人工智能领域而言，应该实现机器人具备同人类智能化工程相类似的系统，以此确保机器人承担起只有人类才能完成的工作。
人工智能理论能够解释智能的本质含义，且基于对智能本质的阐释，研制出与人类智能相类似的机器。就人工智能领域而言，其研究的内容主要有自然语言处理系统、专家系统、图像识别、机器人等。而电气工程研究的主要内容有信息处理、电气电气技术、系统运行等。随着技术时代的带来，及我国科学技术的快速发展，计算机技术在人类工作生活中的应用愈加普遍。在进行计算机编程时，唯一的办法是通过模仿人类大脑，从而实现对信息进行收集处理交换回馈。综上可以得出一个结论：模仿人类大脑技能有助于电气工程自动化的持续、快速发展。
二、人工智能控制的优点
针对不同的人工智能控制，最有效的讨论办法是采取不同的方法。现阶段出现具备部分人工智能的控制器，例如：模糊的神经、遗传算法等均为非线性函数近似器，该种分类法的意义在于有助于对人工智能总体进行探析；推动控制策略综合性的研发。可以很明确的一点是：人工智能函数近似器优于常规函数估计器。
如果想对对象动态方程进行精确控制，其算得上是一件难度性极高的事情，所以，在设计控制对象模型时，往往会出现众多不确定性因素，其主要有非线性、参数变化等。随着科技的发展，在设计智能控制器时，亦可以放弃传统的控制对象模型，而是参考不同因素对智能控制器进行合理调整，例如：智能控制器下降时，鲁棒性及响应时间存在不同等。在调整控制器时，需要注意的事项包括：通常情况下，就下降时间而言，相对于 PID 控制器，模糊逻辑控制器要快出两倍；相对于古典控制器，调整人工智能控制器的难度系数更小。与此同时，在设计人工智能时，允许借助相关信息及语言，且人工智能控制器的统一性更强，这样有助于估算输入的某些陌生数据，亦可以将驱动器的负面影响忽视。就相关控制对象而言，在没有人工智能控制器的情况下，其产生的效果同样相当好。
若在反模糊化与模糊化的过程中，坚持使用规则库、隶属函数控制器，其有助于精确地开展实时确定。通常情况下，相对于常规函数估算器，人工智能函数近似器的优点更为明显，其主要优点包括：
（一）设计人工智能函数近似器的工序更简洁，即不必要进行控制对象模型；
（二）适当调整人工智能函数，有助于人工智能函数近似器性能提高；
（三）相对于古典控制，调节人工智能函数近似器的难度系数相对更低；
（四）在设计人工智能函数近似器时，可以借助相应数据；
（五）在设计人工智能函数近似器时，可以借助语言信息及相应信息；
（六）人工智能函数近似器的统一性更好；
（七）人工智能函数近似器可以快速适应新数据及新信息；
（八）人工智能函数近似器能够解决常规方法无法解决的问题；
（九）人工智能函数近似器抗噪声干扰性能极高；
（十）人工智能函数近似器容易被扩展或修改。
三、我国人工智能技术应用现状
随着人工智能技术在世界范围内的快速发展，其亦推动了电气工程自动化的人工智能技术的发展，且从事技术研究的队伍在不断壮大。我国电气工程自动化人工智能技术研究的内容包括：如何将人工智能系统应用于电气工程故障预测、诊断、维修；如何将人工智能系统应用于电器产品优化、设计；如何将人工智能系统应用于电器产品控制、保护。人工智能系统要求综合应用电机电器学科知识、电磁场、电路等，及充分利用先前设计经验进行新设计。在设计以往的电器产品时，应该立足于经验与实验的基础上，并采取手工的方式，实践证明，该种设计方法在制定优秀设计方案时，其设计效率不高。
随着科技时代的带来，尤其是计算机的发展与普及，计算机辅助设计应运而生，其应该逐步将传统的手工设计取缔，其意义在于：缩短了电器产品研发周期。尤其是人工智能技术得到推广和应用以来，电器产品设计质量及效率也得到了质的提高，同时也推动了 CAD 技术的快速发展。专家系统及遗传算法属于电气设计人工智能技术应用的主要方面：遗传算法——源于对先进算法的优化所得，其主要作用于电器产品优化设计方面，且其作用相当明显。因此，人工智能化设计电器产品时，其开展优化设计工作的惯用手段便为遗传算法。人工智能技术有助于将电气设备故障间优势及预兆最大化发挥出来，其主要被应用于专家系统、模糊逻辑、神经网络等方面。
变压器在电力系统中的地位一直未曾改变，因此，众多研究人员往往会对其进行高度关注。总结现阶段变压器故障诊断手段，最常见的方法便为分析变压器油内气体含量，通过分析油内气体，有助于将变压器故障出现的范围明确在一定范围内。与此同时，发电机及电动机方面的人工智能诊断技术也取得了相当大的突破。
四、总结
关键字:力电气；自动化；元件技术；应用；企业
图文分类号：TM59 文献标识码：A
我国早在上世纪初就已经提出了电气自动化的概念，并且到了五十年代，在我国的各大高校中开始开设电气自动化的相关课程，因此我国的电气自动化的提出和发展是较早的。随着我国经济的高速发展和科学技术的进步，我国的电力电气自动化也得到不断的完善和发展，并且在近几年处在了蓬勃发展的阶段，在电力电子技术和微电子信息技术领域取得了重大的进步，传统的电力拖动控制的概念已经不能适应现代企业的生产需要，所以为了提高现代火电厂的生产能力、管理水平和提高企业的市场竞争力，增强现在火电厂的电力电气自动化元件技术的应用，就显得尤为重要了。
一、我国电力电气自动化元件研究的主要原因
21世纪是一个科学技术和信息化高度发达的时代，科技转化为社会生产力的水平不断提高，速度不断加快，随着我国的改革开放的不断深入和我国加入世贸组织，我国的经济得到了前所未有的高速发展，同时也面临着严峻的挑战，国际市场的竞争压力日益尖锐，国内企业间的竞争也倍加的激烈，在残酷的竞争中，企业的优胜劣汰就完全的现象出来，我国的电力企业无论是从技术应用、科学管理、生产模式、自动化水平上都远远的落后于国外大型的电力电气企业，因此在攻击竞争中，我国的电力企业处于劣势，市场的份额不断的下降，发展前景不容乐观，就国内而言，我国传统的电气电力的元件，如：电力传动控制的概念，普通的晶闸管、绝缘门极双极型晶体管等的应用已经不能都在现代生产自动化系统中承担第一线生产任务的全部控制设备了，在使用的过程，对于节能技术的研究不到位，造成了污染和高耗能，对我国电力电气企业的生产和未来的发展有严重的阻碍作用，因此，应加大我国电力电气自动化元件研究和应用，提高我国电力企业竞争力，满足社会的需求。
二、我国电力电气化研究的意义
我国加入世贸组织以后，社会经济得到了快速的发展，我国在世界经济舞台上扮演着重要的“角色”，市场经济是极度开放和充满竞争力的市场，市场经济的核心就是市场，一个企业的生产就是为了市场的需求，只有在市场中占有一席之地，企业才得以继续向前发展，因此，不断的提高电力企业的电力电气自动化的程度，满足市场对产品的需求，提高企业的在市场激烈的竞争中能够脱颖而出，占有更多的市场份额。于此同时企业实现电力电气的自动化，可以保证产品的高质量，降低设备出现故障的次数和产品次品的出现。提高生产的安全性，减少工作人员的劳动量；企业增强生产电力电气和管理过程中的自动化，可以有效的提高工作的可靠性，提高了运行的高效性和经济型，在保证产品质量，提高劳动生产率，改善生产劳动的环境和劳动者的工作模式有重要的促进作用。
三、我国主要电气电力自动化元件技术
综上所述，对我国目前的电力企业对电力电气自动化元件研究的主要原因和我国电力电气化研究的重要意义进行了分析介绍，可见，在我国的企业中实现电力电气的自动化，对提高企业的市场竞争力和科学的管理水平、满足生产的需要，提高产品质量和劳动生产率有积极的重要作用。以下就对我国主要的电力电气自动化元件技术进行简要的分析。
（一）全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管
晶闸管的出现标志着运动控制的新纪元。晶闸管是我国第一代电子电力器件，到目前为止，在我国依然被广泛的应用，尤其是在直流和交流传动控制系统中使用。随着科技的发展，全控式器件GTP、GTO等新一代的电子电力开关的逐渐的兴起，虽然他们都是最新的，但是各自有自己的使用领域。
1GTO：是一种用门极可关断的高压器件，它的最主要的特点就是关断增益较低，一般为4.5，但是它的实现需要一个十分巨大的关断驱动电路，并且它的通态压降要比普通的晶闸管高很多，一般约为2v-4.5v。无论是开通的di/dt还是关断的dv/dt，都对GTO的推广工作运用的工作带来限制作用。
2GTP的各项器件的参数对它本身的二次击穿现象和安全工作区的影响较大，而GTP电路的复杂程度较大，在平时的使用过程中较难掌握，这主要是因为这类全控器件热容量比较小，过流能力很低，从而设计和使用人员把主要的精力都放在了对电路和驱动电路的保护上，所以对电路的压力不断的扩大。
（二）变换器电路从低频向高频方向发展
随着电力电子器件的不断更新，因此组成电力电子器件的变换器也要随时更新，应用的普通的晶闸管的时候，支流传动的变换器主要是相控整流；在电力电子器件进入了新一带以后，提高的功率因数，减少了高次谐波对电网的影响，从而达到解决电动机在低频区的转矩脉动的问题。相对于PWM逆变器而言，它其中的电压、电流的谐波分量产生的转矩脉动作用在定转子上，这样就使得电机绕组会产生振动而出现很多的噪音。而在电力电子器件在高压大电流的基本情况下会出现导通或是关闭的情况，所以对开关的损害比较大。所以开关存在，他本身就对逆变器工作的频率有很大的限制作用。
（三）交流调速控制理论的逐渐成熟
在目前我国是使用的交流调速控制理论是采用矢量控制的基本思想，这种思想的形成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，并且采用分贝控制的形式。这样的解耦的形式主要是把异步电动机的物理模型等效变换成类似于直流变换来完成的，在这个过程中，需要的对转子磁链的方向进行检测。这主要是因为：在矢量旋转变化的过程中，它的复杂性、综合性比较高，而转子的回路之间的参数受到转子磁链的影响比较大，所以在实际的应用中很难达到需求的分析结果，所以及时的检测工作是必须的。而对于对直接转矩的控制，使用的是空间矢量的分析方法。
结语
综上所述，本文主要对电气电力自动化技术的各项新技术、新工艺的新发展例如电力电气中全控型电力电子开关逐步取代半控型晶闸管、变换器电路从低频向高频方向发展和交流调速控制理论的逐渐成熟等做了简要的研究，旨在为我国的电力企业实现运行的高效化、管理的科学化、实现电力电气的自动化，对电力企业工作效率、产品质量的提高，实现资源的优化配置，减少工作人员的劳动量从而提高自身的综合竞争能力，最大限度的占领市场份额，是企业在激烈的竞争中处于优势。
参考文献
[1]黄大炜.电力电气自动化元件技术的运用[J].黑龙江科技信息,2011.
【关键词】厂区供电；节能技术；应用分析
0. 引言
目前，不少高耗能企业的装机容量已经达到了上万kVA，在一个装机容量10000kVA的高耗能企业中，只要实现一个百分点的节能降耗，每小时就可以实现100kVAh的电能，这可以给企业带来较直接的经济效益。本文要设计的是一个综合自动化感抗补偿系统，通过适当调整容性增压和抗性增压的方式，实现厂区供电节能的补偿。
1. 现状及需求分析
某生产企业安装3000V150kW电动机35台，1140V75kW电动机72台，680V11.4kW电动机211台，380V小型电动机122台。电动机总装机容量13787.4kVA，运行在3000V、1140V、680V、380V四个电压等级上。工厂采用35kV进线，直接在厂区内布置中央变电所，采用三台10000kVA变压器并列运行，形成35kV进线母线、3000V离场母线、1140V离场母线、380V自备母线。680V和380V用电变压器由分布在厂区内的12个3000kVA变压器执行变配电工作。厂区低压网络虽然分别由12个并列变压器提供电源，但是680V网络和380V网络已经实现了互联。
因为厂区内的大功率设备以抗性设备为主，所以，设备运行过程中会引起抗性增压的现象。抗性增压会直接造成系统中的视在功率增加，引起不必要的功率损耗。如果采用每电动机逐一补偿的方式，虽然可以平衡大部分抗性增压，但因为电动机和变压器的容性漏电功率难以确定，所以，本文采用集中补偿的方式满足厂区供电的无功补偿。
2. 模糊算法分析
在临界取值上，电压临界默认整定为U±0.05U，电压上下限值整定为U±0.10U。无功功率的正常值范围默认整定为±0.03P。
3. 硬件实现
本文采用4个自动化补偿柜实现以上20级自动投切功能。根据表1设计，1#柜安装60台20kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时安装60台8kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。2#柜布置的电容器和电容器结构与1#柜一致。3#柜部署60台10kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时安装60台3kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。4#柜部署60台5kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时部署60台2kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。四个柜子分别负责3000V、1140V、680V、380V电压等级的自动化无功补偿工作。控制方法上，采用MTC MTX MTK 300A系列可控硅完成投切操作，通过微电脑重动控制，每柜子共需要MTC MTX MTK 300A系列可控硅120台。
主机选型方面，本文系统计划采用全志A20处理器，该处理器采用了两个ARM7核心并列运行，提供512MB运行RAM和1GBROM。120个可控硅的控制端前置120个光电耦合器，用以隔离12V控制链路和5V计算回路。在50Hz工频工作模式下，采用半波重动的方式，合闸间隙应控制在10ms以内。此间隙要求下，大部分光电耦合器均可以满足要求，本文选择夏普电子生产的，SOP-4 PC817B PC817C光电耦合器作为控制执行部件。光电耦合器前置的锁存器同样选择夏普公司生产的74HC595D SOP-16。地址控制使用的32位与门芯片选用夏普公司生产的TSSOP-14 SN74LV32APWR。
控制原理上，采用A20的PD接口构成32位数据总线，采用A20的PA接口构建32为地址总线。使用A20的PC接口构成16位显示总线，连接到显示控制器。在PD和PA构成的64位总线上，引出不少于30个外部模拟量输入或开关量输出接口。每个接口前置采用2个TSSOP-14 SN74LV32APWR32位与门计算器，首先根据跳线挑出的地址与地址总线上的地址进行与计算，得到的值与数据总线形成二次与计算。计算结果写入74HC595D SOP-16锁存器中，锁存器输出端直接连接光电耦合器。反向数据通过夏普公司的SOP14 LM339 LM339DR 电压比较器进行数字化，同时与两个TSSOP-14 SN74LV32APWR32位与门计算器连连接。与门计算器通过地址总线上的数据与跳线地址进行与计算，计算结果与电压比较器输出结果合并写入数据总线。
因为A20是运行在1GHz的主频上的，且其搭载了安卓2.2操作系统，可以充分利用两个ARM7处理器的计算资源。所以，本文系统的响应时间远小于10ms，其投切开关重动执行时间也远小于10ms。
4. 结束语
通过本文系统的部署，可以实现4个电压等级上的20级无功补偿自动投切，通过全志A20工业控制计算机的支持，可以始终确保厂区电压控制在U±0.05U级别上，在降低了无功增压效应带来的视在功率增加的基础上，也提高了厂区供电的纯净性，使得因为电压波动带来的设备损坏比率大幅度下降。本文系统的不足是使用了较多的电容器和电抗器以及可控硅控制器，使得本文系统体积较大，散热压力也较大。随着后续研究的进行，相信本文系统可以更加完美。
参考文献：
[1]王思宇.组合式无功补偿控制策略研究.[D].哈尔滨工业大学硕士论文，2013年.
摘 要:文章系统分析了“工频变化量”技术的理论基础和在各种保护装置中的实际应用,并 总结 了这些保护装置的独特优势。
关键词:工频变化量;原理;微机保护
abstract: the paper systematically analyzed theory basis of dpfc technology and its application in all kinds of protection devices, and then summed up the unique advantages of these devices.
key words: deviation of power frequency component; principle; microcomputer protection
在我国电力系统继电保护领域,南瑞继保公司无疑是占尽技术优势和市场优势的领头羊。之所以能够取得这样辉煌的成就,是与南瑞继保公司董事长、 中国 工程院院士沈国荣先生和他创立的“工频变化量”理论紧密联系在一起的。基于这种原理的保护装置在安全性、快速性、灵敏性和选择性等各方面都有很大的提高,但是在传统的教科书中并没有具体的理论讲述,厂家的说明书也很不详细。下面将从原理和实际应用方面进行具体地分析。
1 工频变化量deviation of power frequency component (dpfc)原理分析
工频变化量的理论基础为叠加原理,即电力系统发生故障时,经过渡电阻短路,可认为是过渡电阻下面的一点金属性短路,即该点对系统中性点电压为零,可认为该点与中性点之间串联2个大小相等、相位相反的电压源,依然保持该点与中性点间电压为零,见图1。
“叠加”有2个含义:①短路后任一点的电压,如保护安装处m母线的电压(即m点到中性点电压,是我们关心的,箭头向上表示电位为升,m母线为正,中性点为负,),等于2个图中相应点的电压之和(二种状态)。②短路后某个支路的电流,如流过保护的电流,等于2图中相应支路的电流之和。从重叠原理本身来说,对uf没有要求,可以任意取值,但在保护装置里uf取短路点短路以前的电压,es、er为电源电势,在短路前后不变,因此,图1称为正常负荷状态,图2称短路附加状态,目的就是凑出这二种状态。
与常规的稳态量保护装置不同,基于工频变化量原理的保护装置只是“考虑”短路附加状态的各种电气量,而不考虑正常负荷状态的各种电气量。在附加状态中,只有短路点有一个电压源,电气量全部为变化量用符号表示。微机保护中正在采样的u、i减去“ 历史 ”上采样出来的u、i,即为加在继电器上的u、i。zs为保护背后电源的等值阻抗,zr为保护正方向的所有阻抗,s为保护背后中性点,由下图4、图5可得出2个基本关系式:
2 变压器的工频变化量比率差动保护
变压器有70%左右的故障是匝间短路,为了提高小匝间短路时差动保护的灵敏度,常规的比率制动特性差动保护中的起动电流往往整定得较小,例如整定成0.3~0.5倍的额定电流,而且初始部份没有制动特性,见下图6。
但运行实践证明这样的差动保护往往在区外短路或短路切除的恢复过程中由于各侧电流互感器暂态或稳态特性不一致或者2次回路时间常数的差异或者电流互感器饱和造成保护误动。南瑞继保公司rcs978系列保护装置在传统的差动保护基础上另外又增加了工频变化量差动继电器,提高了变压器小匝数的匝间短路时的灵敏度,由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
工频变化量比率差动保护的动作方程为:
理论上,工频变化量比率差动制动系数可取较高的数值,这样有利于防止区外故障时电流互感器饱和等因素所造成的差动保护误动。
变压器工频变化量比率差动继电器的动作特性见图7所示,阴影部分为动作区。
工频变化量比率差动继电器的特点:
(1)负荷电流对它没有影响。对于稳态量的比率差动继电器,负荷电流是一个制动量,会影响内部短路的灵敏度。随着内部故障严重程度的增大,其灵敏度会下降。
(2)受过渡电阻影响小。
(3)由于上述原因工频变化量比率差动继电器比较灵敏。提高了小匝数的匝间短路时的灵敏度。由于制动系数取得较高,在发生区外各种故障、功率倒方向、区外故障中出现ta饱和与ta暂态特性不一致等状态下也不会误动作。使得保护的安全性与灵敏度同时得到了兼顾。
图8为变压器发生小匝间短路时的实际波形图,可以看出,当变压器c相发生1.5%的匝间短路故障时,常规差动保护(图中直线2)不会动作,而工频变化量差动保护(图中曲线1)要灵敏得多,会正确动作。
(4)不必输入定值。从工频变化量的比率差动保护的动作方程式中可以看出,工频变化量比率差动保护中不必输入定值,其固定门槛与浮动门槛由其他公式得出,是公司的专利技术,在此不作讨论。
3 超高压输电线路保护中的工频变化量差动继电器和阻抗继电器
3.1 输电线路电流纵差保护的主要问题
当重负荷情况下线路内部经高电阻接地短路时,常规保护的灵敏度可能不够。由于负荷电流是穿越性的电流,它只产生制动电流而不产生动作电流,而此时经高电阻短路,短路电流小而制动电流大,因此保护装置的灵敏度会下降。采用工频变化量比率差动继电器可以有效地解决输电线路的这个老大难问题。
工频变化量分相差动继电器的构成:
工频变化量分相差动继电器的动作特性见下图9。
工频变化量差动继电器的特点:①不受负荷电流的影响。因此负荷电流不会产生制动电流;②受过渡电阻的影响也较小;③在单侧电源线路上发生短路,只要短路前有负荷电流,短路后无电源侧的工频变化量电流也会形成动作电流;
由于上述原因该继电器很灵敏。提高了重负荷线路上发生经高电阻短路时的灵敏度。
3.2 工频变化量阻抗继电器的构成:
用于构成快速的距离ⅰ段
其动作方程为:
工频变化量阻抗继电器的特点:①保护过渡电阻的能力很强,该能力有很强的自适应能力。②由于?驻?砖∑与?驻?砖相位相同,所以过渡电阻附加阻抗是纯阻性的。因此区外短路不会超越。③正向出口短路没有死区。④正向出口短路动作速度很快。保护背后运行方式越大,本线路越长,动作速度越快。⑤系统振荡时不会误动,不必经振荡闭锁控制。⑥适用于串补线路。
南瑞继保公司的rcs931系列保护装置中采用工频变化量距离继电器自适应能力的浮动门槛,对系统不平衡和干扰具有极强的预防能力,因而测量元件能在保证安全性的基础上达到特高速,起动元件有很高的灵敏度而不会频繁起动。由于工频变化量距离继电器动作速度非常快,现场曾有3ms动作出口的记录,因而工频变化量距离i段与纵联电流差保护一起构成线路的主保护。
4 结论
工频变化量保护原理先进、构成简单,便于在微机保护中实现,而且不受负荷电流、非全相运行等方式影响,抗干扰性能非常突出、自适应能力极强,最突出的特点是动作灵敏可靠而速度非常快,在继电保护领域具有很强的竞争优势,是我国继电保护工作者智慧的结晶,体现了我国继电保护的独特风格和先进的技术水平。
参考 文献 :
[1]戴学安.继电保护原理的重大突破综论工频变化量继电器.新技术新产品,1995
[2]沈国荣.工频变化量方向继电器原理的研究.电力系统自动化,1983,7(1).
论文摘要：文章论述了国内外变压器在线监测的基础研究领域近期的 发展 现状，介绍了变压器在线监测涉及的基本概念，以及两种基本的检测方法、局部放电法和变压器油色谱分析法，讨论了这两种方法的机理及性质，同时论述了局部放电模式识别的过程、所采用的各种方法的优缺点，以及变压器油色谱分析法的现状及发展状况。
随着国民 经济 的发展，电力事业迅速增长，装机容量和电网规模日益增大，人们对电力系统中设备的运行可靠性的要求不断提高，在 现代 电力设备的运行和维护中，电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，而且是导致电力系统事故最多的设备之一，它的故障可能对电力系统和用户造成重大的危害和影响。因此国内外一直把电力变压器在线检测与诊断技术作为重要的科研攻关项目，现今大多数运用的技术有局部放电法，和变压器油色?分析法等。
一、变压器在线监测研究现状
（一）变压器局部放电（pd）在线监测
1．原理：变压器故障的主要原因是绝缘损坏，在故障前有局部放电产生，且伴随下列信号：电流脉冲，电波、超声波，c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co等气体，光信号，超高频电磁波。对上述五种信号进行测量，可以确定变压器内部局部放电的严重程度。因此五种信号的监测都有人研究。在这些检测方法中，电流脉冲法是最灵敏的。但是变电站现场电信号的干扰也是比较大的，因此采用常规的电流脉冲法，很难进行测量。超声波法及油中气体分析法现场干扰较少，但超声波法灵敏度低，对于那些深藏在绝缘内部的放电往往检测不到。同时超声波信号的传播时延大多是用电流脉冲信号触发计时器来获得。在现场使用时，局部放电产生的脉冲电流信号，往往淹没于高的干扰脉冲之中而无法分辨，难以触发计时器工作，从而导致监测系统作出错误的判断。
2．方法：（1）差动平衡法：比较进入测量系统的两个信号，一个来自中性点传感器，另一个来自变压器铁芯接地传感器。当变压器内部产生局部放电信号，它在变压器中性点及铁芯接地传感器上，产生两个方向相反的电流脉冲。而当变压器外部存在干扰信号时，他在这两个传感器上产生的电流脉冲方向相同，适当选择频率，对这两个电信号进行比较，就可以对电晕干扰加以抑制。（2）超声波检测法：利用超声波传感器，在变压器外壳上检测局部放电产生的声信号。一方面当变压器内部发生局部放电时，所产生的电流脉冲信号就被检测到，另一方面分布在油箱壁上的几个超声波传感器也会检测到声波信号。但它要比电脉冲延迟某个时间，根据这个延迟时间，就能确定传感器和放电发生点之间的距离，从而确定放电点的位置。（3）电气定位法：利用超声波传播的方向和时间以及放电脉冲在绕组中的传输过程来确定放电位置的定位方法。
（二）变压器油中溶解气体（dga）在线监测
用油中溶解气体气相色谱分析判断变压器内部故障：
1．原理：油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电的现象，使油或纸或油和纸分解产生c2h2，c2h4，c2h6，ch4，h2，co和co2等气体。当故障不太严重，产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。
2．方法及其发展
（1）一般采用常规气相色谱仪进行变压器油率溶解气体的定期检侧，即试验人员到变电站抽取部分脱出气体注入气相色谱仪的进样口，用气相色谱仪检测，输出结果，最后将结果与标准进行比较判断。
（2）为了克服常规油色谱分析法的繁琐而复杂的作业程序，人们研制出了油中气体自动分析装置，即将常规色谱分析仪的脱气和气体浓度检测两部分置于变压器安装现场，在技术上实现自动化分析，显然，这种油色谱自动化分析装置的功能与常规色谱分析法相仿，结构上未发生根本变革，仅是作业程序上实现了自动，从技术 经济 上限制了它的推广应用前景。
（3）人们不得不研究在原理结构上有所变革创新的在线监测装置。在变压器油中溶解气体在线监测装置的研究中，人们首先想到的是在油气分离上作变革，为此采用由仅使气体分子通过的高分子透气膜组成油气分离单元，从而不仅大大简化了油中气体自动分析装置的结构，而且实现了在线监测。
（4）气体检测单元上作出变革，不用复杂的色谱仪，而用气敏传感器对分离气体检测。由于气敏传感器的敏感度与所添加的贵重金属有关，工艺上还很难做到一种气敏传感器对多种气体都具有相同的敏感度，因此，人们最先研究成功的在线监测装置是监测变压器油中的氢气量。由于不论变压器内部故障种类如何，氢气是故障产生气体的主要成份之一，在线监测油中的氢气量就能判断变压器有无异常，然后通过常规色谱分析法来进一步判断故障种类和程度，因此，虽然这种只能判定有无异常而不能诊断故障种类的在线监测装置功能有限，但因其比常规色谱法进了一步而得到了广泛应用。
二、变压器在线监测研究 发展 趋势及研究方向
1．仪器上：发展了光学器件如分红气体分析器，红外气体分析器的特点是能测量多种气体含量。测量范围宽，灵敏度高精度高，响应快，选择性良好可靠性高，寿命长，可以实现连续分析和自动控制。红外气体分析器的工作原理基于吸光度定律（i．amhert-beer定律），从物理特征上可以划分为不分光型、分光型、傅立叶红外（ftir，fourier transform infrared）型以及基于微机电系统（mems micro-electro-mechanical system）技术的微型红外气体分析器。分光型红外气体分析器是利用分光系统从光源发出的连续红外谱中分出单色光，使通过介质层的红外线波长与被测组分的特征吸收光谱相吻合而进行测定的。不分光型红外气体分析器（ndir）指光源发出的连续红外谱全部通过固定厚度的含有被测混合气体的气体层。由于被测气体的含量不同，吸收固定红外线的能量就不同。
2．理论工具上：模糊理论，人工神经 网络 ，专家系统及灰色理论在dga的分析中都有应用。
三、结语
变压器作为发变电系统中重要设备，安装在线监测系统的必要性已渐渐成为电力行业的共识，电力变压器的工作效率代表了电力部门的财政收益，变压器的在线监测提高了运行的可靠性，延缓了维护费用的投入，延长了检修周期和变压器寿命，由此带来的经济效益是非常可观的。电力设备的在线监测技术是今后的发展方向，具有广阔的前景。
参考 文献
[1]徐杰．浅谈电力变压器故障的在线监测 ．技术与市场（上半月）[j]．technology and market，2006，（6）．
[2]游荣文．变压器早期故障在线监测[d]． 全国大中型水电厂技术协作网第二届年会全国大中型水电厂技术协作网第二届年会 论文 集，2005．
