交流智能化（精选9篇）
交流智能化 篇1
摘要：为消除设备运行安全隐患, 华亭煤业集团山寨煤矿在副井提升机安装了1套TKD-SP/GPB型交流智能化双控高压变频电控系统。该系统运行平稳、无启动冲击;矩阵双功率输出变频器可减少电容器充放电引起的高次和多次谐波, 保证了设备的可靠运行, 减少了设备维护费用。
关键词：交流智能化,双控高压变频,谐波
华亭煤业集团山寨煤矿是一座设计生产能力为240万t/a的国有中型煤矿, 副斜井担任着全矿井下物资设备的提升运输任务。该斜井提升长565 m, 坡度21°, 单绳缠绕式提升机滚筒直径3 m。主电机450 k W/6 k V。原电控形式是PLC控制+串电阻调速, 采用电机转子回路投切电阻方式进行调速, 大量的能量消耗在串入定子回路的功率电阻上, 调速不够平稳, 尤其在提升大件设备和材料时容易掉道, 设备运行存在安全隐患。
针对副井提升机电控系统的缺点, 为消除设备运行安全隐患, 该矿对副井提升机电控系统进行了升级改造, 安装了1套TKD-SP/GPB型交流智能化双控高压变频电控系统。
1 系统结构
提升机交流智能化高压变频电控系统由高压真空开关柜、双功率输出的高压变频系统、低压供电系统、控制操作系统等组成 (图1) 。
高压供电单元给双功率输出的变频器提供电源, 变频器1和变频器2由高压真空接触器采用矩阵连接, 通过切换控制变频器功率的互换输出, 给电动机提供工作电源, 达到变频调速目的。
2 系统控制原理
智能化全数字高压变频电控系统设有微处理器, 整个控制功能与调速算法均由软件实现。控制系统与双功率输出的高压变频器通过控制中继转换系统的工作模式, 控制参数确定后就不会改变。其控制输出y (t) 与偏差E (t) 满足:y (t) =k E (t) , 传递函数为G (cs) =y (s) /E (s) =kc (kc为控制器的比例放大倍数) , 比例控制器如图2所示。控制的输入E (t) 与其对应的输出p (t) 如图3所示。
输出函数的图形与输入函数的图形相似, 但幅值放大了K倍, 也就是说比例放大器的输入与输出是一一对应的。如果偏差信号为0, 控制信号也为0。全数字电控系统的应用理论 (PID) 数学式为:
式中, Kc、T、Td分别是比例放大倍数, 积分时间常数、微分时间常数, 即比例、积分、微分3种控制规律的组合。
因此, 控制器具有3种控制规律的优点, 比例作用的特点是控制器的输出和偏差大小成比例, 积分作用特点是能够清除余差, 微分作用特点是控制器的输出与偏差的变化速度成正比, 有超前作用, 能有效克服控制对象的容量滞后。所以控制器的功能较为完善, 控制精度高、工作稳定性好, 在提升机全数字系统中将发挥它的优良作用。
3 系统功能及关键技术
智能化全数字高压变频电控系统采用高性能的CPU和工业计算机控制与监控技术, 完成提升机工作速度和转矩的开环或闭环控制, 形成一套系统工作, 另一套系统在线冷等待。出现故障时转换自适应系统, 退出故障系统, 等待系统工作。
(1) 以双控技术为核心, 采用多PLC可编程控制器并行处理技术, 成功研制出交流双控全数字调速控制系统, 可完成故障时换接。
(2) 针对交流提升机应用矩阵变频器的复杂工况, 提出一种模糊参数自适应PID控制策略, 提高了提升机的控制精度和运行的稳定性、可靠性。
(3) 确立了基于模糊控制提升机传送系统与制动系统协调配合控制算法, 解决开车时因松闸太快导致提升机负重负荷侧突然下坠或操作时松闸太慢提升机受到电流冲击时损坏变频器矩阵功率单元的问题。
(4) 全数字控制系统设有局域网接口和IN-TERNET网络接口, 可实现远程故障诊断和远程故障处理。
(5) 采用内置能量反馈超节能高压矩阵变频器, 消除了IGBT功率组件电容器充放电工作过程中的安全隐患, 排除了高压变频器应用在矿井提升机上的不安全因素。
4 性能特点
TKDG-SP/PB交流智能化双控高压变频电控系统在山寨煤矿副井成功运行已有4年, 充分体现出该电控系统的优异性能。
由于高压变频器具有低频转矩补偿功能, 变频器在很低频率便会产生很大的转矩, 提升机的提升能力大大增强, 彻底解决了运输液压支架等大型设备和材料时存在的安全隐患。另外, 由于交流智能化双控双功率高压变频电控系统的控制系统和功率系统 (1套工作, 另1套系统备用) , 具备电控系统的共用技术条件, 所以当控制系统和变频器出现故障时可快速切换到另一控制系统和变频系统运行, 从而避免了由于提升机控制系统和变频器发生故障对矿井安全生产造成的影响。
5 结语
(1) 节能效果显著, 经现场测算对比理论值为接近50%, 实际去除等速运行、变压器自身损耗之后, 节能效果接近40%。
(2) 该系统运行平稳、无启动冲击, 原用电控切电阻调速、启动时产生很大的机械冲击, 极易使装载重物的矿车掉道, 应用高压双控变频可以实现软启动, 困扰多年的问题迎刃而解。
(3) 智能化双控制变频电控系统可满足煤矿生产的需要, 一旦工作系统出现故障, 即可快速切换, 大大提高了提升机的运行效率。
(4) 矩阵双功率输出变频器减少了由于电容器充放电引起的高次和多次谐波, 提高了电网的质量, 保证了设备的可靠运行, 减少了检修费用。
交流智能化双控高压变频电控系统在山寨煤矿副井提升机的应用取得了很好的效果, 为矿井带来了巨大的安全效益和经济效益。
交流智能化 篇2
1.003-006间断路，各个控制部分失效。2.010-014间断路，副钩电机无论升降总缺一相。3.025-026间断路，起动副钩，制动电磁铁不能动作。4.023-027间断路，副钩电机无论升降总缺一相。5.106-107间断路，按SB钮，KM不能启动。6.120-121间断路，按SB钮，KM不能启动。7.124-125间断路，按SB钮，KM不能启动。8.128-129间断路，按SB钮，KM不能启动。9.102-103间断路，按SB钮，KM不能启动
0.040-045间断路，小车电机无论正反转都缺一相，且制动电磁铁不能动作。11.055-058间断路，大车电机（两个）均缺一相，且制动电磁铁不能动作。12.008-076间断路，按SB钮，KM不能启动。
13.079-080间断路，副钩下降时，启动SB启动KM后，KM不能自锁。14.081-082间断路，按SB钮，KM不能自锁。15.085-086间断路，按SB钮，KM不能自锁。16.111-119间断路，按SB钮，KM不能启动。17.130-132间断路，按SB钮，KM不能启动。18.139-140间断路，主钩电机无论升降均缺一相。19.145-148间断路，主钩下降时电机缺一相。20.139-144间断路，主钩电机制动电磁铁不能得电。21.173-184间断路，主钩控制部分失效。22.177-178间断路，主钩控制部分失效。23.182-183间断路，欠电压保护KV失效。24.198-208间断路，主钩制动及主钩加速失效。25.195-196间断路，主钩电机下降时不能启动。26.204-206间断路，主钩电机上升不能启动。
27.209-215间断路，主钩强力下降时，KM3不吸合，电磁铁不得电。28.221-227间断路，主钩加速时，5R1-5R4不能切除。29.217-218间断路，主钩5R6不能切除。30.224-225间断路，主钩5R5不能切除。
31.229-247间断路，从强力下降回档到制动下降时，KM9不能得电吸合。
32.235-236间断路，主钩加速时，5R1-5R3不能切除。
机床使用说明书（半实物）
通路为源1→ KM(自锁触头)→SA1-6→SA2-6→ SQ1→SQ3→SA3-6→KM(自锁触头)→SQe→SQd→SQc→SQ4→KA0→KA1→KA2→KA3→KA4→KM(线圈→ 电源2)
(二)凸轮控制器的控制
桥式起重机的大车、小车和副钩电动机容量较小，一般采用凸轮控制器控制。现以大车为例，说明控制过程。由于大车为两台电动机同时拖动，故大车凸轮控制器SA3比SA1及SA2多了五副转子电阻控制触头，以供切除第二台电动机的转子电阻用。由图可以看出，大车凸轮控制器SA3共有11个位置，中间位置是零位，右边五个位置，左边五个位置，控制电动机M3和M4的正反转（即大车的前进和后退）。四副主触头控制电动机M3和M4的定子电源，并实现正反转换接（V2-3M3、4M1,W2-3M1、4M3;V2-3M1、4M3,W2-3M3、4M1）。10副传子电阻控制触头分别切换电动机M3和M4的转子电阻3R和4R。另有三副辅助触头为联锁触头，其中SA3-
5、SA3-6为电动机正反转联锁触头，SA3-7为零位联锁触头。操作过程：当合上电源总开关QS1，按启动按钮SB使主接触器KM线圈获电运行。
扳动凸轮控制器SA3操作手柄向后位置1，主触头V2-3M1、4M1接通，正反转联锁触头SA3-6接通，SA3-5断开，SA3-7断开，电动机M3、M4接通三相电源，同时电磁铁YA3、YA4获电（指示灯亮），使制动器放松，此时转子回路中串联着全部附加电阻，故电动机有较大的启动转柜、较小的启动电流，以最低速旋转，大车慢速向后运动。
扳动凸轮控制器SA3操作手柄向后位置2，转子电阻控制触头3R5、4R5接通，电动机M3、M4转子回路中的附加电阻3R、4R各切除一段电阻，电动机转速略有升高。当手柄置于位置3时，控制触头3R4、4R4接通，转子回路中的附加电阻又被切除一段，电动机转速进一步升高。这样凸轮控制器SA3手柄从位置2循序转到位置5的过程中，控制触头依次闭合，转子电阻逐段切除，电动机转速逐渐升高，当电动机转子电阻全部切除时，转速达到最高速。当凸轮控制器SA3操作手柄扳至向前时，通过主触头将电动机电源换相，主触头V2-3M3、4M1接通，W2-3M1、4M3接通，电动机反方向旋转。另外正反转联锁触头SA3-5接通，SA3-6断开，SA3-7断开，其他工作过程与向后完全一样。
由于断电或操作手柄扳至零位，电动机电源断电，电磁铁线圈断电，制动器将电动机制动。小车和副钩的控制过程与大车相同。
（三）主令控制器的控制
主钩运行有升降两个方向，主钩上升控制与凸轮控制器的工作过程基本相似。区别在于它是通过接触器来控制的。
主钩下降时与凸轮控制器的动作过程有较明显的差异。主钩下降有六挡位置。“J”、“1”、“2”挡为制动下降位置，防止在吊有重载下降时速度过快，电动机处于反接制动运行状态。“3”、“4”、“5”挡为强力下降位置，主要用于轻负载时快速强力下降。主令控制器在下降位置时，六个档次的工作情况如下：
合上开关QS1（1区）、QS2(9区)、QS3（13区）接通主电路和控制电路电源，主令控制器手柄置于零位，触头S1(13区)处于闭合状态，电压继电器KV（13区）线圈获电动作，其常开触头KV(14区)闭合自锁，为主钩电动机M5启动控制做好准备。1.手柄扳到制动下降
位置“J”档
机床使用说明书（半实物）
主令控制器SA4常闭触头S1断开，常开触头S3、S6、S7、S8闭合，接触器KM2线圈获电吸合，常开主触头KM2闭合，电动机M5定子绕组通入三相正相序电压，电动机M5产生的电磁转矩为提升方向。另外，常开辅助触头KM2闭合自锁，常闭辅助触头KM2断开联锁，常开辅助触头KM2闭合，为制动KM3线圈获电作好准备；接触器KM4、KM5线圈获电吸合，常开触头KM4、KM5闭合，转子电阻5R6、5R5被切被，转子回路中还接入四段电阻。此时，尽管电动机M5已接通电源，但由于主令控制器的常开触头S4未闭合，接触器KM3线圈不能获得，故制动电磁铁YA5、YA6线圈也不能获电，制动器未释放，电动机M5仍处于抱闸制动状态，迫使电动机M5不能启动旋转。
这种操作常用于主钩上吊有很重的货物或工件，停留在空中或在空间移动时，因负载很重，防止抱闸制动失灵或打滑，所以使电动机产生一个向上的提升力，协助抱闸制动克服重负载所产生的下降力，以减轻抱闸制动的负担，保证运行安全。
2.手柄扳到制动下降位置“1”档
当主令控制器手柄扳至“1”档时，除“J”档时的S3、S6、S7仍闭合，接触器KM2、KM4线圈仍获得吸合外，另有常开触头S4闭合，接触器KM3线圈获电吸合，常开主触头KM3闭合，电磁铁YA5、YA6线圈获电动作，电磁抱闸制动放松，电动机M5得以旋转。常开触头KM3闭合自锁，并与常开辅助触头KM1、KM2并联，主要保证电动机M5正反转切换过程中电磁铁YA5、YA6有电，处于非制动状态，这样就不会产生机械冲击。
由于触头S8的分断，接触器KM5线圈断电释放，此时仅切除一段转子电阻5R6，使电动机M5产生的提升方向的电磁转矩减小。若此时负载足够大，则在负载重力下电动机作反向（下降方向）旋转，电磁转矩成为反接制动力矩迫使重负载低速下降。
3.手柄扳到制动下降位置“2”档
此时主令控制器触头S3、S4、S6仍闭合，触头S7分断，接触器KM4线圈断电释放，附加电阻全部接入转子回路，是电动机向提升方向的电磁转矩又减少，重负载下降速度比“1”档时加快。这样，操作者可根据重负载情况及下降速度要求，适当选择“1”档或“2”档作为重负载合适的下降速度。
4.手柄扳到强力下降位置“3”档
此档主令控制器触头S3分断S2闭合，因为“3”档为强力下降故上升限位开关SQa失去保护作用，控制电源通路改由触头S2控制。触头S6分断，上升接触器KM2线圈断电释放。触头S4、S5、S7、S8闭合，接触器KM1线圈获电吸合，电动机电源相序切换反向旋转（向下降方向），常开辅助KM1闭合自锁，常闭辅助触头KM1断开联锁。同时接触器KM4、KM5线圈获电吸合，转子附加电阻5R6、5R5被切除，这时轻负载便在电动机下降转矩作用下强制下落，又称强力下降。
5.手柄扳到强力下降位置“4”档
主令控制器的触头S2、S4、S5、S7、S8、S9闭合，接触器KM6线圈获电吸合，转子附加电阻5R4被切除，电动机转速进一步增加，轻负载下降速度变快。另外，常开辅助触头KM6闭合，为接触器KM7获电作准备。
6.手柄扳到强力下降位置“5”档
此档主令控制器触头S2～S12全闭合，接触器KM7～KM9线圈依次获电吸合，转子附加电阻5R3、5R2、5R1依次逐级切除，这样可以防止过大的冲击电流，同时使电动机旋转速度逐渐增加，待转子附加电阻全部被切除后，电动机以最高转速运行，负载下降速度也最快。此档若负载重力作用较大
机床使用说明书（半实物）
使实际下降速度超过电动机同步转速时，由电动机运行特性可知，电磁转矩由驱动转矩变为制动转矩，即发电制动，能起到一定的制动下降作用，保证下降速度不致太高。
桥式起重机在实际运行中，操作人员要根据具体情况选择不同的运行位置和档位。比如主令控制器手柄在强力下降位置“5”档时，因负载重力作用太大使下降速度过快，虽有发电制动控制高速下降仍很危险。此时，就需要把主令控制器手柄扳回到制动下降位置“2”或“1”档，进行反接制动控制下降速度。为了避免在转换过程中可能发生过高的下降速度，在接触器KM9电路中常用辅助常开触头KM9自锁。同时，为了不影响提升的调速，在该支路中再串联一个常开辅助常开触头KM1。这样可以保证指主令控制器手柄由强力下降位置向制动下降位置转换时，接触器KM9线圈始终都有电，只有手柄扳至制动下降位置后，接触器KM9线圈才断电，在主令控制器SA4触头开合表中可以看到，强力下降位置“4”、“3”档上有“0”的符号便是这个意义。表示当手柄由“5”档向零位回转时，触头S12接通。否则，如果没有以上联锁装置，在手柄由强力下降位置向制动下降位置转换时，若操作人员不小心，误把手柄停在了“4”或“3”档上，那么正在高速下降的负载速度不但不会得到控制，反而使下降速度更为增加，可能造成恶性事故。
另外，串接在接触器KM2支路中的常开触头KM2与常闭触头KM9并联，主要作用当接触器KM1线圈断电释放后，只有在接触器KM9线圈断电释放的情况下，接触器KM2线圈才允许获电并自锁，这就保证了只有在转子电路中保持一定的附加电阻前提下，才能进行反接制动，以防止反接制动时造成直接启动而产生过大的冲击电流。
四、M1720平面磨床故障现象
1.150-153间断路所有电机全部缺一相、变压器缺一相控制电路失效。2.173-188间断路砂轮升降电动机缺一相、变压器缺一相控制电路失效。3.191-192间断路砂轮电机缺一相。
4.211-217间断路变压器缺一相控制电路失效。5.215-216间断路砂轮升降电机缺一相。6.221-222间断路变压器缺一相控制电路失效。
7.005-028间断路控制变压器缺输出断路，控制电路失效，照明显示电路能正常工作。8.010-011间断路控制变压器缺一相，控制电路失效，磁台、照明显示电路能正常工作。9.015-025间断路工作台往返KM1不能自锁。10.024-027间断路工作台往返KM1不能启动。11.013-031间断路工作台KM1能动作其它控制均失效。12.033-043间断路工作台往返KM2不能自锁 13.036-037间断路工作台往返KM2不能启动。14.027-042间断路工作台往返KM2不能启动。15.047-048间短路合上机床电源砂轮电机就启动。16.048-049间断路砂轮、冷却电机不能启动。17.058-059间断路砂轮升降电机上升控制失效。18.060-061间断路砂轮升降电机上升控制失效。
19.009-090间断路磁台电桥整流无交流电源输入磁台失效，机床操作控制全部失效。20.064-065间断路砂轮升降电机下降控制失效。21.063-071间断路磁台不能启动。22.076-077间断路磁台不能充磁。
23.079-080间短路合上机床电源磁台就处于去磁状态。24.082-083间断路磁台不能去磁。
25.086-087间断路KA继电器不得电，控制电路失效。26.092-093间断路KA继电器不得电，控制电路失效。27.099-103间断路充去磁控制时磁台都不能得电。28.106-107间断路去磁控制时磁台不得电。29.111-141间断路SQ2接通时，照明灯不能亮。30.088-089间断路KA继电器不得电，控制
四、M1720平面磨床故障现象
1.150-153间断路所有电机全部缺一相、变压器缺一相控制电路失效。2.173-188间断路砂轮升降电动机缺一相、变压器缺一相控制电路失效。3.191-192间断路砂轮电机缺一相。
4.211-217间断路变压器缺一相控制电路失效。5.215-216间断路砂轮升降电机缺一相。6.221-222间断路变压器缺一相控制电路失效。
7.005-028间断路控制变压器缺输出断路，控制电路失效，照明显示电路能正常工作。8.010-011间断路控制变压器缺一相，控制电路失效，磁台、照明显示电路能正常工作。9.015-025间断路工作台往返KM1不能自锁。10.024-027间断路工作台往返KM1不能启动。11.013-031间断路工作台KM1能动作其它控制均失效。12.033-043间断路工作台往返KM2不能自锁 13.036-037间断路工作台往返KM2不能启动。14.027-042间断路工作台往返KM2不能启动。15.047-048间短路合上机床电源砂轮电机就启动。16.048-049间断路砂轮、冷却电机不能启动。17.058-059间断路砂轮升降电机上升控制失效。18.060-061间断路砂轮升降电机上升控制失效。
19.009-090间断路磁台电桥整流无交流电源输入磁台失效，机床操作控制全部失效。20.064-065间断路砂轮升降电机下降控制失效。21.063-071间断路磁台不能启动。22.076-077间断路磁台不能充磁。
23.079-080间短路合上机床电源磁台就处于去磁状态。24.082-083间断路磁台不能去磁。
浅谈智能型交流接触器 篇3
智能交流接触器内置的专用微处理器通过对三相主回路、线圈控制回路的电压、电流信号的采集、处理，动态地优化了接触器的吸合、保持及分断等操作过程，实现了无弧、少弧分断控制，同时兼容了电动机保护器对电动机工作状态的监控及常规接触器与热继电器组合而产生的过载和断相保护功能。目前，大容量的交流接触器已普遍采用电子和智能控制，特别是带反馈系统的智能交流接触器大幅提高了电寿命及其他性能。此外，电接触理论近期提出的触头零电弧侵蚀的新机理，也为接触器的智能分断提供了新的理论依据。单一智能化低压电器产品还不能充分发挥智能化的优势，只有将其与计算机联网才能将其特点全部发挥出来。然而以往的通信方式由于结构复杂、安装维护麻烦，难以在电器领域中推广，而现场总线技术的出现正好解决了该问题，它通过一根总线以串行方式将现场设备与上位机连起来，使系统的结构大为简化，同时也在很大程度上降低了系统安装、调试及维护的成本。多台智能接触器组成接触器阵列，与一台或多台现场监控计算机连接成局域网，并可通过Internet与远程计算机连接。以现场监控计算机为服务器，远程监控计算机作为客户机通过Modem登录现场网络，实现对现场智能接触器的管理。目前，实现低压电器双向通信将成为第四代低压电器的主要技术特征，随着现场总线技术应用于新型智能交流接触器中，使之能够简单地通过一根总线以串行方式与主机相连，通信能力和可靠性都得到了很大的提高，同时为简化系统结构，节约硬件设备创造了条件，因此具有较大的发展空间。新一代可通信交流接触器将成为智能交流接触器的主要发展方向。
交流接触器的吸合过程是一个动态过程，其动、静触点的吸合速度与线圈电压、电源合闸相角之间的关系变化复杂。因此在整个线圈工作范围内和所有合闸相角下，很难保证吸合过程中吸力与反力特性达到最佳动态配合。在这种情况下，动、静铁心闭合时会发生碰撞，引起触点的二次振动。二次振动不仅加速了触点磨损，而且可能产生触点熔焊，影响接触器工作可靠性和电寿命。如将传统的交流接触器与晶闸管开关电路组合而成混合式交流接触器，这种开关电路接通与分断的转换由晶闸管来执行，而接通状态的保持仍由接触器来承担，因而具有无弧、动作时间快、操作频率高、电器寿命长和无噪声等一系列优点。但同时也有过载、过压能力低，主回路压降损耗大，必须附加散热装置及保护装置等不足之处。
将微处理器和计算机技术引入交流接触器，使交流接触器有了智能化的功能，可以完全克服传统的交流接触器和混合式交流接触器的上述缺陷，提高工作性能指标。智能化交流接触器具有设置简单、使用可靠、节能控制、在线更改设置和显示功能。单片机在接到闭合和分断指令时，可以最佳的分断、闭合相角控制三个触点进行分断与闭合，减少火花能量。智能化交流接触器在工业、煤矿、农业等领域有着广泛的应用前景。目前，我国工矿企业中电力拖动与控制的继电器—接触器系统中的接触器均为机械非智能型的，一般为交流吸合、交流吸持和随机分断。分断过程一旦发生，必然有电弧产生，分断过程的唯一要求就是在时间允许的前提下使电弧总能量最小。对于单相电磁电路，触点通断的最佳时刻应该是主电路电流过零之时；而对于三相电磁电路来讲，如能实现轮流控制三个触点的过零分断，就可以使三相电弧的总能量最小，并使它们有相同的电器使用寿命，从而达到将交流接触器智能化的目的。
总之，在新技术的带动下，交流接触器正向着优异的性能、安全化的使用、艺术化的外形、节能环保的方向发展，以更高的水平来满足市场的需要。
[参考资料]
1.许志红 张培铭《智能交流接触器的研究》[J]（《低压电器》1998）
2.张培铭 郑 昕《新型智能混合式交流接触器》[J]（《低压电器》2001）
3.陈德桂《低压电器最新技术发展动态》（《中国电工技术学会低压电器专业委员会第十二届学术年会论文集》[C]中国广东 2005.1-6）
（作者单位：郑州市技师学院）
交流智能化 篇4
本次技术交流会得到了驻京部队医院信息中心主任联谊会、宁波意欧迅网络通信有限公司、上海快思聪电子科技有限公司、北京泰豪智能工程有限公司的大力支持。
意欧迅——让用户轻松管理综合布线
宁波意欧迅网络通信有限公司米澎首先向与会嘉宾展示了公司制作的视频动画——布线管理的黑暗时代, 动画客观、形象地展示了运维人员在没有电子配线架的结构化布线工作中, 所遭遇到的各种操作窘境。引起与会嘉宾的共鸣, 并了解到电子配线架在布线管理系统中的重要性和必要性。并围绕公司在布线管理理论方面成果——智能布线系统六阶管理策略, 向与会嘉宾做了汇报。一阶策略完全由软件对综合布线智能化管理, 通过软件规其工作流程。二阶策略是由硬件配合软件来管理综合布线系统, 实现对每一个配线架上的端口进行实时智能导航, 方便工程师进行操作。三阶策略是使用光口指引功能, 每一个配线架的端口可以进行实时监测跳线的插拔。四阶策略实现了链路监测功能, 采用专用跳线可在软件端实时监测每一条链路信息。五阶策略实现了对链路、端口同时监测, 高效、真实的反馈现场工作情况, 并在软件端实时模拟出管理区所有机柜、配线架及跳线的工作场景。六阶策略可实现对永久链路的管理, 涉及到水平链路和干线。
意欧迅网络通信有限公司拥有12大系列电子配线架解决方案, 其中四种已投产。在12大系列解决方案中, 意欧迅自营的魅影、知音系列电子配线架支持一阶到五阶的管理策略, 可通过软硬件配合, 对已建布线系统进行快速升级, 实现了用户需求、基础结构、配置信息、标识信息、工作流、事件信息、组网设备、终端设备、固定资产、财务信息、软件自举等工作, 使操作管理更加轻松。
快思聪——整合系统实现平台化管理
在医疗行业, 企业分高清手术室、手术观摩指挥系统、3D高清应用、多媒体教学等应用;在后勤方面, 我们针对多媒体会议系统来做集中的控制和管理, 包括学术报告厅、多功能厅等;我们还有整体的手术室解决方案, 当然这跟医疗设备并不冲突, 主要包括手术过程中所应用到的摄像头的画面, 经统一采集后, 将实时高清手术室内的画面传送到远程的教室中, 进行手术教学。
在教学环境下, 教室中设有一些声、光、电等设备, 包括一些高清的投影机、电视等, 我们会配置一套智能控制系统将所有设备进行合理搭配, 并通过触摸屏进行操作, 实现所有模式的联动。
后端的管理包括会议管理、教学管理甚至于手术室管理, 都可以用多房间管理软件将其集成并进行操控, 该软件可以采集到每一个教室、会议室甚至手术室的使用情况, 比如手术室的占用情况、设备的开启或停机的状态, 也可远程关掉设备, 达到能源的节约和管理。
在灯光控制管理中, 通常看不到隐性的耗能量数据, 针对这种状况, 快思聪有灯控的模块及产品, 并在灯光控制器中配置能源管理芯片, 这样便可获取电压电流的状态及有效数据, 再将数据整合到后台管理中心统一计算, 这样就可以算出每天、每周、每年甚至数年之内节约的能源有多少。
综上所述, 快思聪在医疗行业从应用层面上分为两大块, 一是医疗方面, 主要包括手术室实时监控和整个手术室的管理, 二是远程教育方面。快思聪一直在做一件事, 就是整合所有子系统, 统一在快思聪的操作平台中进行管理, 使系统达到平台化管理。
泰豪——把需求真正落实到施工建设上
泰豪集团有限公司是在江西省和清华大学“省校合作”大背景下发展起来的一家投资性控股集团公司, 它面向高新技术进行资本运作和投资监管, 下设智能建筑本部、电机产业本部、软件产业本部、军工产业本部。自创立以来, 公司始终秉承“自强不息、厚德载物”的清华校训精神, 坚持走“承担、探索、超越”的创业之路, 积极实践“技术+资本”的发展模式。
泰豪公司总部设在北京, 从2005年至2012年连续荣获国内“十大建筑品牌”、北京市优秀建筑企业奖;2002年至今共获12个鲁班奖, 在整个业内首屈一指。我们遵从顶层设计分步实施的理念, 希望在施工之前就能参与到整个设计过程当中, 泰豪不仅有专业的弱电团队, 还有7大产业园区, 13家分公司, 覆盖全国各地, 提倡做“节能、智能”工程项目。
在医院方面, 全国各地有许多成功的案例, 目前在北京参与多家医院的前期设计, 南京军区总医院、西南军医院的外科大楼等, 我们都在做一些智能化的建设。泰豪为客户进行综合的服务, 能够把客户的需求真正的落实到施工建设上。
徐晋平——医院智能化建设的最大变化
智能化随着近年来的发展, 在医院的建设中主要呈现出以下现象:
(1) 医院综合布线不能忽视医疗设备。
(2) 无线终端在医院中得到广泛应用。
(3) 医院安防摄像头需求量越来越大。
(4) 医院全数字、全高清得到广泛应用。
(5) 全数字视频监控系统应注重兼容性。
(6) 一体化与以前的弱电智能化应该有所区别。
(7) 医院预算成本越来越大, 建设规模越来越大, 智能化需求越来越大。
(8) 医院智能化大量应用分项计量, 降低能源消耗。
(9) 医院IT技术得到大量应用, 但存在最大的问题是没有相关部门进行专门管理。
互动——分清责任才能够做到有效管理
在互动的环节中, 解放军261医院聂哲主任就安防、医疗能否共用一套网络来解决以及会带来什么问题展开了激烈的讨论, 中国勘察设计协会工程智能设计分会副秘书长徐晋平说, 在技术上两者是一样的, 完全可以放在一起, 但是问题在于如何保证带宽, 现在智能化中出现一个概念, 叫做智能网。另外, 需将计算机网与弱电网分开, 进行逻辑隔离, 由于这两个网络存在多个部门来管理, 这其中就存在责任界限划分等问题。聂主任说, 安防监控归保安管理, 医疗安全监控归护士站管理, 事实上视频图像也是这么区分的, 如果将两者合并, 这样设备会有所减少, 投资也会减少, 这样做是否可行。徐副秘书长给出的建议还是分开使用并举例来说明, 如果在100个摄像头之内, 分别以50为一组做两套设备, 摄像头的数量不变, 而所省下的投资其实也只是网络设备的钱, 这样做的可行性不高, 但无论怎么做, 运行当中的责任一定要分清, 这样才能做到有效管理。
结束语
变电站用智能交流电源屏探讨 篇5
1站用交流屏现状及存在的问题
1.1传统站用交流屏使用固定式结构、GCK或GCS柜型, 与变电站电度表屏、继电保护屏等柜型存在不一致, 且这些结构都没有透明巡视门, 一方面在使用维护上不方便, 容易造成误操作;另一方面使控制室排列、颜色, 甚至柜体高度都不统一, 影响美观。
1.2馈线开关采用固定式, 开关是并排安装, 在施工阶段, 造成用户外引电缆接线比较困难, 为了解决这个问题采用一次端子将出线引至柜后的方式, 一定程度上缓解这个问题, 但是无法从根本上给客户带来方便, 且增加了故障点。在后期维护时, 由于开关相互之间没有隔离措施, 分隔形式较低, 在某一个回路出现故障时无法避免故障的扩散, 对保障供电可靠性不利, 且开关出现故障时检修开关需要整段母线停电, 停电范围较大, 施工时间长。
1.3部分变电站进线采用熔断器负荷开关作为保护元件, 一方面在站用变压器容量较大时, 由于熔断器负荷开关的尺寸较大, 造成一次回路铜排工艺复杂, 柜体尺寸较大, 给后期使用和维护带来不便 (图1) ;另一方面可能出现熔断器缺相的问题。同时, 熔断器负荷开关的附件比较单一, 不利于监控设备的远控和信号采样。
1.4部分变电站将站用电源监测和ATS自动转换开关控制使用两种控制元件, 不利于两个控制单元之间的信息交换, 接线和维护复杂, 再加上部分ATS控制器中使用故障代码报错, 在出线故障时, 现场检修人员很难判断故障点, 给快速排除故障带来困难。1.5部分变电站站用变压器零序电流保护未闭锁380V备自投, 在馈线小电流接地故障引起站用变压器零序电流保护误动作时, 380V备自投切换到另一电源, 引起另一站用变压器零序电流保护误动作, 将造成全站失电。采用固定插拔式安装, 同时具备抽出式检修方便、固定式接触性能好的优点。安全隔离小室, 每个馈线单元相对独立, 具有防止故障蔓延的功能。柜体结构分为功能小室、母线室和电缆室, 并互相隔离。馈线单元标准化, 预留空间大, 扩充方便快捷。电缆上下进出十分方便。
2新型站用交流屏的分析
2.1新型站用交流屏在柜体结构上采用新型材, 柜架轻巧, 组合方便, 从柜体尺寸、结构等与控制室其它柜体 (站用电度表屏、站用继电保护、, 直流屏) 协调一致;带透明巡视门, 外形美观, 且便于监测电气元件运行状态。
2.2馈线断路器目前还普遍采用固定安装式结构, 在外引电缆和防止故障扩散上还存在问题, 固定式开关是并排安装, 相互之间没有隔离措施, 检修开关需要整段母线停电。有可能会因某一段线路问题造成整段母线馈线全部损毁。抽屉式结构可以使每一回路独立隔离, 更换较方便, 但由于抽屉机械结构复杂, 容易出现卡死、操作不灵活的现象, 抽屉备用件比较多, 造成现场维护的困难。珠海500KV国安变电站用使用固定分隔式结构 (图二) , 采用3型分隔形式可以保护在配电柜内工作的人员防止触及到相邻的功能单元, 以限制故障 (电弧, 小东西如螺丝、工具等) 在功能单元之间的传播。固定分隔式具有以下优点:
2.3站用智能电源屏通常采用熔断器负荷开关或断路器作为保护元件。熔断器的线性保护性能好, 但是体积较大, 大容量的熔断器负荷开关需要电源屏尺寸较大, 且铜排的制作复杂, 熔断器有断相的可能, 如果出现熔断器熔断, 更换时间较长, 不利于变电站的正常运行。同容量的断路器比熔断器负荷开关体积小, 且不会出现缺相, 有多种脱扣器选择, 容易实现级联保护, 有多种结构形式, 且附件多, 可实现远控、监控、通讯, 方便安装更换, 铜排制作方便, 节省成本, 维护周期短等优点, 已越来越被客户和设计者认可。
2.4新型站用交流屏监控单元的出现使站用交流屏的控制和监控方式做出了根本改变, 采用ATS自动转换开关和智能监测与控制技术, 实现电气和机械双闭锁, 从根本上保证了电源的安全可靠切换。同时, 可方便接入综自系统中, 实现“四遥”功能。完全满足变电站无人守值的需要, 为变电站提供安全、可靠的电源。
2.5站用变压器零序电流保护是否闭锁380V备自投问题
站用变压器零序电流保护放在变压器低压侧中性线上, 站用变压器零序电流保护其整定必须躲过最大不平衡电流, 即25%额定负荷电流, 难以反应小电流类故障, 等到故障扩大到大电流时往往造成火灾等大事故。而正常情况下, 负荷不平衡度达不到最大不平衡电流, 即使零序电流大于整定值, 保护也不会动作。同时如果站用变压器零序电流保护未闭锁380V备自投。在馈线小电流接地故障引起站用变压器零序电流保护误动作时, 380V备自投切换到另一电源, 引起另一站用变压器零序电流保护误动作, 将造成全站失电。接地故障电流相比开关额定电流倍数不足以瞬时跳闸, 引起站用变压器零序电流保护误动作。但站变零序保护动作不闭锁380V备自投, 致使380V备自投将故障切换到另一站用变压器, 引起另一站用变压器零序电流误动作, 最终全站失电。站用变压器零序电流保护是否闭锁380V备自投的问题对变电站供电可靠性提出了挑战, 解决办法增加式在站用变压器零序电流保护闭锁380V备自投设计 (如图) 。在一测电源出现接地故障时, 将外部脱扣信号输送给监控单元, 经过监控装置判断, 闭锁投切回路并报警, 可有效避免事故扩大。
3结束语
总之, 站用交流电源系统在变电站电源系统中的作用举足轻重, 是保障电力正常供应的重要环节。通过近几年的发展, 站用电源系统已经有了很大的完善和进步, 加大加快在站用电源系统中使用可靠的新设备, 新技术不容犹豫, 特别是在各供电局对停电率的考核上日益看重, 新型站用电源系统已经成为主流产品, 同时母线不打孔技术、交直流一体化系统技术等新技术新课题的不断出现, 结构紧凑、安装快捷、使用安全、外形美观的新型站用交流电源屏已经向其他配电部门延伸, 对供电可靠性有着不可估量的现实意义
摘要：变电站交流电源系统是保证变电站安全可靠地输送电能的一个必不可少的环节, 如何保证系统的可靠运行是保证变电站正常工作的重要任务之一。作为站用交流系统重要组成部分的380V低压配电屏随着新设备、新技术、新工艺不断地使用, 站用交流电源系统已从原来的结构单一、操作维护复杂、检修时间长、不智能的模式中走出来, 实现了与变电站自动化系统的接入, 完全满足变电站无人值守的要求, 不仅为变电站提供了安全可靠的电源, 还在人性化、美观化的道路上不断前进。
关键词：站用交流电源,智能屏,固定分隔式
参考文献
[1]S.00.00.05/Q102-0006-0903-5205, 广东电网公司变电站站用交流电源系统技术规范.广东电网公司, 2009.
[2]唐宏德.220KV变电站站用电设计的优化[J].上海电力, 2001, (3) :44-45.
智能数字交流毫伏表的设计与实现 篇6
和以往的有效值测量技术不同, 真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实有效值, 它不是采用整流加平均的测量技术, 而是采用信号平方后积分的平均技术。采用AD736来简化仪器的设计, 增加信号测量品种, 并且灵敏度、精确度也大大改善。本智能数字毫伏表能够对频率为20Hz-1MHz、幅值为1MV-300V的交变电压进行测试。并具有自动调零、自动过载报警、自动量程切换、自动单位换算、数码显示等特点。
1 系统硬件设计
1.1 硬件设计框图
本智能毫伏表的主要硬件框图如图1所示:被测信号通过信号的衰减→可编程增益放大 (PGA) →AD736转换器→8031→数码显示。
1.2 单元电路设计
1) 衰减电路设计
真有效值智能毫伏表主要功能是测量不同的电压, 而且要求测量的电压值范围很宽, 从1MV~300V的直流、正弦交流电压, 最大与最小之比达到10000000个数量级。为此选用双四选一的多路模拟选择开关CD4052联合可编程放大器来实现量程的变换, 即在测量时对被测电压进行先衰减后放大。
2) 放大电路设计
本毫伏表测量的电压范围很宽, 要进行量程变换。在以往的仪器中均采用手动切换, 而在本设计中选用了可编程放大器 (PGA) 和单片机加上少量的软件, 来实现自动量程变换。可编程放大器采用的是数字可编程增益放大器SFM004。它由运算放大器、高精度电阻网络和数字可编程开关网络组成。具有低输入偏置电压、高输入阻抗、高精度增益、功耗低等特点。
3) AC/DC转换电路设计
在本设计中模拟信号数字化处理的关键是首先要实现信号从模拟电压到N位数字量的转换, AD736转换器即是实现这一功能的器件。AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好 (满量程为200MVRMS) 、测量速率快、频率特性好 (工作频率范围可达0~460KHz) 、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低 (最大的电源工作电流为200μA) 。用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±0.3%。
4) 主控芯片8031设计
主控系统是本设计的两个重要组成部分之一, 主控系统芯片的选取决定了设计仪器的测量质量和其性价比, 在本设计中选取了8031作为本设计的主控芯片。
8031是用静态逻辑来设计的, 其工作频率可下降到0Hz, 并提供两种可用软件来选择的省电方式———空闲方式和掉电方式。在空闲方式中, CPU停止工作, 而RAM、定时器计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中, 片内钟振荡器停止工作, 由于时钟被“冻结”, 使一切功能都暂停, 只保存片内RAM中的内容, 直到下次硬件复位为止。
5) 显示电路设计
选用由发光二极管组成的七段数码显示器。
2 系统软件设计
2.1 软件设计思想
软件设计研制的过程包括问题的定义、软件结构的设计、建立数学模型、绘制程序流程图、编写程序。
软件方面的设计包括编写、运行、调试PC机的汇编语言以及单片机的汇编语言程序, 需要使用汇编语言、C语言等高级语言。本设计里采用Debug来编程, 而单片机的汇编采用伟福仿真软件来编程应用系统软件的设计。单片机的软件设计是在裸机条件下开始设计的, 而且随应用系统的不同而不同。
下图2给出了软件设计的整体思路结构框图:
本系统的软件设计包括以下几个模块:清零、初始化、数据采样、调取数据子程序、调数据处理子程序、数据采样完、显示。
初始化
程序设计第一步就是对单片机进行初始化, 本设计中单片机初始化包括:关看门狗、外部晶振设置、串行口初始化、多路选择开关设置。
关看门狗
下面的代码段说明禁止WDT的过程:
写0xDE和写0xAD必须发生在4个时钟周期之内, 否则禁止操作将被忽略。在这个过程期间应禁止中断, 以避免两次写操作之间有延时。
外部晶振设置
使用晶体或陶瓷谐振器作为MCU的外部振荡器源, 应选择外部振荡器频率控制值 (XFCN) 。
当外部晶体振荡器稳定运行时, 晶体振荡器有效标志 (OSCXCN寄存器中的XTLVLD) 被硬件置‘1’。XTLVLD检测电路要求在允许振荡器工作和检测XTLVLD之间至少有1ms的启动时间, 在外部振荡器稳定之前就切换到外部振荡器可能导致不可预见的后果。过程为:
允许外部振荡器
等待至少1ms
查询XTLVLD‘0’=>’1’
将系统时钟切换到外部振荡器
多路选择开关设置
当多路选择开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应允许位被设置为逻辑‘1’时, 多路选择开关将端口引脚分配给外设。如果一个数字外设的允许位不被设置为逻辑1, 则其端口将不能通过器件的端口引脚被访问。当选择了串行通信外设, 即SMBus、SPI或UART时, 交叉开关将为所有相关功能分配引脚。
因为可编程增益放大器SFM004的寄存器影响了多路选择开关, 所以它们通常在外设被配置前由系统的初始化代码配置, 一旦配置完毕将不再对其重新编程。
2.2 系统程序流程图
经过以上分析, 主程序流程图如图3所示。
中断子程序流程图和显示子程序流程图如图4所示。 (上接第194页) 3结论
通过以上的设计和测试, 该毫伏表具有能够对频率为20Hz-1MHz、幅值为1MV-300V的交变电压进行测试。并具有自动调零、自动过载报警、自动量程切换、自动单位换算、数码显示、体积小和操作方便等特点。通过实践测试该毫伏表设计性能可靠, 达到实现资源最简和高测量的性价比的目的。与传统的毫伏表相比灵敏度、精确度也大大改善。
摘要：本文介绍的智能数字交流毫伏表是针对传统测量仪表采用平均值转换法来对遇到大量的非正弦波测量存在着较大的理论误差而设计的。为了实现对交流信号电压有效值的精密测量, 并使之不受被测波形的限制, 采用了真有效值转换技术, 即不通过平均折算而是直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号。
关键词：真有效值,智能毫伏表,程序,可编程放大器
参考文献
[1]张友德, 赵志英, 涂时亮.单片机原理、应用与实验[M].复旦大学出版社.
[2]张康敏.电子线路[M].中国广播电视出版社.
[3]何立民.单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社, 1990, 1.
[4]真有效值ACDC转换器AD736及其在RMS仪表电路中的应用[OL].维普资讯网.
交流智能化 篇7
此次交流会上, 北京北航天华时代科技 (集团) 有限公司智能建筑事业本部副总工程师李一德先生首先给大家讲述了“北航天华资源管理系统在行业中的应用与发展”, 北航天华资源管理系统是在多年行业应用中积累下来的综合智能化集成管理平台。基于当今主流技术, 如互联网技术、物联网技术、组态技术、总线技术、无线通信技术、地理信息技术、数据库技术、视频压缩技术、图像处理技术、传感技术等, 实现对各种应用环境资源的综合管理和应用。
杜邦中国集团有限公司上海分公司产品经理叶俊浩先生就“电缆材料的选择对局域网电缆防火安全性能的影响”作了主题报告。
目前网络线缆的防火阻燃特性, 越来越受到用户关注。无论是楼宇布线, 还是数据中心, 对线缆的阻燃要求都日益迫切, 市场需求持续升温。万泰科技此次发布的特色产品——CMP阻燃线缆, 正是防火标准中等级最高的电缆, 其燃点和防火特性具有独特的耐高温性质。据万泰科技上海正璇玻光电科技有限公司技术经理王旺初介绍, 该CMP线缆产品不仅具有阻燃、低烟、低腐蚀、高传输性能, 并且达到了最新标准ANSI/TIA568-C.2的要求。
建设“绿色数据中心”是一个系统工程, 牵涉到机房建设的方方面面, 中国科学院计算技术研究所副研究员、北京科计通电子工程有限公司总经理黄群骥在发言中强调了机房内数据线缆防火性能的重要性及机房布线线缆的防火要求。保证信息系统安全可靠的运行是其第一要务, 机房建设中所使用的弱电线缆不能引发火灾, 但发生火灾后, 由于绝缘护套材料的可燃性, 弱电线缆一旦卷入火灾, 火势蔓延速度快、火势凶猛, 同时还会释放出大量烟雾和有毒气体, 严重威胁人员生命和设备安全。因此, A级机房、隐蔽通风处敞开敷设应采用CMP级或OFCP、OFNP的防火线缆。
交流智能化 篇8
智能变电站中测控装置、PMU装置、电能表等设备的交流采样采用数字化、网络化的方式。合并单元集中采集电磁式或电子式互感器输出的交流量, 再根据IEC61850-9-2采样值传输标准组帧后通过网络发送至相关装置[1]。合并单元接受时钟对时, 输出与对时脉冲精确同步的采样脉冲, 实现全站数据的同步采样。为保证全站采集数据的同步, 其采样脉冲与对时脉冲始终保持同步。当系统频率出现波动时, 测控等交流采样装置就无法通过调整采样频率实现系统的频率跟踪采样。为了满足整周期采样, 减小频谱泄漏和栅栏效应带来的误差, 需要对合并单元上送的采样值进行处理[2,3,4,5]。另外, 目前合并单元采样频率为80点/周波[3]。而间隔层的交流采样装置多采用傅里叶算法进行计算, 采样率一般是24点、32点、64点等, 两者并不相等[4,5]。为了不改变原来装置成熟的算法, 要对接收到的合并单元采样值进行重采样。为此, 采用Lagrange插值加数据加窗的方法对交流采样数据进行处理。通过插值实现对采样数据的频率跟踪重采样, 再通过数据加窗提高谐波分析能力, 保证存在高次谐波干扰的情况下仍能获得较高的测量精度。
1 系统结构
智能变电站交流采样系统结构如图1所示。
2 数据重采样
数字化的采样首先需要对合并单元上送的IEC61850-9-2的采样数据进行接收、解码。与装置直接通过A/D转换的采样方式对比, 数字化采样需要增加一些异常处理的措施, 提高装置采样的容错能力;其次通过数据重采样技术同时完成对80点采样数据的抽取和频率跟踪调整。
2.1 IEC61850-9-2采样值接收与处理
IEC61850-9-2采样值类型为32位整数, 电压、电流分别按照10m V和1m A进行数据编码, 每个采样通道包含必须的数据品质[5]。9-2报文中用采样计数器来表示当前采样点在1S采样序列中的序号。采样值接收模块通过以太网接收、解析采样值报文, 缓存采样数据, 并根据采样数据的点序号记录下缓存数据块的时标。
有几种采样异常情况需要处理:首先是合并单元或电子式互感器引起的异常处理, 包括采样通道的异常和合并单元时钟失步等;其次是以太网传输的丢包处理;最后是来自不同合并单元采样数据的同步对齐处理。
首先对采样数据中自带的品质位进行判断, 若数据出现品质异常, 仍然进行计算, 产生采样数据异常告警。测量结果通过IEC61850统一建模上送, 因此其数据品质位定义与采样数据一致, 置位对应的数据品质并上送。其次通过采样数据点序号的连续性判断是否丢点, 当出现数据点丢失, 则复位数据缓冲区, 丢弃已缓存采样数据, 上送前一计算间隔的计算数据。当连续两个以上的计算间隔出现数据丢点则产生告警, 并置位对应数据品质, 提示当地监控系统及主站, 数据采样存在异常上送旧数据。对于来自不同合并单元的采样数据的同步, 采用数据缓存对齐采样序号的方法实现。合并单元的额定延时不同会造成采样序号的不同步, 系统时钟抖动也有可能引起不同合并单元上送数据的不同步。对采样数据进行缓存, 对齐不同合并单元的采样序号后再统一计算, 采样序号超前的数据通道需要考虑一个计算间隔内完成两次运算。
2.2 采样数据抽取
线性Lagrange插值法原理简单、运算快速、实时性高[6], 采用该方法实现合并单元采样数据80点到64点时抽取。
线性Lagrange插值余项为:
利用Lagrange插值余项估计插值点的插值误差为:
由上式可以看出, 合并单元采样频率fs越高, 误差越小。插值误差与再采样的频率fs′无关。原信号的幅值越大, 插值的误差越大。原信号中的直流分量不会增加插值的误差。随着谐波次数的增加, 其插值的误差以平方倍的关系增加。
目前在实际工程应用中合并单元的采样率是有限的。以80点/周波的采样率进行计算, 线性插值抽取的最大相对误差约为0.1%。再综合其他环节引入的误差, 装置总的测量误差就有可能超过精度指标要求。此外, 对于需要进行谐波分析的应用, 插值抽取对于高次谐波的计算误差对精度的影响很大, 因此需要对插值后的数据进一步处理。
2.3 频率跟踪
通过插值实现采样数据抽取的同时, 为了满足整周期采样的要求, 需要对系统的频率进行跟踪。频率跟踪的基础是频率的快速、精确计算。文献[7]提出了一种基于相量测量快速的软件测频算法, 采用该算法实现每5ms就完成一次频率测量, 频率的测量精度优于0.002Hz。当系统频率出现波动时, 能根据当前测得的系统频率迅速调整数据抽取的间隔, 保证整周期采样, 减小频谱泄漏和栅栏效应引起的测量误差。
2.4 数据加窗处理
为了进一步提高装置测量精度, 提高装置的谐波分析能力, 可将插值后的采样序列通过窗函数加权处理。
交流信号采样相当于把信号进行加窗函数操作。加窗后会发生频谱分量从其正常频谱扩展开来的现象, 即所谓的“频谱泄漏”。当进行离散傅立叶变换时, 时域中的截断是必需的, 因此泄漏效应也是离散傅立叶变换所固有的, 必须进行抑制。而要对频谱泄漏进行抑制, 可以通过窗函数加权抑制DFT的等效滤波器的振幅特性的副瓣, 或用窗函数加权使有限长度的输入信号周期延拓后在边界上尽量减少不连续程度的方法实现。窗函数的种类很多, 信号处理中常用的窗函数有三角窗、汉宁窗、海明窗和布莱克曼窗等。综合比较几种窗函数的主瓣宽度、主瓣旁瓣的抑制系数, 结合交流采样装置谐波分析的需要, 选择汉宁窗进行采样数据的加权处理。汉宁窗的时域特性为:
其最大旁瓣值比主瓣值低32d B, 主瓣宽度为8π/N。使用归一化的幅值和频率生成一个长度为50的汉宁窗, 其频率特性如图2。
对采样数据进行加窗就是将窗函数与跟频插值后的采样序列相乘, 时域函数的相乘等于两个函数频谱的卷积。通过窗函数的频谱特性对原采样序列的谐波分量进行加权补偿, 从而提高总的幅值测量精度和谐波分析的精度。
3 结语
在智能变电站交流采样装置中实现了提出的交流量同步采样方法。使用数字化交流测试仪对方法的测量精度进行验证。施加基波为50Hz、含有13次谐波分量的交流信号。表1给出交流量信号的参数和装置实测数据, 可以看出采用该方法可以精确地测量信号的基波分量和13次以内的各次谐波分量的幅值和相位。该方法在智能变电站交流采样装置中实现并在实际工程中得到应用, 交流信号的测量精度满足应用要求。
参考文献
[1]Q-GDW383-2009, 智能变电站技术导则[S].2009
[2]张伏生, 耿中行, 葛耀中.电力系统谐波分析的高精度FFT算法[J].中国电机工程学报, 1999, 19 (3) :63-66
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交流智能化 篇9
与传统交流配电网相比,基于柔性直流技术的智能配电网具有供电容量大、线路损耗小、电能质量高、无需无功补偿、有利于新能源和储能装置接入等优点,逐渐成为国内外研究热点[1,2,3,4,5]和能源互联网发展的关键技术之一[6,7,8,9,10]。
基于柔性直流技术的智能配电网尚处于初步研究阶段,还存在许多待解决的问题。目前的研究主要集中在系统控制、保护策略及关键设备研制等方面[9,11,12,13],对其接入交流电网的方式尚未开展专门的研究。传统高压直流输电系统通过换流变压器接入交流电网,换流变压器与换流阀一起实现交流电与直流电之间的相互转换,以及交直流系统间的电气隔离[14]。柔性直流输电系统一般通过联接变压器与交流系统连接,联接变压器可以对交流系统的电压进行变换,使电压源换流器工作在最佳的电压范围内[15,16]。基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网的连接也可通过联接变压器实现,在交直流系统侧不存在电压匹配问题时,也可以省略联接变压器,直接通过桥臂电抗器与交流母线或线路连接。基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,其研究可为直流配电技术的发展和示范工程的建设提供参考。
本文针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网,考虑其与10kV交流电网之间配置联接变压器和不配置联接变压器两种连接方式,从理论上简要分析了交直流侧故障之间的相互影响,并通过仿真计算定量研究了交直流系统故障之间的相互影响,最后从系统运行可靠性和经济性角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式。
1 系统主回路接线
图1为典型的±10kV基于柔性直流技术的智能配电网主回路结构图。交流侧接入10kV交流配电网,交直流侧不存在电压匹配的问题,交直流系统之间的连接方式存在配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况。
系统主回路接线是理论分析和仿真建模的基础,不同的连接方式下,交直流侧接地方式不同,对应系统主回路接线存在不同的结构,具体分析见附录A。
2 交直流系统相互影响理论分析
配置与不配置联接变压器的情况可能带来交直流系统相互影响程度的差异,进而影响系统设计。本文首先结合交流配电系统的接地方式,从交流侧故障对直流侧电压和电流的影响、直流侧故障对交流侧电压和电流的影响两个方面开展理论分析。交流系统故障考虑最常见的单相接地故障和最严重的三相短路故障。直流系统故障则主要分析单极接地故障和双极短路故障。
2.1 交流系统故障
当10kV交流系统发生单相接地故障时,假设A相发生金属性接地故障,见附录A图A5中K1点。此时交流系统向量图见附录A图A6,则有
式中:分别为交流系统侧三相对地电压;分别为故障点三相对地电压。
根据对称分量法,由上式可得故障处的零序电压,即此时的地电位参考点电压为:
配置独立的联接变压器时,如附录A图A5所示,因交流系统侧采用三角形连接,零序电流不会在变压器中流通,故联接变压器阀侧及直流侧均不会出现零序分量,联接变压器中性点电位不变,即直流侧地电位参考点电位不变,因而直流侧单极对地电压及极间电压均不受影响。
不配置联接变压器时,交流系统产生的零序电流通路见附录A图A7,则直流线路上将流过零序电流。此时,直流系统地电位参考点与交流系统相同,故直流单极对地电压将随着交流系统中性点电位变化而改变,直流正负极对地电压分别如式(3)和式(4)所示。·····
式中:为故障后单极对地电压;为正常运行时单极对地电压。
由此可知,交流系统单相接地故障后直流单极对地电压将会出现基频共模振荡,产生过电压。
当交流系统发生三相短路故障时,交流系统中会出现很大的故障电流。配置联接变压器时,系统故障回路中增加了联接变压器的漏抗,对故障电流有一定的限制作用,故传递到换流阀和直流线路的故障电流小于不配置联接变压器的情况。因此,故障电流对换流阀、桥臂电抗器的冲击也会减弱。
2.2 直流系统故障
直流侧单极接地故障时,故障点见附录A图A5中K2点,此时故障极电位跳变为零,地电位参考点电压跳变为故障极的负值,而非故障极电压将变为正常运行时的两倍。若配置联接变压器,根据系统主回路接线的分析,交直流系统接地点此时相互独立,故直流系统地电位的变化不会对交流系统电压和电流产生大的影响。不配置联接变压器时,交直流系统相当于共用接地点,单极接地时地电位参考点出现持续直流分量,交流母线对地电压也将出现持续直流分量,产生过电压,对交流系统设备绝缘造成较大影响。
直流双极短路时,子模块电容上的电压会通过子模块电容、线路对地电容、直流电抗器及线路等值电阻和电抗构成的回路放电,系统中将出现很大的故障电流。在实际运行中,如此大的电流会对换流阀的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)造成严重影响,甚至使IGBT烧毁,给系统运行带来严重损失。因此双极短路时换流阀往往会闭锁,但是故障电流仍可以通过换流阀中的反并联二极管传到交流侧,对交流系统造成影响。
3 建模与仿真分析
3.1 系统建模
本文根据系统配置联接变压器和不配置联接变压器时的系统主回路接线图,在PSCAD中搭建了±10kV基于柔性直流技术的智能配电网仿真模型。两端交流电源采用110kV理想电压源模拟。通过110kV/10kV电力变压器引出10kV交流母线。两端换流器采用模块化多电平换流器(MMC)结构,上下桥臂分别串联25个子模块,IGBT选择CM2400HC-34H,桥臂电抗器为2.5mH,子模块电容为30 000μF,直流电抗器为8mH。线路总长度为6km,采用10kV电缆。两端换流器分别采用定直流电压、定无功功率控制方式,以及功率协调控制、定无功功率控制方式。直流电压为±10kV,无功功率整定值为0 Mvar,能够传输的最大有功功率值为23 MW。交流微电网采用6 MW等效负荷代替;直流微电网采用受控电源等效,有功功率值设为5 MW。
3.2 计算条件
针对配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况,仿真计算交流侧单相接地故障、三相短路故障、直流侧单极接地故障和直流双极短路故障4种故障工况下,直流配电系统关键位置的过电压和过电流。
仿真时,设定引入故障的时刻均为1.0s,交流侧故障持续时间为0.05s,直流单极故障持续1.0s,双极短路故障持续0.005s,考虑到线路长度,仿真步长取为3μs。
因系统初步设计暂不考虑系统的保护策略,故本文各种故障工况仿真分析中均采取自清除的方式。
3.3 仿真结果与分析
基于不同连接方式下的仿真模型,开展了典型故障工况下的过电压和过电流仿真计算。配置联接变压器时的仿真结果如表1所示,表中数据除标明单位的以外,均为正常运行条件下电压和电流的倍数。
由表1可知,配置联接变压器时,交流系统单相接地故障下,交流系统中出现零序分量,接地电阻两端最大电压为5kV,在联接变压器的隔离作用下,直流侧电压和电流几乎不受影响,电压和电流倍数均为1。交流系统三相短路故障时,交流母线上流过很大的短路电流,电流最大值为11.22kA,该电流通过联接变压器传递到桥臂电抗器、换流阀和直流线路,在桥臂电抗器两端均产生较大的过电压,为正常运行时的5.7倍。
直流侧单极接地故障下交流母线对地电压如图2所示,可知单极故障对交流母线电压影响较小。直流侧双极短路故障下,由于未考虑保护策略,系统中流过很大的短路电流,在直流电抗器和桥臂电抗器上会产生很大的过电压,交流母线电压也上升到较高水平。
不配置联接变压器、交流系统侧经小电阻接地时,典型故障工况下的仿真结果如表2所示。
交流系统单相接地故障产生的零序分量,会通过换流阀传递到直流侧,引起直流线路电压波动,如图3所示,单极对地电压最大值为正常运行水平的2.98倍。交流系统三相短路故障产生较大的短路电流,直接通过换流阀和桥臂电抗器,对其造成巨大冲击,桥臂电抗器两端过电压倍数达7.9,明显大于配置联接变压器的情况。
由表2中的数据可知,直流单极接地故障下,交流系统侧出现持续的直流分量,交流母线和接地电阻两端的电压较高,接地电阻两端电压最大值为9.7kV。交流母线电压波形如图4所示,最大过电压倍数为2.53。由此可知,直流侧故障在交流系统设备上产生了较大的过电压。
不配置联接变压器、交流系统侧经消弧线圈接地时,仿真计算结果如表3所示。交流系统单相接地故障时在消弧线圈两端产生较大的过电压,最大过电压为42.8kV。
直流侧单极接地故障时,接地变压器中性点电压跳变到9.8kV,消弧线圈通过故障点与接地点形成的回路放电,其两端电压降低,故直流极间电压将持续下降而无法维持稳定。因此,在这种接线情况下,无法保证直流单极接地故障下直流配电系统的持续运行,即连接在正负直流线路间设备电压达不到20kV。
表4中的数据为不配置联接变压器、交流侧不接地时过电压和过电流的计算结果。此种接线形式下,交流配电系统相当于经直流侧的高阻接地。
由表中数据可知,交流系统单相接地故障时,接地电阻两端电压为10.3kV,直流侧单极对地电压出现较大波动,过电压倍数为2.04。直流侧单极接地故障时,交流母线电压波形与图4类似,交流系统中也会出现持续直流分量,交流母线过电压上升到正常运行时的2.2倍,交流系统母线过电压保护将动作,对交直流系统的持续运行都造成影响。
换流阀和桥臂电抗器均为直流配电系统中的核心设备[17],故障时其电压和电流需重点关注。交流系统侧发生三相短路时,不同接线形式下通过换流阀的电流和桥臂电抗器两端的电压波形分别见图5和图6。其中,曲线1为配置联接变压器的情况,曲线2,3,4分别为不配置联接变压器交流系统经小电阻接地、经消弧线圈接地、不接地时的情况。
由图5和图6可知,配置联接变压器时,故障下流过换流阀的电流明显低于不配置联接变压器的情况,且对桥臂电抗器绝缘的冲击要比不配置联接变压器时小得多,与理论分析结果一致。因此,配置联接变压器时,可以选择通流能力更小的换流阀和绝缘水平较低的桥臂电抗器,从而大大提高系统运行可靠性,并节约成本。
上述理论及仿真分析结果均表明,配置联接变压器能有效隔离交直流系统间的故障,减小交直流侧故障对彼此关键设备的冲击,提高交直流配电系统运行可靠性。因此,建议±10kV柔性直流配电系统通过联接变压器与10kV交流配电网连接。
4 结论
通过理论分析和仿真计算,从交直流配电系统故障对系统交直流侧过电压和过电流的影响、系统可靠性和经济性的角度,分析了±10kV柔性直流配电系统与10kV交流电网连接方式,结论如下。
1)配置联接变压器时,交流系统单相接地故障下,直流侧电压和电流基本不受影响;直流单极接地故障下,交流母线电压几乎不受影响,系统可持续运行,大大提高了直流配电系统的可靠性。
2)不配置联接变压器的3种接线方式下,交流系统单相接地故障时,均会引起直流侧电压的较大波动;交流系统经小电阻接地和不接地时,直流单极接地故障下,交流系统中均会出现持续的直流分量,影响交直流系统的持续运行;交流系统经消弧线圈接地时,交流侧单相接地故障下,直流极间电压下降,直流配电系统无法持续运行。
3)配置联接变压器时,交流侧三相短路故障对换流阀电流冲击和对桥臂电抗器的电压冲击,明显小于不配置联接变压器的情况,可降低对关键设备的要求,从而大大节约成本。
综上,建议基于柔性直流技术的智能配电网通过联接变压器与交流配电网连接。同时,本文的研究思路可为不同电压等级的直流配电网与交流电网的连接方式的研究提供借鉴和参考。