智能电器的研究与发展

《智能电器的研究与发展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能电器的研究与发展（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、智能电器的研究与发展智能电器的研究与发展 汇 报 人：宋政湘教授 时 间：2015-11-27 一一、智能电器的研究背景及意义智能电器的研究背景及意义 二二、智能电器的内涵和技术特征智能电器的内涵和技术特征 三三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 四四、总结与展望总结与展望 目录目录 Page 2 一、一、智能电器的研究背景及意义智能电器的研究背景及意义 数字化经济的发展和社会的需求，对电力能源的安全可靠、优质经济的要求越来越高。 为了发展清洁能源、应对气候变化、保障能源安全、促进经济增长，智能电网成为国际电力工业发展的新趋势。 近年来，我国智能电网建设加速发展，以及”

2、物联网“、“大数据”和 “能源互联网”等概念的兴起，进一步推动了智能电器的产业发展和技术革新。 Page 3 1 1. .智能电器的研究背景智能电器的研究背景 一、一、智能电器的研究背景及意义智能电器的研究背景及意义 智能电网技术的基本特征是信息化、自动化和和互动化，最终实现电力资源的优化配置。 智能电器是智能电网构成中非常重要的组成部分，为了适应智能电网的需要，同时也是电力设备自身性能提高的要求，发展智能电器成为必然。 智能电器就是将信息技术融合到传统电器之中，在开放和互联的信息模式基础上，进一步提高电器的性能指标以及自身的可靠性和安全性，为智能电网的运行控制提供更加完善和丰富的数字化信息，

3、进而提高系统的整体性能。 Page 4 2 2. .智能电器的研究意义智能电器的研究意义 二、智能电器的内涵和技术特征二、智能电器的内涵和技术特征 二、智能电器的内涵和技术特征二、智能电器的内涵和技术特征 Page 6 1 1. .智能电器的内涵智能电器的内涵 智能电器完成基本职能过程中的智能感知、判断与执行功能 智能电器的智能状态监测与寿命评估功能 智能电器具有交互和互动能力，运行过程中对电网和环境友好 二、智能电器的内涵和技术特征二、智能电器的内涵和技术特征 Page 7 2 2. .智能电器的主要技术特征智能电器的主要技术特征 特征特征1 1：参量获取和处理数字化：参量获取和处理数字化

4、智能电器能够实时地获取各种运行和状态参量并进行数字化处理、存储和传递，这其中包括电力系统运行和控制中需要获取的电压、电流等各种电参量，以及反映电力设备自身状态的各种电、热、磁、光、位移、速度、振动、放电等物理量。 特征特征2 2：自我监测与诊断能力：自我监测与诊断能力 智能电器具有自我监测与诊断能力，可以随时监测各种涉及设备状况和安全运行所必须的物理量，同时对这些物理量进行计算和分析，掌握设备的运行状况以及故障点与发生原因，据此评估设备的劣化趋势和剩余寿命，并适时地进行预警。 二、智能电器的内涵和技术特征二、智能电器的内涵和技术特征 Page 8 2 2. .智能电器的主要技术特征智能电器的主

5、要技术特征 特征特征3 3：自适应控制能力、决策优化：自适应控制能力、决策优化 智能电器在智能感知基础上，采用优化控制技术，能够根据实际工作的环境与工况对其操作过程进行自适应调节，使得所实现的控制过程和状态是最优的，从而进一步提高电器自身的性能指标，并在很大程度上节约原材料和减少运行能耗。 特征特征4 4：信息交互能力、环境友好：信息交互能力、环境友好 智能电器具备数字化接口，其内部信息能够高效地进行传播与交互，实现信息高度共享，进而能够主动地与其他设备进行协调互动，实现系统整体优化。其在运行过程中，不产生影响智能电网稳定运行的干扰，设备的使用不影响自然环境。 三三、智能电器关键技术的研究与进

6、展、智能电器关键技术的研究与进展 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 3.1 3.1 智能操作技术智能操作技术 3.2 3.2 智能感知与诊断技术智能感知与诊断技术 3.3 3.3 智能电器的可重构设计技术智能电器的可重构设计技术 3.4 3.4 智能电器的电磁兼容智能电器的电磁兼容 3.5 3.5 新型储能技术研究新型储能技术研究 3.6 3.6 新型智能电器新型智能电器 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 （1 1）低压电器智能操作低压电器智能操作 利用利用电磁斥力电磁斥力提高开关电器刚分速度提高开关电器刚分速度。斥力分闸永磁操作

7、机构如图所示斥力分闸永磁操作机构如图所示， 依靠电磁斥力依靠电磁斥力，可达到提高触头分闸速度可达到提高触头分闸速度、降低触头材料损耗的目的；在分降低触头材料损耗的目的；在分 闸末期时闸末期时，工作气隙达到最大工作气隙达到最大，电磁力降到最低电磁力降到最低，机械碰撞强度也达到最小机械碰撞强度也达到最小， 从而提高了操作机构的可靠性从而提高了操作机构的可靠性。 斥力分闸永磁操作机构工作原理图斥力分闸永磁操作机构工作原理图 3.13.1 智能操作技术智能操作技术 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 （1 1）低压电器智能操作低压电器智能操作 利用利用变电流变电流实现吸力

8、与反力特性配合实现吸力与反力特性配合。闭合阶段在线圈上通过较大电流闭合阶段在线圈上通过较大电流，以产生较大的吸力以产生较大的吸力，逐渐减小输入电压脉冲的占空比逐渐减小输入电压脉冲的占空比，使线圈中的电流逐渐使线圈中的电流逐渐减小；吸持阶段保持线圈电压较低减小；吸持阶段保持线圈电压较低，使电流维持在保持电流的水平使电流维持在保持电流的水平。 1.1U0.75U实际吸力反力FxUit交流接触器吸力与反力特性曲线交流接触器吸力与反力特性曲线 可变电流控制的电压、线圈电流与吸力特性曲线可变电流控制的电压、线圈电流与吸力特性曲线 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 （2 2

9、）永磁操作技术永磁操作技术 真空断路器永磁机构真空断路器永磁机构 电磁铁与永久磁铁有机地结合 在一起 输出力特性很接近真空断路器 的负载特性, 可直接与真空灭 弧室相连。 体积较小、零部件少、结构简 单，动作可靠性高，动作速度 快，时间精确，因此非常适合 智能操作的操作机构 永磁机构原理图永磁机构原理图 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 （3 3）高压电器智能操作高压电器智能操作 基于操作特性等因素对电器介质恢复过程的影响规律基于操作特性等因素对电器介质恢复过程的影响规律，采用不同的分闸采用不同的分闸速度特性和同步控制等方法速度特性和同步控制等方法，实现了高压电

10、器的智能操作实现了高压电器的智能操作。 高压电器智能操作原理框图高压电器智能操作原理框图 零点输出零点输出动作定时控制动作定时控制合闸时间合闸时间测量技术测量技术合闸时间预测合闸时间预测断口间电压断口间电压断口间电压断口间电压行程信号行程信号操作级控制信号操作级控制信号tzero TmakingTclosing控制电压控制电压温度温度主回路电流主回路电流速度特性与相位控制速度特性与相位控制 灭弧室灭弧室操动机构操动机构开关开关 电器电器 调节装置调节装置智能识别智能识别数数 据据 采采 集集数据采集数据采集智能控制单元智能控制单元 变电站主控室变电站主控室状状 态态 信信 号号分分 合合 信信

11、 号号电网电网三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 高压断路器电机操动机构高压断路器电机操动机构 MD for HV circuit breakerMD for HV circuit breaker 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 MDMD高压断路器操动机构高压断路器操动机构 充电 单元电容 单元转换 单元电动机控制 单元I/O单元ACDC低能电流高能电流控制信号状态信号测量信号位置传 感器转矩编 码器MD操动机构控 制箱（含储能 单元）三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 （1 1）新型电流传感理论与技

12、术新型电流传感理论与技术 a a 研究背景研究背景 线路线路电流的检测电流的检测是电力系统运行状况监测的一项重要内容，更是各种继电保是电力系统运行状况监测的一项重要内容，更是各种继电保护设备赖以工作的基础；护设备赖以工作的基础； 电力系统电流的测量具有电力系统电流的测量具有一定的特殊性一定的特殊性，通常被测对象的电压等级高、负载，通常被测对象的电压等级高、负载电流大，要求传感器的量程宽、测量精度高，且具有较快的动态跟踪能力；电流大，要求传感器的量程宽、测量精度高，且具有较快的动态跟踪能力； 传统电流互感器的绝缘结构复杂、充油易爆炸、铁芯易饱和、传统电流互感器的绝缘结构复杂、充油易爆炸、铁芯易饱

13、和、体积大耗费材体积大耗费材料多料多，存在明显的不足。，存在明显的不足。 3.2 3.2 智能感知与诊断技术智能感知与诊断技术 研究的三个阶段：研究的三个阶段： 单个磁传感器的输出与电流建立简单的对应关系；单个磁传感器的输出与电流建立简单的对应关系； 用尽可能多的磁传感器环绕于电流周围，应用安培环路定律建立磁场与用尽可能多的磁传感器环绕于电流周围，应用安培环路定律建立磁场与电流的对应关系；电流的对应关系； 用合理的传感器拓扑，通过对多传感器输出信息进行数据处理，在排除用合理的传感器拓扑，通过对多传感器输出信息进行数据处理，在排除干扰的同时建立磁场与电流的对应关系。干扰的同时建立磁场与电流的对应

14、关系。 b b 国际上该问题研究动态国际上该问题研究动态 通电导体磁传感器d多磁传感器环绕多磁传感器环绕 直流排扰空间直流排扰空间DFT算法算法 三、三、智能电器关键技术的研究与进展智能电器关键技术的研究与进展 c c 研究内容研究内容 核心问题是不同的阵列拓扑下磁场与产生它的电流之间的映射关系，核心问题是不同的阵列拓扑下磁场与产生它的电流之间的映射关系，以及以及磁场电流反演算法磁场电流反演算法。 a)a)在论证测量系统具有线性叠加性质的基础上，在论证测量系统具有线性叠加性质的基础上， 引入空间引入空间DFTDFT方法，建立了适用于交流和直流、方法，建立了适用于交流和直流、 不同母排形状、任意

15、数量母排的阵列测量稳态电不同母排形状、任意数量母排的阵列测量稳态电 流数学模型；流数学模型； b)b)分析了解的存在性与唯一性，给出存在唯一解分析了解的存在性与唯一性，给出存在唯一解 的传感器数量和拓扑要求。的传感器数量和拓扑要求。 xyz)(1ti)(2ti3I42mm42mm21mm22mm21mm磁传感器S1S2S3S4xyzAiBiCiS1S2S3S4S5S65mm25mm45mm70mmO10mm磁传感器三相圆形母排系统三相圆形母排系统 三相矩形母排系统三相矩形母排系统 kkkknkkknkkknkkknkkIIIcccccccccVVV, 3, 2, 1, 3,23,13, 2,22,12, 1,21,11, 2, 1 im kmim kim kre kmre kre kre kim kim kre k kkim knim kim kre knre kre kkIIIIIICCCCICVVVVVVV, 2, 1, 2, 1, 2, 1, 2, 1kT kkT kTim kmim kim kre kmre kre kk VCCCIIIIIII1, 2, 1, 2, 1