時(shí)間：2022-04-29 06:47:00
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“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個(gè)論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識(shí)。研究表明，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因?yàn)?，在保證相同的能源服務(wù)水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會(huì)大大改善。因此，電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲(chǔ)存、分配和使用的技術(shù)將成為下世紀(jì)電力技術(shù)的重點(diǎn)領(lǐng)域。電力技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇，技術(shù)創(chuàng)新和出現(xiàn)重大突破的機(jī)會(huì)要比信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等新興學(xué)科少得多。但是，應(yīng)該看到，電力技術(shù)與其他學(xué)科的相互交叉和滲透的趨勢越來越明顯。電力研究的一些前沿課題反映了這種趨勢。以下將對若干電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景進(jìn)行評述。
1分布式電源
分布式發(fā)電裝置（DistributedGeneration）是指功率為數(shù)千瓦至50MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。如調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等等。
當(dāng)今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)(IC)、微型燃?xì)廨啓C(jī)（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式電源與“小機(jī)組”已不是同一概念。
1.1應(yīng)用背景
由于公眾對輸電線路可能產(chǎn)生的電磁影響的憂慮，開辟新的線路走廊越來越困難。例如，北美和西歐許多國家已決定一般不再興建新的輸電線路。于是，直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置便成為一種替代方案。其次，與大電網(wǎng)配合，分布式電源可大大地提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭）情況下，維持重要用戶的供電。加拿大魁北克省1997年冰雪災(zāi)造成輸配電線路災(zāi)難性破壞，引起大面積停電，許多重要用戶長期不能恢復(fù)供電。人們認(rèn)識(shí)到，如果能有與電網(wǎng)配合的分布式電源在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電可靠性將會(huì)大大地提高，一些災(zāi)難性后果是可以避免的。
對供電網(wǎng)難以達(dá)到的邊遠(yuǎn)分散用戶，分布式電源在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上具有競爭力。此外，發(fā)展電動(dòng)車電源是研究發(fā)展分布式電源的重要推動(dòng)力。
1.2微型燃?xì)廨啓C(jī)
微型燃?xì)廨啓C(jī)（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉(zhuǎn)速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃?xì)廨啓C(jī)，工作溫度500℃，其發(fā)電效率可達(dá)30%。目前國外已進(jìn)入示范階段。其技術(shù)關(guān)鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等。可見，電工技術(shù)的突破常常取決于材料科學(xué)的進(jìn)步。
1.3燃料電池
燃料電池是直接把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀(jì)的分布式電源。
1.3.1燃料電池的工作原理
燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負(fù)極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負(fù)氧離子通過2極間離子導(dǎo)電的電解質(zhì)到達(dá)陽極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。
通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護(hù)與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應(yīng)配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無須配備重整器。
磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池。現(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應(yīng)可以在內(nèi)部進(jìn)行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進(jìn)行兆瓦級(jí)的驗(yàn)證試驗(yàn)。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來可用于煤基燃料發(fā)電。質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動(dòng)車電源。
1.3.2性能和特點(diǎn)
燃料電池有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達(dá)100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實(shí)際效率可達(dá)584%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達(dá)到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)模基本無關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負(fù)荷變化的能力非常強(qiáng)，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負(fù)荷變化。(3)噪音低；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。
目前燃料電池大規(guī)模應(yīng)用的障礙是造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)性上要與常規(guī)發(fā)電方式競爭尚需時(shí)日。
1.3.3技術(shù)關(guān)鍵和研究課題
燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價(jià)格等與商業(yè)化有關(guān)的項(xiàng)目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實(shí)用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細(xì)孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。
固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學(xué)性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應(yīng)盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學(xué)蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。實(shí)用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進(jìn)的已達(dá)到0.01mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應(yīng)當(dāng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運(yùn)行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費(fèi)用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導(dǎo)電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個(gè)重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價(jià)就可以大幅度降低。
2大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用硅片引起的“第”
2.1大功率電力電子器件的重大進(jìn)展
電力電子學(xué)（PowerElectronics）的應(yīng)用已經(jīng)有多年的歷史。
電力電子學(xué)器件用于電力拖動(dòng)、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發(fā)展也引起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第。近10多年來，可控整流器(SCR)、可關(guān)斷的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘管(MCT)、絕緣門極雙極性三極管(IGBT)等大功率高壓開關(guān)器件的開斷能力不斷提高。目前，已經(jīng)生產(chǎn)出6kA、6kV的GTO，單個(gè)元件的開斷功率可達(dá)到30MW左右，這無疑是一個(gè)巨大的進(jìn)步。
近年來，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力的一次系統(tǒng)?？煽毓瑁ňчl管）用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長的歷史。大功率電子器件應(yīng)用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPower）以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應(yīng)用，將成為下世紀(jì)的電力研究前沿。
2.2靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)
靈活的交流輸電系統(tǒng)(FACTS)是80年代后期出現(xiàn)的新技術(shù)，近年來在世界上發(fā)展迅速。專家們預(yù)計(jì)在未來這項(xiàng)技術(shù)將在電力輸送和分配方面將引起重大變革，對于充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源和實(shí)現(xiàn)電能的高效利用，將會(huì)發(fā)揮重要作用。
靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。
FACTS技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用的背景是：（1）發(fā)展電力市場的需要。原作為公用事業(yè)之一的電力面臨著“放松管制”（Deregulation）的改革。一些國家頒布法令規(guī)定用戶可以發(fā)電并售電給電網(wǎng)，允許電力用戶可自由選擇供電者，允許實(shí)行躉售托送（WholesaleWheeling），某些地區(qū)甚至允許實(shí)行電力零售托送。發(fā)電廠和電力用戶可以根據(jù)協(xié)議通過電網(wǎng)售受電力。電網(wǎng)作為電力市場的物質(zhì)載體，即發(fā)電廠和電力用戶間電力輸送和分配的通道，需要滿足對電力潮流靈活調(diào)節(jié)控制的要求，而常規(guī)的交流輸電系統(tǒng)卻很難適應(yīng)這一變化。
（2）發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)的需要。在發(fā)達(dá)國家已形成了緊密相連、多電壓等級(jí)的復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)。由于電路定則使然，電網(wǎng)內(nèi)部線路及聯(lián)絡(luò)線在運(yùn)行中實(shí)際的潮流分布與這些線路的設(shè)計(jì)輸送能力相差甚遠(yuǎn)；一部分線路已過載或接近穩(wěn)定極限，而另一部分線路卻被迫在遠(yuǎn)低于線路額定輸送容量下運(yùn)行。這就提出了靈活調(diào)節(jié)線路潮流、突破瓶頸限制、增加輸送能力，以充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源的要求。發(fā)達(dá)國家由于環(huán)保的嚴(yán)格限制，新建輸電線路十分困難，使得這一要求更為迫切。
傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機(jī)械控制的移相器、帶負(fù)荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補(bǔ)償裝置等，只能實(shí)現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)間長、響應(yīng)慢，無法適應(yīng)在暫態(tài)過程中快速靈活連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進(jìn)了靈活交流輸電這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，靈活交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應(yīng)用。
盡管靈活交流輸電技術(shù)已在多個(gè)輸電工程中得到應(yīng)用，并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩、快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的優(yōu)越性能，但其推廣應(yīng)用的進(jìn)展步伐比預(yù)期的要慢。主要原因有：工程造價(jià)比常規(guī)的解決方案高，因此，只有在常規(guī)技術(shù)無法解決的情況下，用戶才會(huì)求助于FACTS技術(shù)；FACTS技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。目前FACTS技術(shù)的應(yīng)用還局限于個(gè)別工程，如果大規(guī)模應(yīng)用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問題，例如：多個(gè)FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問題；FACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護(hù)的銜接問題；FACTS控制納入現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)問題等等。也有專家認(rèn)為，F(xiàn)ACTS技術(shù)尚不能更快推廣應(yīng)用是因?yàn)殡娏Σ块T對新技術(shù)持謹(jǐn)慎觀望態(tài)度，只有相當(dāng)成熟的技術(shù)才會(huì)大規(guī)模應(yīng)用。
隨著電力電子器件的性能提高和造價(jià)降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價(jià)會(huì)降低，可能會(huì)在不遠(yuǎn)的將來比常規(guī)的輸配電方案更具競爭力。國際大電網(wǎng)會(huì)議展開了有關(guān)STATCOM與SVC性能價(jià)格比的討論，不少專家認(rèn)為，由于STATCOM不需要采用大量的電容器就可以實(shí)現(xiàn)無功的快速調(diào)節(jié)，而電容器的價(jià)格多年比較穩(wěn)定，不大可能大幅度下降；相反，電力電子器件的價(jià)格會(huì)不斷降低，故預(yù)計(jì)STATCOM會(huì)比SVC（靜止無功補(bǔ)償器）更有競爭力。若將超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置與STATCOM配合，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率的快速調(diào)節(jié)，這是以往任何的常規(guī)設(shè)備不能勝任的。
FACTS技術(shù)也在不斷改進(jìn)，一些新的FACTS裝置被開發(fā)出來，例如可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（ConvertibleStaticCompensator），它由多個(gè)同步電壓源逆變器構(gòu)成，可以同時(shí)控制2條以上線路潮流（有功、無功）、電壓、阻抗和相角，并能實(shí)現(xiàn)線路之間功率轉(zhuǎn)換?？赊D(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器具有下列功能：（1）靜止同步補(bǔ)償器的并聯(lián)無功補(bǔ)償功能；（2）靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的功能；（3）綜合潮流控制器功能；（4）控制2條線路以上潮流的線間潮流控制（IPFC）功能；CSC被認(rèn)為是第3代靈活交流輸電裝置。
電力電子器件的發(fā)展趨勢是：一方面研制經(jīng)濟(jì)性能好的器件，以便降低設(shè)備造價(jià)；另一方面，研制開斷功率更大的高性能器件。最近，國外公司宣布研制成功以碳化硅（SiC）為基片的電力電子器件。基片的耐壓和熱容量可大幅度提高，而元件的損耗卻大大降低，從而使元件的斷開功率可望有數(shù)量級(jí)的飛躍。這預(yù)示用電子高壓斷路器取代機(jī)械的高壓斷路器（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）已成為現(xiàn)實(shí)的可能。如果電力系統(tǒng)的高壓機(jī)械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)完全的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實(shí)。
2.3定質(zhì)電力技術(shù)
定質(zhì)電力（CustomPower）技術(shù)是應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量控制，為用戶提供用戶特定要求的電力供應(yīng)的技術(shù)。
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對提高供電的可靠性、改善電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。在現(xiàn)代企業(yè)中，由于變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線、精密的加工工具、可編程控制器、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的日益廣泛使用，對電能質(zhì)量的控制提出了日益嚴(yán)格的要求。這些設(shè)備對電源的波動(dòng)和各種干擾十分敏感，任何供電質(zhì)量的惡化可能會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，產(chǎn)生重大損失。
重要用戶為保證優(yōu)質(zhì)的不間斷供電，往往自己采取措施，如安裝不間斷電源(UPS)，但是這并不是經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法。根本的出路在于供電部門能根據(jù)用戶的需要，提供可靠和優(yōu)質(zhì)的電能供應(yīng)。因而，便產(chǎn)生了以電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為基礎(chǔ)的定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPowerTechnology）。
為提高配電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)的質(zhì)量，已開發(fā)出用于配電網(wǎng)的靜止無功發(fā)生器(DSTATCOM)。它由儲(chǔ)能電路、GTO或IGBT變換電路和變壓器組成。它的功能是快速調(diào)節(jié)電壓，發(fā)生和吸收電網(wǎng)的無功功率，同時(shí)可以抑制電壓閃變。這是“定質(zhì)電力”的關(guān)鍵設(shè)備之一。此外，靜止無功發(fā)生器和固態(tài)開關(guān)配合，可在電網(wǎng)發(fā)生故障的暫態(tài)過程中保持電壓恒定。另一關(guān)鍵設(shè)備是動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DynamicVoltageRestorer)，它由直流儲(chǔ)能電路、變換器和級(jí)次串聯(lián)在供電線路中的變壓器構(gòu)成。變換器根據(jù)檢測到的線路電壓波形情況，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，使合成的電壓動(dòng)態(tài)保持恒定。無論是短時(shí)的電壓低落或過電壓，通過DVR均可以使負(fù)載上的電壓保持動(dòng)態(tài)恒定。
2.4新型直流輸電技術(shù)
直流輸電已是成熟技術(shù)。造價(jià)較高是其與交流送電競爭的不利因素。新一代的直流輸電是指進(jìn)一步改善性能、大幅度簡化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造價(jià)的技術(shù)。直流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)（LightHVDC），它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個(gè)換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競爭。此外，可關(guān)斷的器件組成換流器，由于采用可關(guān)斷的電力電子器件，可以免除換相失敗之虞，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)（海上石油平臺(tái)、海島）的供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。
2.5同步開斷技術(shù)
同步開斷(SynchronizedSwitching)是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。在理論上應(yīng)用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設(shè)備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。目前，高壓開關(guān)都是屬于機(jī)械開關(guān)，開斷的時(shí)間長、分散性大，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定相開斷。目前的同步開斷設(shè)備是應(yīng)用一套復(fù)雜的電子控制裝置，實(shí)時(shí)測量各種影響開斷時(shí)間分散性的參量變化，對開斷時(shí)刻的提前量進(jìn)行修正。即便采取了這種代價(jià)昂貴的措施，由于機(jī)械開關(guān)特性決定，還不能做到準(zhǔn)確的定相開斷，設(shè)計(jì)人員還不敢貿(mào)然降低電氣設(shè)備的絕緣水平，以防同步開斷失敗造成設(shè)備損毀。因此，同步開斷的優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來。
實(shí)現(xiàn)同步開斷的根本出路在于用電子開關(guān)取代機(jī)械開關(guān)。美國西屋公司已制造出13kV、600A、由GTO元件組成的固態(tài)開關(guān)，安裝在新澤西州的變電站中使用。GTO開斷時(shí)間可縮短到1/3ms，這是一般機(jī)械開關(guān)無法比擬的?，F(xiàn)在，由固態(tài)開關(guān)構(gòu)成的電容器組的配電系統(tǒng)“軟開關(guān)”已問世。
2.6未來全可控的電力系統(tǒng)
現(xiàn)在的電力系統(tǒng)由于還依賴高壓機(jī)械開關(guān)（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）實(shí)現(xiàn)線路、設(shè)備、負(fù)荷的投切，尚不能做到完全可控。這是因?yàn)闄C(jī)械的慢過程不可能控制電的快過程?！半娋W(wǎng)控制”目前只能做到部分控制，本質(zhì)上仍然是一個(gè)調(diào)度員的決策支持系統(tǒng)。如果電力系統(tǒng)的高壓機(jī)械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)真正的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實(shí)。
3狀態(tài)維修技術(shù)
狀態(tài)維修技術(shù)（ConditionBasedMaintenance）可以包涵可靠性為中心的維修技術(shù)（RCM）和預(yù)測維修技術(shù)（PDM）。
3.1應(yīng)用背景
這2項(xiàng)技術(shù)最初是應(yīng)用于航空航天系統(tǒng)，后來移植應(yīng)用于核電站的維修，近年已成功地用于發(fā)電廠設(shè)備的維修，并正在用于輸變電設(shè)備的檢修。
電力系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設(shè)施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對供電可靠性要求的提高，維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來。維修費(fèi)用占電力成本的比例也不斷提高。一座現(xiàn)代化核電站的運(yùn)行維修費(fèi)用已超過燃料費(fèi)用。如何采取合理的維修策略和正確決定維修計(jì)劃，以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費(fèi)用，便成為電力部門或負(fù)責(zé)設(shè)備維修的公司面臨的重要課題。
近年來，由于電力體制的改革，電力設(shè)備的維修也開始進(jìn)入市場，過去電力部門獨(dú)家負(fù)責(zé)設(shè)備維修的局面已被打破，電力設(shè)備制造部門也開始介入維修這一領(lǐng)域。由于設(shè)備制造商對設(shè)備的設(shè)計(jì)和薄弱環(huán)節(jié)了如指掌，加上備品備件來源有保證，往往在承接維修合同的競爭中處于有利地位。
電力部門對于設(shè)備的運(yùn)行狀況十分熟悉，對系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電氣、熱、機(jī)械應(yīng)力和氣象影響因素十分了解，承擔(dān)維修任務(wù)也具有優(yōu)勢。競爭促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展。過去電力設(shè)備維修常用的定時(shí)檢修（TimebasedMaintenance）和以定時(shí)檢修為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定延長或縮短維修周期的做法已不能滿足需要，需要發(fā)展新技術(shù)。
3.2主要技術(shù)內(nèi)容
以可靠性為中心的維修（RCM）和預(yù)測性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。
以可靠性為中心的維修（ReliabilitycenteredMaintenance）是在對元件的可能故障對整個(gè)系統(tǒng)可靠性影響評估的基礎(chǔ)上決定維修計(jì)劃的一種維修策略。RCM技術(shù)在60年代末開始發(fā)展起來。當(dāng)時(shí)由于寬體客機(jī)的投運(yùn)，系統(tǒng)變得十分復(fù)雜，航空系統(tǒng)沿用定時(shí)大修的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟(jì)上變得不可接受。根據(jù)元件故障后果的嚴(yán)重程度確定維修計(jì)劃的RCM收到了良好效果，使航空系統(tǒng)可靠性提高?，F(xiàn)在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。80年代美國EPRI將RCM引入核電站的維修，后來又應(yīng)用于火電廠，取得了提高可靠性和降低維修費(fèi)用的目的。現(xiàn)在正在研究變電站設(shè)備的RCM技術(shù)。
預(yù)測性維修（PredictiveMaintenance）是根據(jù)對潛伏故障進(jìn)行在線或離線測量的結(jié)果和其他信息來安排維修的技術(shù)。其關(guān)鍵是依靠先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對潛伏故障進(jìn)行分類和嚴(yán)重性分析（CriticalityAnalysis）,以決定設(shè)備（部件）是否需要立即退出運(yùn)行和應(yīng)及時(shí)采取的措施。
綜上所述，電力設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)涉及復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性評價(jià)、先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、故障嚴(yán)重性分析、壽命估計(jì)等領(lǐng)域。
3.3先進(jìn)傳感器
先進(jìn)的傳感器(AdvancedSensor)是實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維修的重要手段,是一個(gè)長盛不衰的研究熱點(diǎn)。這是因?yàn)?故障診斷技術(shù)的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息，這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎(chǔ)。為了提高故障診斷水平，研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點(diǎn)。原來用于軍事的傳感技術(shù)，也有一部分移植到電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測上來。例如，用于鍋爐管道高溫應(yīng)變測量的光纖傳感器，是帶有內(nèi)部諧振腔的光導(dǎo)纖維，它可直接貼在被測管道上。用于測量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器，是用氧化鋁保護(hù)的鉑電阻，其測量精度優(yōu)于1%。
美國電力研究院已開發(fā)出一種直接測量分析油中氣體的金屬*.絕緣子*.半導(dǎo)體傳感器，它可在線直接測量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢，現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器。下一步工作是把測量微水的傳感器和它集成起來，并配合負(fù)荷電流測量，弄清油中氣體、水分隨負(fù)荷的變化關(guān)系。
對紫外光下發(fā)螢光的一些傳感器，可能會(huì)用于測量發(fā)電廠中的高溫和應(yīng)變。研究人員還在研究利用偏振光遙測電場和磁場的技術(shù)，研究用壓電材料的薄膜來測量腐蝕和積塵，傳感器測得數(shù)據(jù)的無線傳輸也是需要解決的一個(gè)重要問題。
3.4故障診斷的信息處理技術(shù)
對采集到的信號(hào)加工處理，要比采集信號(hào)本身更為困難，信號(hào)加工和處理的目標(biāo)有3：從現(xiàn)場中大量的背景干擾信號(hào)中提取有用的信號(hào)；根據(jù)測得的信號(hào)進(jìn)行故障分類；判斷故障的嚴(yán)重程度，以便決定設(shè)備是否需要退出運(yùn)行。
為抑制現(xiàn)場測量中不可避免的干擾，除了應(yīng)用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)以外，近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術(shù)可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號(hào)（如現(xiàn)場測試中經(jīng)常遇到的載波信號(hào)干擾和噪雜聲干擾)，可以把有用信號(hào)從比信號(hào)強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的干擾中提取出來。
故障信號(hào)的分類則是更為困難的研究課題。過去用頻譜來區(qū)分故障類型的方法有很大的局限性。因?yàn)樵S多不同類型的故障信號(hào)頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的，在頻域內(nèi)很難加以區(qū)分。研究故障的“指紋特征”以及提取和識(shí)別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個(gè)重要的分支。在研究的故障分類方法有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。
4電磁兼容技術(shù)
電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個(gè)方面。在當(dāng)今信息社會(huì)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，因此，電磁兼容問題日顯重要。
電力系統(tǒng)中，在電網(wǎng)容量增大、輸電電壓增高的同時(shí)，以計(jì)算機(jī)和微處理器為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)、電網(wǎng)控制、通信設(shè)備得到廣泛采用。因此，電力系統(tǒng)電磁兼容問題也變得十分突出。例如，集繼電保護(hù)、通信、SCADA功能于一體的變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備，通常安裝在變電站高壓設(shè)備的附近，該設(shè)備能正常工作的先決條件就是它能夠承受變電站中在正常操作或事故情況下產(chǎn)生的極強(qiáng)的電磁干擾。此外，由于現(xiàn)代的高壓開關(guān)常常與電子控制和保護(hù)設(shè)備集成于一體，因此，對這種強(qiáng)電與弱電設(shè)備組合的設(shè)備不僅需要進(jìn)行高電壓、大電流的試驗(yàn)，同時(shí)還要通過電磁兼容的試驗(yàn)。GIS的隔離開關(guān)操作時(shí)，可以產(chǎn)生頻率高達(dá)數(shù)兆赫的快速暫態(tài)電壓。這種快速暫態(tài)過電壓不僅會(huì)危及變壓器等設(shè)備的絕緣，而且會(huì)通過接地網(wǎng)向外傳播，干擾變電站繼電保護(hù)、控制設(shè)備的正常工作。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，電磁兼容技術(shù)的重要性日益顯現(xiàn)出來。
4.1電磁兼容技術(shù)的主要內(nèi)容和發(fā)展趨勢
電力系統(tǒng)電磁兼容的主要內(nèi)容包括：
（1）電磁環(huán)境評價(jià)。即通過實(shí)測或數(shù)字仿真等手段，對設(shè)備在運(yùn)行時(shí)可能受到的電磁干擾水平（幅值、頻率、波形等）進(jìn)行估計(jì)。例如，利用可移動(dòng)的電磁兼容測試車對高壓輸電線路或變電站產(chǎn)生的各種干擾進(jìn)行實(shí)測，或通過電磁暫態(tài)計(jì)算程序?qū)赡墚a(chǎn)生的瞬變電磁場進(jìn)行數(shù)字仿真。電磁環(huán)境評價(jià)是電磁兼容技術(shù)的重要組成部分，是抗干擾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
（2）電磁干擾耦合路徑。弄清干擾源產(chǎn)生的電磁搔擾通過何種路徑到達(dá)擾的對象。一般來說，干擾可分為傳導(dǎo)型干擾和輻射型干擾2大類。傳導(dǎo)干擾是指電磁搔擾通過電源線路，接地線和信號(hào)線傳播到達(dá)對象所造成的干擾，例如，通過電源線傳入的雷電沖擊源產(chǎn)生的干擾；輻射干擾是指通過電磁源空間傳播到達(dá)敏感設(shè)備的干擾。例如，輸電線路電暈產(chǎn)生的無線電干擾或電視干擾即屬于輻射型的干擾。研究干擾的耦合途徑，對制定抗干擾的措施，消除或抑制干擾有重要的意義。
（3）電磁抗擾性評價(jià)。研究電力系統(tǒng)中各種敏感的設(shè)備儀表，如繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電能計(jì)量儀表等耐受電磁干擾的能力。一般是采用試驗(yàn)來模擬運(yùn)行中可能出現(xiàn)的干擾并在設(shè)備盡可能接近工作條件下，試驗(yàn)被試設(shè)備是否會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)或永久性損壞。設(shè)備的抗擾性決定于該設(shè)備的工作原理，電子線路布置、工作信號(hào)電平，以及所采取的抗干擾措施。隨著電力系統(tǒng)中各種自動(dòng)化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的廣泛采用，隨著強(qiáng)電設(shè)備與強(qiáng)電設(shè)備集成為一體的趨向，如何評價(jià)這些設(shè)備耐受干擾的能力、研究實(shí)用和有效的試驗(yàn)方法，制定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將成為電力系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)的重要課題。
（4）抗干擾措施，電磁干擾的產(chǎn)生和耦合。敏感設(shè)備是不可能完全避免電磁搔擾的。因此，往往比較經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法是在敏感設(shè)備上應(yīng)用抗干擾措施。例如，電力調(diào)度大樓遭受雷擊是不可避免的。但通往系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行可通過正確的接地、屏蔽、隔離措施加以保證。研究有效經(jīng)濟(jì)和適用的抗干擾措施也是未來電磁兼容領(lǐng)域的重要任務(wù)。
（5）電能質(zhì)量。國際大電網(wǎng)會(huì)議36學(xué)術(shù)委員會(huì)（電力系統(tǒng)電磁兼容）把電能質(zhì)量控制也列入電磁兼容的范疇，研究頻率變化、諧波、電壓閃變、電壓驟降等對用戶設(shè)備性能的影響。
2.配電網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化配電網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化技術(shù)主要運(yùn)用在改造城鄉(xiāng)的配電網(wǎng)上，目的是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化，解決城鄉(xiāng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的問題，促進(jìn)電網(wǎng)的發(fā)展，這樣才有利于確保電網(wǎng)運(yùn)行的平穩(wěn)安全，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)能對用戶計(jì)量表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)排查出故障，減少切點(diǎn)情況的發(fā)生，降低用電量損失。另外，利用系統(tǒng)檢測能計(jì)算出線路線損，保證線路運(yùn)行更加通暢。
二、電力工程中電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用
1.現(xiàn)場總線技術(shù)幾年來，現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸興起，并在電力工程中起著不可或缺的作用。現(xiàn)場總線技術(shù)，不僅有利于實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化裝置和控制器之間的連接，還有利于解決電氣設(shè)備與高級(jí)控制系統(tǒng)間的信息傳遞問題。具體來說，這項(xiàng)技術(shù)就是將傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)所獲得的信息參數(shù)傳遞到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)通過分析數(shù)據(jù)模型，顯示出電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障，然后利用布線技術(shù)將最終指令傳送到控制設(shè)備上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的控制功能。現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢是，利用信息技術(shù)就能對電力系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，這樣就大大降低了管理難度，而且有利于技術(shù)人員分析不同渠道的供電數(shù)據(jù)，以此全面掌握用戶的用電需求，制定出行之有效的電力營銷策略。
2.主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為電力自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)之一，主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)給軟件工程造成了非常大的變革，也影響著軟件的開發(fā)與利用。在電力工程中，主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)是一種監(jiān)控技術(shù)手段，可以主動(dòng)對電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)督控制，以提高供電的可靠性，還有利于降低對信息數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算速度，這樣處理電力數(shù)據(jù)的成本也就大大減少了。采用對象技術(shù)和觸發(fā)機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的自動(dòng)監(jiān)控，而且信息數(shù)據(jù)在處理之后能夠提高準(zhǔn)確率和利用價(jià)值，這樣相關(guān)技術(shù)人員就能對數(shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)處理，操作使也有了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料可以參考。目前隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的更新與發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)也得到了更加復(fù)雜和全面的功能，更多先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)入電力自動(dòng)化建設(shè)，有利于提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視與控制功能，進(jìn)而滿足工業(yè)生產(chǎn)和生活的需要。
3.光互連技術(shù)在繼電和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，光互連技術(shù)運(yùn)用得比較廣泛，這種技術(shù)主要是利用探測器功率限制電力扇出數(shù)，提升電力系統(tǒng)的集成度，并且不存在信道對帶寬的限制，有利于實(shí)現(xiàn)重構(gòu)互連，另外光互聯(lián)技術(shù)的干擾性比較強(qiáng)，能使數(shù)據(jù)傳輸更加便捷。而電子傳輸和電子交換技術(shù)的運(yùn)用，不僅有利于拓展互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，還能促進(jìn)編程結(jié)構(gòu)的不斷改善，讓電力系統(tǒng)的靈活性得到增強(qiáng)。除此之外，光互連技術(shù)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以通過搜集和分析電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料，及時(shí)找到出現(xiàn)故障的位置，以提高電力故障的處理效率，盡可能避免因故障帶來的不必要損失，這樣才能提高電力服務(wù)的質(zhì)量。光互連技術(shù)還有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，在技術(shù)使用方面更具靈活性，產(chǎn)生的畫面也更為清晰，為電力調(diào)度人員開展電力調(diào)度工作提供了參考標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，因此在電力系統(tǒng)中被廣泛運(yùn)用。
電力線通信簡稱PLC（PowerLineCommunication0）是利用配電網(wǎng)低壓線路傳輸多媒體信號(hào)的一種通信方式。在發(fā)送時(shí)利用GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）或OFDM（正交頻分多路復(fù)用）調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有高頻信息的高頻加載于電流，然后再電力線上傳輸，在接收端先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號(hào)取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話，實(shí)現(xiàn)信息傳遞。類似的電力線通技術(shù)信早已有所應(yīng)用，電力系統(tǒng)中在中高壓輸電網(wǎng)(35千伏以上)上通過電力載波機(jī)利用較低的頻率以較低速率傳送遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)或話音，就是電力線通信技術(shù)應(yīng)用的主要形式之一，已經(jīng)有幾十年歷史。
PLC接入設(shè)備分局段設(shè)備和用戶端PLC調(diào)制解調(diào)器。局段負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)連接。在通信時(shí)來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器后，通過用戶配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端設(shè)備將信號(hào)解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。該技術(shù)不需要重新布線，在現(xiàn)有低壓配電線路上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、和視頻業(yè)務(wù)的承載。終端用戶只需插上電源插座即可實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視接收、打電話等。同樣電力線通信技術(shù)也可應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域，對于重要場所的監(jiān)控和保護(hù)，一直需要投入大量的人力和財(cái)力，現(xiàn)在只需利用電源線，用極低的代價(jià)更新原有監(jiān)控設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前電力系統(tǒng)抄表,基本上主要依靠人工抄表完成。人工抄表的準(zhǔn)確性、同步性難以保證。同時(shí)由于抄表地點(diǎn)分散，表記數(shù)量眾多，所以抄表的工作量巨大?；陔娏€路載波(PLC)通信方式的自動(dòng)抄表裝置，由于不需要重鋪設(shè)通信信道，節(jié)省了施工及線路費(fèi)用,成為現(xiàn)代電力通訊的首選方式，使得抄表的工作量大大減少。近年來居民小區(qū)及大樓朝智能化發(fā)展，現(xiàn)在的智能化建筑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5A。但是這些不同的系統(tǒng)自動(dòng)化需要不同的網(wǎng)絡(luò)支持；給建設(shè)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來了巨大的壓力。借助電力線通信技術(shù)，無論是監(jiān)控、消防、樓宇還是辦公或者通信自動(dòng)化都可以利用電力線實(shí)現(xiàn)，便于管理和擴(kuò)展。
電力線通信主要優(yōu)勢：
電力線通信有無可比擬的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢，我國擁有全世界排名第二的電力輸電線路，擁有用電用戶超過10億，居民家里誰都離不開電力線；顯然連接這10億用戶的既存電力線是提供上網(wǎng)服務(wù)的巨大物質(zhì)基礎(chǔ)。在廣闊的農(nóng)村地區(qū)，特別是那些電話網(wǎng)絡(luò)不太發(fā)達(dá)的地區(qū)，PLC更有用武之地，畢竟電力網(wǎng)規(guī)模之大是任何網(wǎng)都不可比擬的。雖然這些地區(qū)上網(wǎng)短期需求量并不大，市場發(fā)展成熟較慢，但會(huì)存在電力線上網(wǎng)先入為主的局面，對PLC的長遠(yuǎn)發(fā)展和擴(kuò)展非常有利。
電力線通信可充分利用現(xiàn)有低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，不需要任何新的線路鋪設(shè)，隨意接入，簡單方便的安裝設(shè)備及使用方式，節(jié)約了資源和費(fèi)用，無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物和公共設(shè)施的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力，共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接，高通訊速率可達(dá)141Mbps（將未通過升級(jí)設(shè)備可達(dá)200Mbps）。PLC調(diào)制解調(diào)器放置在用戶家中，局端設(shè)備放置在樓宇配電室內(nèi)，隨著上游芯片廠商14M產(chǎn)品技術(shù)相對成熟。PLC設(shè)備整體投入不斷下降，據(jù)調(diào)查當(dāng)前14M的PLCModem產(chǎn)品其成本已降到普通的ADSL接入貓相仿的水平，而局端設(shè)備則更便宜。由于一般一個(gè)局端拖帶PLC調(diào)制解調(diào)器的規(guī)模為20-30臺(tái)，因此隨著用戶的增長，局端設(shè)備可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)增加，這一點(diǎn)對于運(yùn)營商來說，不必在設(shè)備采購初期投入巨大的資金。因此也有寬帶網(wǎng)絡(luò)接入最后一公里最具競爭力的解決方案之稱。
電力線通信的缺點(diǎn)
超導(dǎo)限流器是電力系統(tǒng)中十分重要的裝置之一，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的價(jià)值與意義。超導(dǎo)限流器的主要作用是對電流進(jìn)行檢測與限制，也具有觸發(fā)的功能，這種裝置的阻抗變化范圍很大，響應(yīng)-恢復(fù)時(shí)間較短，速度較快，正是這些優(yōu)勢決定了高溫超導(dǎo)限流器可以有效地保護(hù)電氣設(shè)備，改善供電的可靠性，有效提高供電的穩(wěn)定性。
1.2高溫超導(dǎo)輸電超導(dǎo)
電力技術(shù)中最為直接的技術(shù)就是高溫超導(dǎo)輸電，這也是電力超導(dǎo)技術(shù)最初發(fā)展的目標(biāo)之一。利用高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)可以極大的提高輸電效率，有效降低輸電損失，節(jié)省大量的電力資源。這是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的必然趨勢，也是滿足建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的必然選擇。
1.3超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)
能源成為現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展過程之中最為重要的因素之一，也是現(xiàn)代各個(gè)國家之間競爭的主要因素之一。能源的形式又很多種，例如風(fēng)能、太陽能以及潮汐能等等，這些能量雖然都是可再生能源，但是其存在形式都不穩(wěn)定，要想對其進(jìn)行利用就必須將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的能量形式。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)就具備這一特性，超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)速度快、輸出功率較高、控制較為靈活，這些特點(diǎn)決定了它可以實(shí)現(xiàn)高效調(diào)度和適時(shí)動(dòng)態(tài)功率的平衡，這對于提高電網(wǎng)供電質(zhì)量和儲(chǔ)存電能等方面具有重要的意義和價(jià)值。
1.4超導(dǎo)電機(jī)超導(dǎo)
電機(jī)也是現(xiàn)代超導(dǎo)電力技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)主要方向，主要分為超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)兩種形式。無論是超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)還是超導(dǎo)變壓器都具有極限單機(jī)容量高的特點(diǎn)，正是這一特點(diǎn)決定了超導(dǎo)電機(jī)的重要價(jià)值。超導(dǎo)電機(jī)損耗小、重量輕，占地面積較少，這些優(yōu)勢都決定了超導(dǎo)電機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)的廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模在逐步擴(kuò)大，為了降低電力傳輸成本，減少占地面積，超導(dǎo)電機(jī)便得到了更為廣泛的應(yīng)用。
2超導(dǎo)電力技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人們已經(jīng)逐步認(rèn)識(shí)到能源對于現(xiàn)代社會(huì)的意義與價(jià)值，電力行業(yè)在發(fā)展過程之中必須注重能源的節(jié)約，只有這樣才能促進(jìn)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。超導(dǎo)電力技術(shù)具有很多得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了電力行業(yè)的快速發(fā)展，為現(xiàn)代電力事業(yè)的進(jìn)步注入了新的力量。未來社會(huì)之后，人們對于超導(dǎo)電力技術(shù)的重視程度必將逐步增加，超導(dǎo)電力技術(shù)的發(fā)現(xiàn)主要是以下幾個(gè)方向。
2.1向高電壓等級(jí)發(fā)展現(xiàn)階段
我國的超導(dǎo)電力技術(shù)發(fā)展主要在配電方面，但是隨著超導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步與成熟，超導(dǎo)電力技術(shù)必將向高電壓等級(jí)發(fā)展，也就逐步實(shí)現(xiàn)由配電向輸電方向發(fā)展。這種發(fā)展趨勢已經(jīng)日益明朗，國外很多先進(jìn)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了改方向的初步轉(zhuǎn)變，也為我國超導(dǎo)電力技術(shù)想高電壓等級(jí)發(fā)展指明了方向。2.2超導(dǎo)裝置向功能集成化方向發(fā)展，并且超導(dǎo)電力技術(shù)的原理愈加多樣化現(xiàn)階段，超導(dǎo)裝置仍然處于發(fā)展的初級(jí)階段，一般的超導(dǎo)裝置都是單獨(dú)使用的，這就決定了功能的單一性。在未來社會(huì)的發(fā)展過程之中，超導(dǎo)裝置必將實(shí)現(xiàn)其集約化，將更多的超導(dǎo)裝置組合在一起進(jìn)行工作，使其發(fā)揮更大的作用與價(jià)值。其次，超導(dǎo)裝置功能也在逐步實(shí)現(xiàn)集約化，也就是不斷地拓展裝置的功能，使其實(shí)現(xiàn)兩種或者多種功能。最后，超導(dǎo)電力技術(shù)的原理也會(huì)變得多樣化，這樣可以克服超導(dǎo)電力技術(shù)的苛刻條件，促進(jìn)超導(dǎo)電力技術(shù)的全方面發(fā)展。
2.3超導(dǎo)輸電
可能向超導(dǎo)直流方向發(fā)展與超導(dǎo)交流相比，超導(dǎo)直流輸電效率更高，因?yàn)樗鼪]有交流損耗；并且在相同的輸電容量下，直流比交流具有更高的性價(jià)比。中國和日本在超導(dǎo)直流輸電方面都開展了實(shí)驗(yàn)，中科院電工所在建的用于電解鋁廠供電的。
2電力電子技術(shù)對電力系統(tǒng)的重要作用
電力系統(tǒng)由輸配電路器、發(fā)電設(shè)備和伏在用電設(shè)備三大部分組成。電力系統(tǒng)是歷史上逐步擴(kuò)建，直到聯(lián)網(wǎng)之后才發(fā)展起來的，是一個(gè)地域分布廣、設(shè)備眾多、運(yùn)行參數(shù)相互影響且瞬變很快的大系統(tǒng)，其對于安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行具有重大意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備已經(jīng)著手進(jìn)入電力系統(tǒng)，并為解決電能控制提供了技術(shù)手段。據(jù)不完全估計(jì)，發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能不得不經(jīng)過一次或者更多的電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在面向社會(huì)現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)就是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢圆环咆试~地說，如果脫離了電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)在如今的成就將不會(huì)如此。
3電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1電力系統(tǒng)的智能控制
電力系統(tǒng)的控制應(yīng)用與研究在先前的40多年內(nèi)，大體上可分為三個(gè)階段：以傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出基礎(chǔ)的控制階段；以線性最優(yōu)控制、非線性控制及多臺(tái)電腦機(jī)器系統(tǒng)協(xié)調(diào)的控制階段；智能性的控制階段。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新階段，基本上是用來解決和處理那些用傳統(tǒng)方法難以解決和解釋的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題；特別是用于具有強(qiáng)非線性、模型不確定性、需要很強(qiáng)適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。所以說，智能控制在電力系統(tǒng)工程某些應(yīng)用方面的前景與路線非常廣闊，在對其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，要由某些人工設(shè)置好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以協(xié)調(diào)和控制。
3.2柔流輸電系統(tǒng)
在輸電系統(tǒng)一些特別重要的地方，采用電力裝置對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)（如相位差、電壓、電抗、感抗等）進(jìn)行調(diào)整控制，使輸電更加可靠、更加精確，能具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將微機(jī)處理技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)，應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可控性、運(yùn)行性、可靠性能和電能質(zhì)量，而且可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。
4基于電力電子技術(shù)的智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展和應(yīng)用
4.1前景
對于電力行業(yè)，智能電網(wǎng)是未來的大勢所趨，可再生能源是推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的重要原動(dòng)力。傳統(tǒng)的集中式、大容量、可計(jì)劃的發(fā)電方式正在受到清潔化、不穩(wěn)定、靈活可調(diào)節(jié)、分布式的發(fā)電方式?jīng)_擊。以前的結(jié)構(gòu)是電廠盡可能集中、大容量。這種集中式大容量的電廠發(fā)出來的電，通過電網(wǎng)輸配電送到千家萬戶使用，它是單向的。而現(xiàn)在隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的興起，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可調(diào)性提高了要求。但可再生能源由于具有清潔、靠近用戶側(cè)的優(yōu)勢，未來前景廣闊，如何解決其先天的不穩(wěn)定劣勢，這就需要可再生能源發(fā)電變得更加智能，比如通過信息化、IT的技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等實(shí)現(xiàn)預(yù)測功能。因此，可再生能源是推動(dòng)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)遷移的重要原動(dòng)力之一。一旦實(shí)現(xiàn)了向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)型，電價(jià)就可以根據(jù)未來的天氣做出調(diào)整，人們的很多生活方式都會(huì)受到影響。智能電網(wǎng)影響的是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，無論是發(fā)電端，還是輸配電環(huán)節(jié)，一直到最終的售電用電環(huán)節(jié)都會(huì)有深刻的變化。
4.2實(shí)現(xiàn)的手段
要讓能源變得更加智慧，自然少不了IT技術(shù)的幫助。電力和IT，也就是信息系統(tǒng)深度融合到一起。以前的IT技術(shù)對電網(wǎng)來說是起支撐作用，但到了智能電網(wǎng)階段，IT是真正實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力，是深度融合的，不可分割的。IT的信息系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)對整個(gè)智能電網(wǎng)的構(gòu)成是基礎(chǔ)性的，這對我們來講是個(gè)很大的機(jī)會(huì)。更美好的智能電網(wǎng)，是一個(gè)將用戶、電力、設(shè)備緊密聯(lián)接在一起的電網(wǎng)，是一個(gè)無時(shí)不在、無瓦不用的全聯(lián)接電網(wǎng)。而這種美好圖景，未來將與移動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新概念結(jié)合在一起，巨大的革新需要眾多企業(yè)參與其中。
（1）在電力計(jì)量中，有功電能的計(jì)量出現(xiàn)誤差。電力計(jì)量中的有功電能是三相四線系統(tǒng)，由三相三線二元件電度表來對電力進(jìn)行計(jì)量。三相中的每一相都能夠與零線相連，成為一個(gè)單相回路。如果負(fù)荷不平衡而導(dǎo)致了零序電壓的產(chǎn)生，零序電流流過零線，三相電流之和出現(xiàn)異常。而三相三線二元件電度表沒有對被零序電流消耗的功率進(jìn)行計(jì)算，在電力計(jì)量時(shí)就會(huì)少計(jì)電量。
（2）電阻過大造成計(jì)量誤差。在三相四線三元件電度表中，存在較大的中性線電阻，這就會(huì)造成電力計(jì)量的誤差。有些計(jì)量點(diǎn)雖然已經(jīng)開始使用三相四線三元件電度表，但電阻過大的情況依然會(huì)出現(xiàn)。這主要是由于施工失誤或者其他原因，中性線被斷開。這就造成接觸電阻和中性線電阻都過大，嚴(yán)重影響了電力計(jì)量的準(zhǔn)確性。
1.2沒有齊全的電力計(jì)量裝置配備
（1）一表乘三的計(jì)量方式。很多三相不平衡的地區(qū)卻使用一表乘三的方式來對電力進(jìn)行計(jì)量，這顯然不能對電力進(jìn)行有效的計(jì)量。
（2）無表估算的計(jì)量方式。該方法對用戶用電量的計(jì)算方式是從用戶用電時(shí)間和用電設(shè)備的容量進(jìn)行估算。而居民用電的連續(xù)性并不強(qiáng)，更沒有高撫負(fù)荷率。這種方法的主觀性太強(qiáng)，很容易造成人為的管理漏洞，對電力的計(jì)量準(zhǔn)確性很低。
（3）對電流互感器沒有合理的使用。不合理的使用主要包括CT外接負(fù)載重和CT變比大兩種。除了不合理的選擇之外，低負(fù)荷的配變也是造成CT變比大的重要原因。由于CT選擇電流的標(biāo)準(zhǔn)是配變額定二次電流，因此，CT的選擇精確度高于運(yùn)行精確度，當(dāng)負(fù)荷率較低時(shí)，就容易造成電度表的誤差。此外，由于一些計(jì)量點(diǎn)的引線過長而且引線的截面太小，造成較大的接觸電阻，致使CT外接的負(fù)載較重。
1.3沒有對計(jì)量裝置進(jìn)行正確的安裝
接地線沒有安裝牢固，就會(huì)導(dǎo)致較大的接觸電阻值，引起誤差。如果計(jì)量點(diǎn)對計(jì)量設(shè)備的安裝工藝不規(guī)范，造成電度表過大的傾斜，也會(huì)產(chǎn)生誤差。當(dāng)負(fù)荷率較低時(shí)誤差也會(huì)隨之增大。如果外界的溫度和環(huán)境發(fā)生改變，就會(huì)引起電壓、電流、制動(dòng)磁通、相位角等因素的改變，溫度附加誤差增大，因此冬季的電力計(jì)量準(zhǔn)確性較差。
2如何提高電力計(jì)量的準(zhǔn)確性
2.1從電力計(jì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行改善
（1）研發(fā)并推廣先進(jìn)的電力計(jì)量技術(shù)，能夠極大的改善電力計(jì)量不準(zhǔn)確的情況。電力計(jì)量裝置要對電能表、互感器和二次回路進(jìn)行科學(xué)的選擇，電能表的穩(wěn)定性和精確度都必須達(dá)標(biāo)，對于不符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的電能表要及時(shí)淘汰，并予以禁用。要引進(jìn)先進(jìn)的電力計(jì)量管理經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，提高電力計(jì)量的技術(shù)水平，并建立符合實(shí)際的電力計(jì)量檢測體系。電力企業(yè)要在相關(guān)部門的指導(dǎo)下，不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)新技術(shù)和新產(chǎn)品，不斷對現(xiàn)有的電力計(jì)量工作進(jìn)行改進(jìn)，特別是要及時(shí)淘汰一表乘三和無表估算等落后的計(jì)量方法。
（2）在運(yùn)行管理中強(qiáng)化輪換和周檢。要對電壓電流互感器的合成誤差進(jìn)行管理，在二次負(fù)荷范圍內(nèi)可以對其進(jìn)行準(zhǔn)確度的控制?？梢杂谜`差補(bǔ)償器和誤差互補(bǔ)的辦法來補(bǔ)償計(jì)量綜合誤差，提高電力計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2.2對計(jì)量選型定表進(jìn)行綜合分析
（1）對動(dòng)力電進(jìn)行合理的計(jì)量，這就需要對動(dòng)力和照明的電量進(jìn)行合理計(jì)量，以防止表前竊電。對計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最好將表閘和燈動(dòng)進(jìn)行分開計(jì)量。驗(yàn)收配變臺(tái)要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，互感器、動(dòng)力電度表和熔絲、刀閘開關(guān)要隔開裝置。表門鑰匙由電力企業(yè)掌控，用戶掌控刀閘開關(guān)鑰匙。計(jì)量點(diǎn)要保持良好的密封，降低外界環(huán)境對計(jì)量精確度的影響。
（2）正確的接線方式能夠減少電力計(jì)量的誤差。一組電流傳感器不能同時(shí)具有電能表和二次設(shè)備。最好使用一組二次繞組的計(jì)量表，降低電壓互感器的阻抗。要保障電能表的電流線有足夠大的截面積，以免負(fù)載過重。
2.3加強(qiáng)管理水平，實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理
對電力的計(jì)量必須嚴(yán)格按照《計(jì)量法》，電力企業(yè)還要建立和完善各種相關(guān)制度，以制度來提高電力企業(yè)的電力計(jì)量水平和管理水平，加強(qiáng)各部門之間的崗位配合和銜接，做好動(dòng)態(tài)管理，建立責(zé)任制度和獎(jiǎng)懲制度。要對電力計(jì)量設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制檢驗(yàn)，現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，對不合格的電能計(jì)量表堅(jiān)決淘汰。電力企業(yè)要加強(qiáng)對計(jì)量人員的培訓(xùn)力度，提高計(jì)量人員的技術(shù)水平和整體素質(zhì)，不斷引進(jìn)高素質(zhì)的計(jì)量人才。要對計(jì)量人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的管理，并定期為計(jì)量人員提供學(xué)習(xí)培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，提高計(jì)量人員的計(jì)量水平，減少人為誤差。
1.電力電子技術(shù)的發(fā)展
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。
1.1整流器時(shí)代
大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費(fèi)的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機(jī)車、電傳動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)車、地鐵機(jī)車、城市無軌電車等)和直流傳動(dòng)(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當(dāng)時(shí)國內(nèi)曾經(jīng)掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時(shí)的產(chǎn)物。
1.2逆變器時(shí)代
七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機(jī),交流電機(jī)變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
1.3變頻器時(shí)代
進(jìn)入八十年代,大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展,為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn),又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機(jī)遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達(dá)到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機(jī)變頻調(diào)速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域
2.1計(jì)算機(jī)高效率綠色電源
高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)帶領(lǐng)人類進(jìn)入了信息社會(huì),同時(shí)也促進(jìn)了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代,計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個(gè)人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源,根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署l992年6月17日“能源之星"計(jì)劃規(guī)定,桌上型個(gè)人電腦或相關(guān)的設(shè)備,在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關(guān)電源
通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動(dòng)了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機(jī)用的一次電源中,傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代,高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/12.5A、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A、48V/400A。
因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護(hù),且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制,同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能,并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源),同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術(shù),開關(guān)頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化,因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時(shí)仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實(shí)現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形成。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機(jī)電源
高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源,代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。
逆變焊機(jī)電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經(jīng)高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩(wěn)定的直流,供電弧使用。
由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題,也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器,通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析,達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的,進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流300A,負(fù)載持續(xù)率60%,全載電壓60~75V,電流調(diào)節(jié)范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源
大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。
國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。
2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)
分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產(chǎn)效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢
在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。
3.1高頻化
理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的5~l0%。無論是逆變式整流焊機(jī),還是通訊電源用的開關(guān)式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造,成為“開關(guān)變換類電源”,其主要材料可以節(jié)約90%或更高,還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化,帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益,更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管,實(shí)質(zhì)上都屬于“標(biāo)準(zhǔn)”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機(jī)的體積,更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重,對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(gè)模塊固定在相應(yīng)的散熱器上,就構(gòu)成一臺(tái)新型的開關(guān)電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機(jī)體積,更重要的是取消傳統(tǒng)連線,把寄生參數(shù)降到最小,從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低,提高系統(tǒng)的可靠性。另外,大功率的開關(guān)電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作,采用均流技術(shù),所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流,一旦其中某個(gè)模塊失效,其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個(gè)系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統(tǒng)可靠性,即使萬一出現(xiàn)單模塊故障,也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作,而且為修復(fù)提供充分的時(shí)間。
3.3數(shù)字化
在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中,控制部分是按模擬信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代,電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是,現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào),也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說,模擬技術(shù)還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術(shù)的知識(shí),但是對于智能化的開關(guān)電源,需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí),數(shù)字化技術(shù)就離不開了。
3.4綠色化
（二）機(jī)電一體化的發(fā)展和應(yīng)用在電力系統(tǒng)方面，我國主流的研究方向是通過電力技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電能的科學(xué)控制和管理。在不久的將來，我國幾乎全部的電能都是靠電力技術(shù)對其進(jìn)一步處理，然后投入并使用。機(jī)電一體化可以有效的將電力技術(shù)和使用設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一整合，隨著最近幾年機(jī)電一體化的快速發(fā)展，為我國電力技術(shù)的深入發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。
（三）智能技術(shù)的推廣智能技術(shù)的應(yīng)用，可以使設(shè)備具有自適應(yīng)和自控制的能力，隨著電子計(jì)算機(jī)和人工智能等理論和技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，電力控制系統(tǒng)的智能化進(jìn)入到了嶄新的歷史時(shí)期。智能化的電力控制系統(tǒng)可以對操作過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和判斷，從而可以全面地提升電力系統(tǒng)的管理水平和服務(wù)質(zhì)量。智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也成為了今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
二、電力技術(shù)的應(yīng)用
對電力系統(tǒng)的意義電力技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)設(shè)備的控制，這種技術(shù)主要是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，雖然電力技術(shù)在我國的電力系統(tǒng)中應(yīng)用的時(shí)間不算長，但其發(fā)展速度卻十分迅速，我國的電力系統(tǒng)已經(jīng)有了一套比較完整的體系。電力技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效改善發(fā)電機(jī)等多種設(shè)備的運(yùn)行特征，從而實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)功率的調(diào)節(jié)。主要的表現(xiàn)是：對大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁的控制、對水力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁控制和對發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速控制。在火電廠中，風(fēng)機(jī)水泵的發(fā)電量占很大的比重，但它的效率也比較低，通過變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行的效率，但是我國目前的企業(yè)很少有能夠生產(chǎn)高壓大容量的變頻器，其精確度也有待提高。電力技術(shù)的目的是為了實(shí)現(xiàn)對電能的有效利用和提升電力行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，其主要的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：提高電力行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，電力技術(shù)的廣泛應(yīng)用不僅可以提高資源的利用率，降低人力成本和管理成本，而且還可以促進(jìn)和完善電力系統(tǒng)的功能，從而使我國的電力行業(yè)朝著低耗能和高效率的方向發(fā)展。電力技術(shù)的應(yīng)用使我國的電力行業(yè)和其他的新興產(chǎn)業(yè)相融合，調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，機(jī)電一體化的進(jìn)程促進(jìn)了電力行業(yè)的發(fā)展，提升了電力企業(yè)的實(shí)力。
三、應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的主要電力技術(shù)
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是通過電纜進(jìn)行傳輸?shù)?，而電纜一般是鋪在地下的，這也就增加了故障排查的難度。太赫茲波可以穿過泥土、塑料和石灰板等難以移動(dòng)和清除的物質(zhì)，可以對鋪在地下的電纜進(jìn)行有效的觀察。太赫茲波發(fā)達(dá)的敏感性可以探測到非常細(xì)微的問題和缺陷，因此太赫茲探測器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅可以大大降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，維護(hù)人員安全，而且可以提高檢測的精確度，降低企業(yè)的成本。太赫茲檢測技術(shù)的運(yùn)用還可以有效的抑制偷電行為，大范圍的檢測到偷電狀況，減少偷電行為發(fā)生的概率。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用GPRS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對通信速度、質(zhì)量和可靠性的要求。GPRS既可以作為遠(yuǎn)動(dòng)通信的備用頻道，又可以作為非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要通道。它是一種基于GSM無線系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，也就是無線分組業(yè)務(wù)，可以通過無線IP實(shí)現(xiàn)終端和終端或者終端到互聯(lián)網(wǎng)之間的連接。GPRS技術(shù)的引用可以使用戶免受斷線的阻擾，保證數(shù)據(jù)傳送和語音通話能夠同時(shí)進(jìn)行，分組交換技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面提高傳輸速率，GPRS可以同時(shí)利用一個(gè)無線頻道的全部時(shí)隙，可以達(dá)到理論上的最大傳輸速率，但在現(xiàn)實(shí)中，運(yùn)營商不可能把所有的時(shí)隙分配給數(shù)據(jù)服務(wù)，但與其他的數(shù)據(jù)交換服務(wù)相比，仍然有很大的優(yōu)勢；另一方面是永不斷線，只要在無線頻道中，用戶發(fā)送或者接受的消息就能通過GPRS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。因?yàn)橐陨系膬?yōu)點(diǎn)，GPRS技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
四、電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
（一）電力技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用電力技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在對發(fā)電機(jī)中電磁和頻率的控制。在我國大型電廠的發(fā)電機(jī)中主要采用的是靜態(tài)電磁系統(tǒng)，隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電磁控制樞紐逐漸被取代，實(shí)現(xiàn)了對靜態(tài)電磁的方便控制。不僅對靜態(tài)電磁的進(jìn)行了自身調(diào)整，也提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行速度。電力技術(shù)在電廠電力系統(tǒng)中的普及，可以有效控制發(fā)電時(shí)水源頭的壓強(qiáng)和水力的流速，使水力發(fā)電系統(tǒng)隨著水流的壓強(qiáng)和流速改變而改變，從而保障發(fā)電機(jī)以穩(wěn)定的效率運(yùn)行。
（二）電力技術(shù)在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用輕型直流輸電技術(shù)（HDVCLIGHT）具有可靠性高、容量大、易調(diào)節(jié)和靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，這種技術(shù)應(yīng)用到海底電纜或者在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)有著明顯的優(yōu)勢，可以避免出現(xiàn)停運(yùn)或者閃爍的狀況。柔流輸電技術(shù)（FACTS）最早是在20世紀(jì)80年代提出的，是目前發(fā)展比較迅速的新型技術(shù)，這種技術(shù)良好地結(jié)合了電子技術(shù)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)中電壓、相位和功率等參數(shù)的控制，不僅改善了電能的輸送狀況，而且降低了電能在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的損耗，該技術(shù)的運(yùn)用大大增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于電能的輸送，高壓直流輸電技術(shù)成為近來關(guān)注的焦點(diǎn)，遠(yuǎn)距離的高壓輸電可以解決許多問題，與交流電相比，減少在相同條件下電能的損耗，穩(wěn)定的電流減少了電抗壓降，整體壓降的減小可以減少對線路的投資，提供輸送的穩(wěn)定性。
在科技發(fā)展的帶動(dòng)下，電網(wǎng)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，而配電網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度也在不斷的提高，這就為電力自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了良好的契機(jī)。電力自動(dòng)化技術(shù)融合了現(xiàn)代化的電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等一系列高科技技術(shù)手段。在電力工程當(dāng)中，它能夠幫助電力系統(tǒng)進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控和監(jiān)視管理工作。電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，是電力系統(tǒng)得到了更加穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
1.2 電力自動(dòng)化技術(shù)的要求
電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用要保證電力系統(tǒng)中各個(gè)組成部分都要符合技術(shù)要求，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)基于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，保證操作人員的實(shí)際控制和協(xié)調(diào)工作。利用電力自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)更多的注重對安全性能方面的優(yōu)化，減少事故率，以達(dá)到節(jié)省人力和物力的目的。此外，要對電力系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)和各方面的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行收集和檢驗(yàn)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，以確保電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，還要保證電力系統(tǒng)在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的條件下，發(fā)揮正常的作用。
2 電力工程中電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用
2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)場總線技術(shù)是將電力工程現(xiàn)場的智能自動(dòng)化裝置和其它的儀表控制設(shè)備等連接在一起，共同構(gòu)成一個(gè)多項(xiàng)、多站、串行的數(shù)字化、一體化信息網(wǎng)絡(luò)。通過這種連接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)設(shè)備、智能傳感器設(shè)備、數(shù)字通訊設(shè)備、控制設(shè)備等有效的融合[1]。
現(xiàn)場總線技術(shù)是通過利用分散電力工程中的控制功能，來實(shí)現(xiàn)其在電力工程中的作用，同時(shí)配備了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，對被控設(shè)備的信息進(jìn)行收集和處理。只需要將這些信息與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，然后設(shè)定相應(yīng)的信息調(diào)度命令，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。在實(shí)際操作中，總線設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)前置機(jī)和上位機(jī)之間的配合，從下方對電力工程進(jìn)行控制。然后通過控制相應(yīng)的儀表設(shè)備，來提高電力系統(tǒng)中控制功能的性能。
2.2 主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用
在電力工程當(dāng)中，主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要是應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的監(jiān)視系統(tǒng)中。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，給電力系統(tǒng)的開發(fā)、繼承、封裝等工作都帶來了很大的幫助，也在一定程度上促進(jìn)了軟件技術(shù)的改革和發(fā)展[2]。實(shí)踐證明，主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)在電力系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用取得了十分良好的效果，也受到了廣泛的支持。和電力工程中其它的關(guān)系數(shù)據(jù)庫相比，由于主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)是用來支持對象標(biāo)準(zhǔn)，因此其主要作用是對電力工程中的技術(shù)和主動(dòng)功能進(jìn)行技術(shù)支持。正是由于主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)的這些功能特點(diǎn)，以及其良好的穩(wěn)定性和兼容性，使得其在電力系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并逐漸取代了其它的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠通過電力系統(tǒng)中的監(jiān)視功能，充分的利用對象函數(shù)的作用，來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。隨著觸發(fā)機(jī)制的使用，能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)和控制數(shù)據(jù)庫的監(jiān)視功能，也為數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)省了大量的時(shí)間。
2.3 光互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用
在此過程中，它能夠避免時(shí)間應(yīng)電容性的負(fù)載影響，也不會(huì)受到平面的限制。同時(shí)，還能夠促進(jìn)電力系統(tǒng)的集成度提升，加強(qiáng)系統(tǒng)的監(jiān)控功能。實(shí)踐表明，利用電子交換技術(shù)和電子傳輸技術(shù)，能夠有效的拓展互聯(lián)網(wǎng)、重組編程結(jié)構(gòu)，使電力工程當(dāng)中的電力系統(tǒng)具有更高的靈活性[3]。
此外，光互聯(lián)技術(shù)具有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，能夠有效的提高處理器的干涉能力，使數(shù)據(jù)的通訊和傳輸更加的方便、快捷。光互聯(lián)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對電力工程的可靠性、安全性以及可信度等方面都有著十分顯著的提高。
最后，光互聯(lián)技術(shù)還具有采集數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、以及人機(jī)界面處理等多方面的功能。同時(shí)還能夠進(jìn)行電網(wǎng)的分析和其它高級(jí)應(yīng)用功能。這就使得光互聯(lián)技術(shù)在電力工程當(dāng)中的應(yīng)用變得更加的靈活、清晰，使工作人員能夠更好的進(jìn)行調(diào)度工作，對電力工程的發(fā)展具有十分重要的作用。
1繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在40余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的4個(gè)歷史階段。
建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無到有，在大約10年的時(shí)間里走過了先進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過的道路。50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)［1］，建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長起了指導(dǎo)作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國已建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。其中天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500kV線路上［2］，結(jié)束了500kV線路保護(hù)完全依靠從國外進(jìn)口的時(shí)代。
在此期間，從70年代中，基于集成運(yùn)算放大器的集成電路保護(hù)已開始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列，逐漸取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。在這方面南京電力自動(dòng)化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作用［3］，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的集成電路相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也在多條220kV和500kV線路上運(yùn)行。
我國從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究［4］，高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用［5］，揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)?變壓器組保護(hù)也相繼于1989、1994年通過鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線路和主設(shè)備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。可以說從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。
2繼電保護(hù)的未來發(fā)展
繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。
2.1計(jì)算機(jī)化
隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到多CPU結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的32位微機(jī)保護(hù)。
南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁蹵/D轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過16位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是32位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存(Cache)和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成在CPU內(nèi)。
電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺(tái)PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的。現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：(1)具有486PC機(jī)的全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。(2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對于不同的保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。
繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。\
2.2網(wǎng)絡(luò)化
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍(這是首要任務(wù))，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是完全可能的。
對于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很大的好處。繼電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。對自適應(yīng)保護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做到這一點(diǎn)。
對于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。天津大學(xué)1993年針對未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提出了一種分布式母線保護(hù)的原理［6］，初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)(與被保護(hù)母線的回路數(shù)相同)母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保護(hù)單元用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開本回路，不會(huì)造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對于象三峽電站具有超高壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。
由上述可知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢。
2.3保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化
在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化。
目前，為了測量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè)備，如變壓器、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗(yàn)階段，將來必然在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在采用OTA和OTV的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距OTA和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出了保護(hù)、控制、測量、通信一體化問題，并研制了以TMS320C25數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的一個(gè)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化裝置。
2.4智能化
近年來，人工智能技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也已開始［7］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側(cè)系統(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)生經(jīng)過渡電阻的短路就是一非線性問題，距離保護(hù)很難正確作出故障位置的判別，從而造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；如果用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，經(jīng)過大量故障樣本的訓(xùn)練，只要樣本集中充分考慮了各種情況，則在發(fā)生任何故障時(shí)都可正確判別。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其獨(dú)特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。天津大學(xué)從1996年起進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)式繼電保護(hù)的研究，已取得初步成果［8］?？梢灶A(yù)見，人工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。
3結(jié)束語
建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了4個(gè)時(shí)代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的趨勢為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化，這對繼電保護(hù)工作者提出了艱巨的任務(wù)，也開辟了活動(dòng)的廣闊天地。
作者單位：天津市電力學(xué)會(huì)(天津300072)
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許多國家都在努力開發(fā)大容量器件，國外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極，它開通時(shí)相當(dāng)于晶閘管，關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于晶體管，從而有效地協(xié)調(diào)了通態(tài)電壓和阻斷電壓的矛盾，工作頻率可達(dá)幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經(jīng)推出的IGCT可達(dá)4500一6000V，3000一3500A。MCT因進(jìn)展不大而引退而IGCT的發(fā)展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發(fā)達(dá)國家相比，我國在器件制造方面比在應(yīng)用方面有更大的差距。高功率溝柵結(jié)構(gòu)IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國外有了最新發(fā)展?？梢韵嘈牛捎肎aAs、SiC等新型半導(dǎo)體材料制成功率器件，實(shí)現(xiàn)人們對“理想器件”的追求，將是21世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢。
高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點(diǎn)。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭，必將為21世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
二、變頻技術(shù)的發(fā)展過程
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換
技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。
VVVF變頻器的控制相對簡單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。
矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法,求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲(chǔ)能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。
三、變頻技術(shù)與家用電器
20世紀(jì)70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等[4]。
20世紀(jì)末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化,而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。
在洗衣機(jī)方面,過去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱,沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動(dòng)引起的噪聲。
四、電力電子裝置帶來的危害及對策
電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù),還引起了嚴(yán)重的諧波污染。
另外,硬件電路中電壓和電流的急劇變化,使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力,并給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴(yán)重的電磁干擾(EM1),而且情況日趨嚴(yán)重。許多國家都已制定了限制諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),國際電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、國際電工委員會(huì)(IEC)和國際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國政府也制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定[5]。
（一）諧波與電磁干擾的對策
1、諧波抑制
為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償,即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置,使輸入電流成為正弦波[3]。
傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補(bǔ)償諧波,又可補(bǔ)償無功功率。其缺點(diǎn)是,補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。
電力電子器件普及應(yīng)用之后,運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償成為重要方向。其原理是,從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流,然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。
大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個(gè)方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重?cái)?shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2、電磁干擾抑制
解決EMI的措施是克服開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是:
(1)開關(guān)器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關(guān)損耗;
(2)開關(guān)器件上并聯(lián)電容,當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關(guān)損耗;
(3)器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導(dǎo)通期間,開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時(shí)驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS動(dòng)作。
目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
（二）功率因數(shù)補(bǔ)償
早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī),它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī),利用過勵(lì)磁和欠勵(lì)磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。因此,在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>
另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置。它具有靜止型和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn),但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài),損耗和噪聲都很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)載的不平衡,所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補(bǔ)償裝置得到了長足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后,可大大減少補(bǔ)償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
五、結(jié)束語
我們相信，電力電子技術(shù)將成為21世紀(jì)重要的支柱技術(shù)之一，變頻技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位，近年來在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領(lǐng)域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化及我國加人世界貿(mào)易組織，我國電力電子技術(shù)及變頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
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