智能电器及其相关技术

高压电器技术信息2005年10月

今天很高兴能和各位专家一起探讨智能化电器及其相关技术。

“智能化电器”是近几年讲得特别多的一个电器名词,在高压、低压电器行业都对电器智能化问题都有充分的关注和认识。但由于高压和低压行业的技术差异,在高压电器产品中,所要解决的电器智能化问题还存在较大的技术难度。今天在座的各位多是从事高压电器一次产品设计技术工作的,对电子技术、计算机技术、通讯技术等方面相关知识了解较少,今天我将着重与大家探讨智能化电器的相关技术。

智能化电器是信息时代的电工产品,它是计算机技术、数字处理技术、控制技术、传感器技术、通讯技术、尤其是通讯技术当中的网络化技术及电力电子技术等新技术结合的产物。它是当前电器领域发展的一个热点。1997年开始出现智能化电器这一提法,在此之前有电子电器、数字电器等其它叫法,而对哪一类电器属智能化电器多年来一直没有一个明确的定义。中国电工技术学会电器智能化技术及应用委员会借鉴控制领域智能化定义,提出:智能化电器是指能够自动地适应电网、环境和控制要求变化,而且始终处于最佳运行工况的电器。由于电力系统及电力设备其物理过程的复杂性、不确定性和模糊性,难以用精确的数学描述,所以采用计算机技术,通过感知、学习、记忆和大范围的自适应等手段,及时适应环境和任务的变化及控制要求,使电器设备和电力系统达到其最佳的性能指标。“智能化电器”包含三个层次:智能化的电器元件、智能化成套电器和智能化供配电系统。

针对现有智能化电器产品的特点,对具备以下特点的电器我们称其为智能化电器。

①功能集成化、数字化。智能化电器把很多传统电器的功能集中在一起,而传统电器则需多个电器元件来完成或协调完成一个功能。智能化电器同时又是一个数字化电器,当中一定要有微处理器熏数字化提高了产品的精确性和可靠性。

②控制和保护智能化。智能化电器能够感知、学习、认知电力系统及设备的变化,根据变化调节其控制方式。例如:对电动机的控制和保护,传统采用电流型保护方式,采用新型智能化电动机控制器后,它可在运行过程中不断学习电机的运行状态,调整自身的控制和保护参数,使电机始终处于最佳运行工况。③智能化电器具有网络化和分散化的特征。电器的分散布置使其具有两个优点,一是传感器、控制器和执行器分离,通俗地说就是“就近测”和“就近控”,测量、控制均在设备旁完成,通过网络把“测”和“控”联结在一起。二是由智能化电器构成的电力系统也将是“两网并存”的电力系统,一是实现电能传输的一次电网,二是与之对应且对其实施监测和控制的控制网络。

④智能化电器构成的电力系统或电力装备具有结构和形式上的模块化和标准化特点。这在低压电器领域中表现尤为突出,现在许多低压电器功能模块就像积木一样是可拼凑的,用户可根据不同功能要求安装不同功能模块。

⑤电器智能化带来的是设备及系统体积的小型化。很多新型的电器元件、传感器、控制器的应用使整个电力系统向小型化方向发展,构建电力系统和应用智能化电器也相对比较简单,而且运用智能化电器后将提升电力系统或电器设备的运行可靠性。可靠性提高主要体现在两个方面,一是智能化电器由于采用了计算机技术和网络技术,其自检、自诊断的能力增强,在系统和设备发生故障时,可迅速了解设备的运行状态,迅速对故障设备做出相应处理。二是智能化电器

智能化电器及其相关技术

(记录稿整理)

张杭

(西安交通大学电气工程学院,西安710077)员什么是智能化电器?

12

第1卷第4期

应用后,尤其是多功能智能化传感器、执行器使用后,使得原来的电器设备简化,电器元件减少,从而带来可能的故障点的减少及系统或设备的可靠性的增加。另外,很多的传感器、执行器不再需要象传统电器那样逐个调试,其维护更加方便灵活。

智能化电器是一个新型的数字化、网络化电器,但并不代表包含微处理器和通信接口的电器都是智能化电器,要实现真正的电器或电力系统的智能化,还应该增加对信息的认知和对信息的再生的过程。将大量传感器获取的信息集中在一起,总结出其物理规律和相应的控制与保护策略,并根据已有知识实现信息的再生,只有通过这两个步骤得到的电器才能成为真正意义上的智能化电器。智能化电器实际上是一个概念化的电器,它既是一个个体又是一个系统,具有信息化产品的典型特征。

智能化电器发展经历了四个过程,70年代及以前,电子技术开始应用于传统电器,出现了由触发器、计数器、比较器构成的新型的电子电器。当时的电子电器是传统电器的功能替代,如:电子式过流继电器由一个电子电路代替原有电磁元件。

80年代以后,以微处理器为代表的技术融入电器领域,出现了像RTU,数字保护继电器、故障录波器、PLC等新型电器元件,这些元件应用在电力系统和电器设备当中,带来了设备功能集成度的大幅提高。一个元件可以实现多种功能,比如一台RTU就可以代替几百只甚至上千只各类电压、电流、功率、电能表计,一个数字保护继电器能代替多种比较继电器、中间继电器、信号继电器和控制电器。但此时的电器元件都是为完成一个特定设备的控制而设计,且网络功能不强,所构建的通信网络多为专用网络。

到80和90年代,随着现场总线技术的发展和广泛应用,网络化电器大量涌现,以变电站自动化、配网自动化、调度自动化为代表的各种自动化系统,在电力系统得到了广泛的应用。

第一到第三个时期出现的智能化电器产品的主要目的是为了实现电力系统自动化,提高电网运行和管理的水平,实现电网的远程监测和控制。现阶段智能化电器技术有了更深入的发展,更向器件方向发展,在高压领域,包括对电力设备的运行的在线监测技术等,也逐步发展起来的,它可提高电网的可靠性,降低电网的运行成本,合理延长电器设备的使用寿命。

实际上,智能化电器在国外和国内有很大的差异,在高压领域和低压领域也有很大的差异,低压智能化电器已大量取代了传统电器,如新型的马达控制器取代了过去的热继电器加上接触器的磁力系统,它的功能更多,实现的网络化的水平和实现自动化水平更高。在低压领域中应用智能化技术相对容易,原因主要有三点,一是传感器容易实现,电气隔离的问题容易解决;二是操作机构的控制能量小,控制输出容易实现;三是低压电器元件的可控性强。所以,在低压电器领域中智能化技术发展很快。而在高压领域,智能化技术发展相对较慢,目前工作主要是解决对一次高压设备的在线监测问题。

①电网自动化技术(变电站综合自动化,电力调度自动化,配网自动化等);

②网络化技术(多介质、多协议);

③智能控制技术(系统、供电设备、用电设备);

④电力设备在线监测技术、专用传感器技术;

⑤自动化系统的集成方法;

⑥智能化电器元件设计技术;

⑦智能化元件的在线编程技术、专用电路设计;

⑧软装配技术,虚拟仪表技术;

⑨嵌入式系统软件设计技术--RTOS的应用;

⑩EMC技术。

上述工作目的:一是将功能单一的传统电器计算机化,把多种功能集中在一起;二是将各类传感器、执行器相互联结起来;三是实现智能化,即根据电网及电器设备的运行状态实现智能化操作与控制。

上述研究工作的前五点主要是面向电力系统、面向电器设备的,后五点是针对智能化电器自身设计时所关注的关键问题。

电网的自动化技术主要指变电站的综合自动化、电力调度自动化、配网自动化。

而构成电力自动化,构成智能化电器,实现传感器、控制器、执行器的分离,都需要网络化技术,网络是实现智能电器的基础技术平台。现在已广泛应用的现场网络有十几种,这些现场总线应用到电器领

2智能化电器的发展阶段

3智能化电器研究的主要工作

智能化电器及其相关技术13