摘要：文章简述了电气自动化的发展史，并提出了电气自动化控制系统设计的一般原则和设计思想。 关键词：电气自动化；系统设计；原则 1 电气自动化的发展史
1.1 全空型的电力电子开关。晶闸管的出现,标志着运动控制的开始。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。
1.2 低频发展到高频的电路。由于电力电子器件的发展，从而引发变换器电路的换代，但当用于普通晶闸管的时候,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发展到第二代的时候,PWM变换器采用的相应也就多了。因为在采用了PWM变换器之后，不仅提高了功效,而且还能够减少高次谐波对电网的影响,甚至还能合理解决电动机在低频区的转矩脉动问题。但在其发展过程中，PWM也存在着不少的缺陷,所以也就有了低频向高频发展的电路。
1.3 交流调速控制理论。交流电机磁场定向远离是由德国学者所提出来的,它的提出必然会是以后发展的一大基石。然而就在1985年德国鲁德大学的一些教授又提出了直接转矩控制的思想,紧接着又将它推放到了弱磁调速的范围之内。他的这一控制思想不但新颖,而且控制结构简单�了,信号处理的物理概念也很明确,可以说它是一种高静动态性能的新型交流调速方法。
1.4 通用变频器的投入使用。在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型和第三代高动态性能适量控制型的变频器之后。通用变频器也正式投入使用了。
1.5 单片机的发展。由于原来占主导地位的MCS-51的8位机的功能较简单,指令集也短小,因此它必然就被适合大批量生产的PIC系列单片机所替代,PIC单片机不但可靠性高,保密性也很高。因此它也不断被发展！
2 新时期配电系统综合自动化面临的问题
2.1 配电管理应面对的问题
电力市场环境下的配电管理系统必须在以下几方面加以提高和改进
2.1.1 具有电能质量监测评价的功能。电力市场环境下对电能质量的广泛关注迫使配电公司建立有效的电能质量监测手段。但如果专门建立一套监测系统将花费很大的一次投资及运行维护费用,势必加大供电企业的成本。因此,理想的办法是把电能质量监测作为配电系统综合自动化的一项功能,开发出考虑电能质量监测的配电SCADA系统和相应的分析软件来对各种电能质量问题进行系统的分析。做到共用信息通道、共用数据库系统等,从而实现对电能质量的经济有效的实时在线监测和分析处理。供电公司可以通过所监测到的信息检验其电能质量的状况和决定应该采取的措施。
2.1.2 必须对部分高级应用分析软件加以改进以适应电力市场需求,并且真正实用化。负荷预测:市场环境下由于峰谷电价、分时电价及实时电价的推行,尤其是在实行需求侧竞价后,负荷的随机性增大,增加了负荷预测难度,负荷预测软件必须适应这种变化。无功优化与电压调整:传统的无功优化是在满足电压约束的条件下以网损最小为目标的,在电力市场环境下,无功优化及电压调整涉及到用户供电的质量问题,而不同的供电质量应该有不同配电电价,因此优化的目标将以收益最大为目标。故障恢复与网络重构:在电力市场环境下故障恢复及网络重构目标也转变为收益最大。
2.2.3 提高和加强信息系统集成化及应用功能综合化的力度。为降低供电成本,必须打破以往各单项自动化工程相互独立、功能重叠的弊端,将配网自动化系统的信息进行集成,对其功能进行重组与综合。实现SCADA系统与CIS系统的一体化设计、融合现有的CIS系统、线损管理系统、可靠性管理系统及生产MIS系统,实现一体化的配电管理系统。
2.2 用户自动化应面对的问题
2.2.1在零售竞争电力市场模式下,由于开放了零售竞争,允许需求侧竞价,这就要求配电网络运营商有相应的技术手段对配电网络阻塞进行有效管理。而利用配自动化系统完成这一任务将是经济有效的选择。
2.2.2 具有分时电价、实时电价信息发布及计量与结算功能。在电力市场环境下,为充分运用电价的调节功能,采用分时电价、实时电价手段调整用户及系统的负荷曲线、降低高峰提高系统容量负载率,降低配电网的建设入运行成本(包括提高系统容量负载率、减少及延缓基建投资、过负荷损耗等)。而分时电价、实时电价必须有相应的技术手段支持。因此,可以将分时电价、实时电价信息发布及计量与结算作为配电系统综合自动化的一项基本功能,可以大大提高自动化系统综合效益。
2.3 配电自动化面临的问题
2.3.1 高度可靠和快速反应的变电站、馈线自动化系统。在电力市场环境下,为了保障终端用户的供电可靠性,自动化系统不仅要求能够正确判断故障、隔离及恢复故障,而且要求加大对自动化系统的投资,增加快速、可靠的开关及控制装置,尽量减少对用户的停电次数和停电时间。同时,因配电网故障必须中断部分负荷供电时,应能快速自动识别重要用户,优先保障其供电。
2.3.2 为了适应市场环境下的竞争需要,SCADA系统的功能应该是强大的,特别是对重要用户的监控更应该作到准确、可靠、灵敏。否则会给配电公司带来较大的损失,这种损失包括对用户的真接停电和造成社会影响的间接损失。
2.3.3 实现SCADA与GIS一体化设计,达到SCADA和GIS数据一体化、功能一体化、界面一体化,实现从GIS中自动提取SCADA需要的网络结构和属性数据及由SCADA系统向GIS提供配电实时运行数据。
2.3.4 采用可扩展综合型的配电自动化终端(CDAU)。为满足电力市场对电能质量的监测及实时电价信息的发布要求,实现综合信息的采集及控制,尽可能减少现场终端的数量及降低系统的复杂性,应考虑采用可扩展功能的综合型配电自动化终端。该终删除了具有通常的功能外,还具有电能质量监测、实时电价信息发布、故障录波及部分仪表功能。
3 关于电气工程及自动化建设的一些探讨
3.1 设计原则
a)最大限度满足生产机械和工艺对电气控制的要求。生产机械和工艺对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循环图、执行原件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供，对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如启动，转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑；b)在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单，经济；c)妥善处理机械与电气的关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用维护方便等方面协调处理好二者的关系；d)正确合理地选用电器元件；e)确保使用安全、可靠；f)制造美观、使用维护方便。
3.2 设计思想
a) 集中监控方式；
b) 远程监控方式；
c) 现场总线监控方式。