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PAFC技術開發的現狀與動向:
日本自實施月光計劃以來,作為國家級項目,正在實施5000千瓦級加壓型和1000千瓦級常壓型電廠實證運行。目前,磷酸型燃料電池的發電效率為30%~40%,如果將熱利用考慮進去,綜合效率可高達60%~80%。
除日本外,目前世界約有60臺PAFC發電設備在運轉,總輸出功率約為4.1萬千瓦。按國別和地區劃分日本為2.9萬千瓦,美國8000千瓦,歐洲3000千瓦,亞洲900千瓦。運轉中的發電設備除3臺(日本2臺,意大利1臺)為加壓型外,其他均為常壓型。磷酸型燃料電池的制造廠家目前主要為日本和美國,設備主要銷往歐、亞。
美國已完成基礎研究,200千瓦級電廠用電池近期有望商品化,但大容量電廠用電池處于停滯狀態。德國已引進美國200千瓦級電廠用電池進行試驗運行。另外,瑞典、意大利、瑞士等國也引進日、美的電池進行試運行。
2.熔融碳酸鹽型燃料電池(MCFC)
日本對MCFC發電系統的技術開發始于1981年度的月光計劃,該計劃圍繞開發1千瓦級發電機組這個目標展開了對MCFC燃料、電極等的開發。該開發研究進展順利,從1984年開始,進而對10千瓦級發電機組進行研究開發。1986年,日立、東芝、富士電機、三菱電機、IHI分別對5臺10千瓦級機組進行發電試驗,其結果是輸出功率為10千瓦,初期性能為電池電壓0.75伏,電流密度150毫安/平方厘米。
1987年起,日本在對1000千瓦級實驗電場(外部改質型)進行主要開發的同時,對100千瓦級發電機組以及1000千瓦級機組的設備的開發研究也取得了進展。1993年度,日立、IHI的2臺100千瓦級外部改質型機組和三菱電機的1臺30千瓦級內部改質型機組開始試驗發電運行。其試驗結果以及1994年度進行的5-25千瓦級機組的試驗結果表明,電池電壓0.8伏,電流密度達15毫安/平方厘米,單位時間內的劣化率小于1%。
在此基礎上,1994年度起開始著手開發1000千瓦級試驗工廠。1995年10月在中部電力(株)川越發電所開始建廠,確立了1000千瓦級實用化發電系統試驗工廠的基本系統,對現有的事業用燃料電池電廠的運行進行評價,計劃1999年開始試驗運行,其目標為:燃料利用率為80%,千小時電池的劣化率小于1%,初期性能為:電池電壓大于0.8伏,電流密度1500毫安/平方厘米,計劃試驗運行5000小時。
為使電池實用化,在上述研究開發的基礎上,還進行了機組長壽命化研究,計劃連續實驗運行4萬小時,每千小時單位劣化率小于0.25%。除此之外,還在開發200千瓦級內部改質型燃料電池發電系統。
美國能源部和美國電力研究所,正在積極開發MCFC。美國ERC公司開發的2兆瓦級內部改質型機組發電系統于1996年5月在圣克拉拉開始試驗運行。MC-power公司開發的250千瓦級外部改質型機組發電系統,1997年2月起在圣迭戈開始試運行。
在歐洲,MCFC作為共同項目正在研究開發,取得了一些進展,其主要項目如下:
①高級DIC-MCFC發展計劃(1996-1998年)。荷蘭、英、法、瑞典等國參加研究,歐洲在市場分析、系統開發以及內部改質型機組的開發等方面取得進展。
②ARGE項目(1990年起計劃10年內完成)。德、丹麥參加,并在內部改質型發電系統的開發上取得進展。
③MOLCARE。由意、西班牙參加,并在外部改質型發電系統開發上取得進展。
韓國從1993年起開始開發MCFC,1997年以開發100千瓦外部改質型發電系統為目標,開始了第二階段研究開發工作。
3.固體電解質型燃料電池(SOFC)
作為SOFC開發的基礎科學離子學,其開發歷史很長,日、美、德等國已有30多年的開發史。日本工業技術院電子技術綜合研究所從1974年起就開始研究SOFC,1984年進行了500瓦發電試驗(最大輸出功率為1.2千瓦)。美國西屋公司從1960年起開始開發SOFC,1987年該公司與日本東京煤氣、大阪煤氣共同開發出3千瓦熱自立型電池模塊,在國內外掀起了開發SOFC的。
日本新陽光計劃中,以產業技術綜合開發機構(NEDO),為首,從1989年起開始開發基礎制造技術,對數百千瓦級發電機組進行測試。1992年起,富士電機綜合研究所和三洋電機在共同研究開發數千瓦級平板型模塊基礎上,還組織了7個研究機構積極開發高性能、長壽命的SOFC材料及其基礎技術。
除此之外,三菱重工神戶造船所與中部電力合作,共同開發平板型SOFC,1996年創造了5千瓦級模塊成功運行的先例。同時,在圓筒橫縞型電池領域中,1995年三菱重工長崎造船所在電源開發共同研究中,采用圓筒橫縞型電池,開發出10千瓦級模塊,成功地進行了500小時試運行,之后又于1996年開發了2.5千瓦模塊,并試運行1000小時。TOTO與九州電力共同開發全濕式圓筒縱縞型電池,1996年起,開始開發1千瓦級模塊。同時,在日本以大學與國立研究所為首的許多研究機構在積極開發SOFC。
美國西屋公司在能源部的支持下,開始開發圓筒縱縞型電池。東京煤氣和大阪煤氣對25千瓦級發電及余熱供暖系統進行的共同測試表明,截至1997年3月,已成功運行了約1.3萬小時,其間已經過11次啟動與停機,千小時單位電池的劣化率小于0.1%,可見其技術已非常成熟。西屋公司除計劃在1998年與荷蘭、丹麥共同進行100千瓦級模塊運行外,為降低制造成本,還在研究開發濕式電池制造技術。美國Allied-signal、SOFCo、Z-tek等公司在開發平板型SOFC上取得進展,目前正對1千瓦級模塊進行試運行。
在歐洲,德國西門子公司在開發采用合金系列分離器的平板型SOFC,1995年開發出10千瓦(利用氧化劑中的氧,若在空氣中則為5千瓦)模塊,1996年開發出7.2千瓦模塊(利用氧化劑中的空氣)。
奔馳汽車制造公司在開發陶瓷系列分離器式平板型SOFC上取得進展,1996年對2.2千瓦模塊試運行6000小時。瑞士的薩爾澤爾公司在積極開發家庭用SOFC,目前已開發出1千瓦級模塊。今后,德國還計劃在特蒙德市進行7千瓦級發電及余熱供暖系統現場測試。
在此基礎研究上,以英、法、荷等國的大學和國立研究所為中心的研究機構,正在積極研究開發低溫型(小于800℃)SOFC材料。
4.固體高分子型燃料電池(PEFC)
日本開發固體高分子膜的單位有旭化成、旭哨子、Japangore-tex等,開發改質器以及電極催化媒體的機構有田中貴金屬、大阪煤氣等。在開發汽車燃料電池方面,豐田制造出甲醇改質型燃料電池汽車(1997年),同時三菱電機、馬自達也在著手開發汽車燃料電池。
在供電及余熱供暖系統方面,PEFC排熱溫度較低,為70℃左右,在熱利用上有所限制,與其他類型燃料電池相比,目前只開發小型系統。東芝(30千瓦)、三洋電機(數千瓦)、三菱重工和東京煤氣(5千瓦)、富士電機和關西電力(5千瓦)等公司在開發以天然氣和甲醇為燃料的電池系統,同時,三洋電機在開發1千瓦級氫燃料便攜式商品化電源,三菱重工在開發特殊用途(無人潛水艇用)燃料電池。
PEFC主要作為汽車動力電源在開發。但在汽車上燃料的搭載方式各種各樣,有高壓氫、液化氫和甲醇等。這些燃料各具長短,目前還未能確定最適方式。
德國奔馳與加拿大BPS在進行共同開發,它們開發的搭載氫燃料、小底盤汽車在試運行。除此之外它們還共同開發甲醇燃料電池汽車。若在降低成本、提高運行性能等方面再取得一些進展,電池汽車就有望走向市場。
美國克萊斯勒、通用、福特三公司協力合作,計劃到2000年開發出輸出50千瓦、輸出密度1千瓦/公斤的燃料電池。另外,BMW、Rover和西門子三家公司也在開展共同開發。
我國的電子信息技術起步于二十世紀中期,近年來隨著科學技術的不斷發展,電子信息技術日新月異,我國在電子信息技術方面也有了明顯進步,應用范圍明顯增加,在國際范圍內具有了一定的影響力。我國電子信息技術產業主要經過了四次階段性的轉型,樹立了強大的產業動力,產品結構方面發生了較大的變化,技術與開發水平有了明顯提高,產品出口額有了明顯增加,基本上實現在滿足我國部分電子信息市場需求的基礎上,走出國門的愿景。但隨著應用的日漸廣泛,使得我國在電子信息技術的發展過程中,也出現了一些問題,例如企業研發能力弱、電子信息技術方面知識產權缺乏、信息化程度低等等,這些問題嚴重限制了我國電子信息技術的長遠發展,拉大了我國與世界信息技術發達國家之間的差距,目前而言我國電子信息技術發展中存在的問題主要有以下三個方面:
1.1環境資源匱乏環境資源匱乏是限制我國電子信息技術發展的一個重要問題,目前而言我國電子信息產業混亂,假冒偽劣、知識侵權現象猖獗,盜版產品走私販賣以及企業間的不良競爭的現象屢見不鮮,這些均嚴重危害了我國信息產業的發展,使得我國電子信息技術研發緩慢,這在很大程度上降低了我國電子信息技術在國際市場的競爭力,遏制了我國電子信息技術的發展潛力。除了產業內部環境存在很大問題,我國法律對電子信息技術的保護力量薄弱也是很大原因造成盜版猖獗的一個原因,因為缺乏保護使得電子信息技術的科研成果很容易被不法分子竊取,科研工作者嘔心瀝血研究而得新技術在隨后的盜版中被大量侵占,很大程度上降低了科研工作者的信心,再加上國內市場電子產品的走私、販賣現象猖獗,導致國內電子信息技術開發企業缺乏競爭優勢。所以缺乏有效嚴格的法律環境也是我國致使我國電子信息技術問題頻發的又一原因。
1.2電子信息技術產業結構不合理我國電子信息技術產業起步于20世紀80年代的“863”計劃,經過30多年的發展,產業規模迅速擴大,但也因為產業界限模糊,使得產業結構問題凸顯,技術創新體系并不明顯,使得我國的電子產品不能與國外頂尖電子產品相提并論。產業結構不合理,投入產出差距明顯,使得我國電子信息技術產業創新力薄弱,所以只有改變傳統產業結構,重構科學合理的產業結構,才能改變目前我國進步緩慢的電子信息產業的現狀。
1.3科研能力不足、從業人員素質不高作為以技術為首要驅動力的電子信息產業,科研能力的強弱決定了技術進步快慢,而產業內從業人員的素質又在很大程度上決定了技術創新能力的強弱。隨著我國教育普及程度的增加,不可否認的是,我國信息技術方面的人才不少,可以說還在不斷增加中,各方面的技術人員也很完備,但是很多人才都是單一型,他們或許是某一方面可以登峰造極,但是卻缺乏其他方面的知識儲備,甚至可以說毫無了解。現在社會越來越需要復合型人才,而我國電子信息產業方面更需要這方面的復合型人才,也正是因為人才的缺乏,也嚴重的制約了電子信息技術的創新,目前我國仍有許多技術需要購買國外的先進專利,這種強依賴性,也是因為復合型人才的嚴重欠缺。
2我國電子信息技術的發展趨勢
人類進步永無止境,技術發展更需分秒必爭,每天有無數的新型技術誕生,所以我國的電子信息技術更不能滿足現狀,更應正確分析局勢,不斷優化和升級產業結構,逐步完善我國的電子信息技術。憑借高技術含量、高市場附加值、強大競爭力與明朗的市場前景,電子信息產業具有其他產業都無法比擬的優勢,所以電子信息產業是世界各國都大力爭奪的技術產業,目前很多西方國家已經將注意力集中與電子信息技術產業,大量投入人力、物力、財力,旨在通過電子信息產業的迅速發展帶動國家經濟發展。總體來說,我國的電子信息產業的發展的總體態勢是:產業總體發展的速度比較快,產業內總體的經濟效益比較好以及產業的發展后勁還是比較強的。綜上所訴,我國應努力追趕世界潮流,加大對電子信息產業的投入,不斷完善電子信息產業,未來我國電子信息技術將呈現出如下三方面的發展趨勢:
2.1階梯化、多元化發展任何事情的發展都不是一蹴而就,而是一個不斷發展的過程,所以在未來我國電子信息技術的發展也必然呈現處階梯化、多元化的多元發展。目前,我國的電子信息技術遠不如西方發達國家,他們憑借其雄厚的資金、技術以及品牌優勢,進行有目標地系統的研究、管理和銷售工作。前文已提到,我國電子信息產業結構混亂,從業人員素質不高,所以我國電子信息產業未來還有很長一段路要走,必須遵循階梯化網絡化的發展道路,首先需加大資金投入,加強立法保護,不僅僅是急于復制他國的先進產品,而是培養先進技術人才,在學習西方先進技術的基礎上,師夷長技以制夷,一步步穩扎穩打,才能逐步加快電子信息技術的發展。目前,電子信息技術已滲入生活的各個領域,正逐步實現著與機械、能源、交通、建筑等其他技術的有機結合,所以電子信息技術必然不能獨善其身,片面發展,只有將電子信息技術多元化發展,更多的應用于實際生活,才能真正使電子信息產業做到為人類服務。
2.2個性化、規模化發展眾所周知,每個產品都具有顯著得到規模效應,電子產品當然也不能例外。電子信息技術產業很多是精密技術產業,所以其生產規模才能得以生存和發展,否則很難在激烈的市場競爭中立足,很快就會被淘汰出局。我國電子信息技術產品的生產規模越來越大,很多大型跨國公司憑借其大規模的產量和嚴格的質量控制,有效的利用了規模經濟,取得了很大的經濟收益,所以規模化發展必然是未來電子信息技術的發展趨勢。隨著人們生活水平的提高,消費眼光越來越獨到,消費者逐漸成為市場主導,個性化消費已經成為必然趨勢,再加上電子信息市場更新換代速度驚人,人們對電子信息技術產品的需求日益呈現出多元化發展,所以如何在浩如煙海的電子信息市場獨占鰲頭,個性化必不可少。
2.3國際化、全球化發展電子信息技術的發展不是一國閉門造車的過程,而是國際性的發展過程,其采購、生產、加工、銷售都具有全球化的特征,很多技術不是僅靠一國之力便可完成,再加上我國電子信息技術起步晚,所以必須加強國際化交流,學習世界先進技術,才能遵循全球化發展。隨著經濟全球化的發展和信息網絡化的發展過程中,我國電子信息技術產業的發展必然要遵循國際化的發展趨勢。目前我國已經有不少電子信息技術產品已經開始走出國門,海爾、華為在世界已經有了很大的知名度,但是依舊有很多電子產品走山寨、翻版的低端路線,所以加快電子信息技術國際化發展必然是未來發展趨勢。
3結語
電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求,電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力,因此,繼電保護技術得天獨厚,在40余年的時間里完成了發展的4個歷史階段。
建國后,我國繼電保護學科、繼電保護設計、繼電器制造工業和繼電保護技術隊伍從無到有,在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。50年代,我國工程技術人員創造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設備性能和運行技術[1],建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經驗的繼電保護技術隊伍,對全國繼電保護技術隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術,建立了我國自己的繼電器制造業。因而在60年代中我國已建成了繼電保護研究、設計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代,為我國繼電保護技術的發展奠定了堅實基礎。
自50年代末,晶體管繼電保護已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護蓬勃發展和廣泛采用的時代。其中天津大學與南京電力自動化設備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護和南京電力自動化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保護,運行于葛洲壩500kV線路上[2],結束了500kV線路保護完全依靠從國外進口的時代。
在此期間,從70年代中,基于集成運算放大器的集成電路保護已開始研究。到80年代末集成電路保護已形成完整系列,逐漸取代晶體管保護。到90年代初集成電路保護的研制、生產、應用仍處于主導地位,這是集成電路保護時代。在這方面南京電力自動化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護起了重要作用[3],天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的集成電路相電壓補償式方向高頻保護也在多條220kV和500kV線路上運行。
我國從70年代末即已開始了計算機繼電保護的研究[4],高等院校和科研院所起著先導的作用。華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大學、天津大學、上海交通大學、重慶大學和南京電力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置首先通過鑒定,并在系統中獲得應用[5],揭開了我國繼電保護發展史上新的一頁,為微機保護的推廣開辟了道路。在主設備保護方面,東南大學和華中理工大學研制的發電機失磁保護、發電機保護和發電機?變壓器組保護也相繼于1989、1994年通過鑒定,投入運行。南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護,西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此,不同原理、不同機型的微機線路和主設備保護各具特色,為電力系統提供了一批新一代性能優良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝置。隨著微機保護裝置的研究,在微機保護軟件、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技術已進入了微機保護的時代。
2繼電保護的未來發展
繼電保護技術未來趨勢是向計算機化,網絡化,智能化,保護、控制、測量和數據通信一體化發展。
2.1計算機化
隨著計算機硬件的迅猛發展,微機保護硬件也在不斷發展。原華北電力學院研制的微機線路保護硬件已經歷了3個發展階段:從8位單CPU結構的微機保護問世,不到5年時間就發展到多CPU結構,后又發展到總線不出模塊的大模塊結構,性能大大提高,得到了廣泛應用。華中理工大學研制的微機保護也是從8位CPU,發展到以工控機核心部分為基礎的32位微機保護。
南京電力自動化研究院一開始就研制了16位CPU為基礎的微機線路保護,已得到大面積推廣,目前也在研究32位保護硬件系統。東南大學研制的微機主設備保護的硬件也經過了多次改進和提高。天津大學一開始即研制以16位多CPU為基礎的微機線路保護,1988年即開始研究以32位數字信號處理器(DSP)為基礎的保護、控制、測量一體化微機裝置,目前已與珠海晉電自動化設備公司合作研制成一種功能齊全的32位大模塊,一個模塊就是一個小型計算機。采用32位微機芯片并非只著眼于精度,因為精度受A/D轉換器分辨率的限制,超過16位時在轉換速度和成本方面都是難以接受的;更重要的是32位微機芯片具有很高的集成度,很高的工作頻率和計算速度,很大的尋址空間,豐富的指令系統和較多的輸入輸出口。CPU的寄存器、數據總線、地址總線都是32位的,具有存儲器管理功能、存儲器保護功能和任務轉換功能,并將高速緩存(Cache)和浮點數部件都集成在CPU內。
電力系統對微機保護的要求不斷提高,除了保護的基本功能外,還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間,快速的數據處理功能,強大的通信能力,與其它保護、控制裝置和調度聯網以共享全系統數據、信息和網絡資源的能力,高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發展初期,曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差,這個設想是不現實的。現在,同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機,因此,用成套工控機作成繼電保護的時機已經成熟,這將是微機保護的發展方向之一。天津大學已研制成用同微機保護裝置結構完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優點有:(1)具有486PC機的全部功能,能滿足對當前和未來微機保護的各種功能要求。(2)尺寸和結構與目前的微機保護裝置相似,工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強,可運行于非常惡劣的工作環境,成本可接受。(3)采用STD總線或PC總線,硬件模塊化,對于不同的保護可任意選用不同模塊,配置靈活、容易擴展。
繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉的發展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統要求,如何進一步提高繼電保護的可靠性,如何取得更大的經濟效益和社會效益,尚須進行具體深入的研究。\
2.2網絡化
計算機網絡作為信息和數據通信工具已成為信息時代的技術支柱,使人類生產和社會生活的面貌發生了根本變化。它深刻影響著各個工業領域,也為各個工業領域提供了強有力的通信手段。到目前為止,除了差動保護和縱聯保護外,所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣量。繼電保護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有力的數據通信手段。國外早已提出過系統保護的概念,這在當時主要指安全自動裝置。因繼電保護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),還要保證全系統的安全穩定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統的運行和故障信息的數據,各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數據的基礎上協調動作,確保系統的安全穩定運行。顯然,實現這種系統保護的基本條件是將全系統各主要設備的保護裝置用計算機網絡聯接起來,亦即實現微機保護裝置的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。
對于一般的非系統保護,實現保護裝置的計算機聯網也有很大的好處。繼電保護裝置能夠得到的系統故障信息愈多,則對故障性質、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準確。對自適應保護原理的研究已經過很長的時間,也取得了一定的成果,但要真正實現保護對系統運行方式和故障狀態的自適應,必須獲得更多的系統運行和故障信息,只有實現保護的計算機網絡化,才能做到這一點。
對于某些保護裝置實現計算機聯網,也能提高保護的可靠性。天津大學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的原理[6],初步研制成功了這種裝置。其原理是將傳統的集中式母線保護分散成若干個(與被保護母線的回路數相同)母線保護單元,分散裝設在各回路保護屏上,各保護單元用計算機網絡聯接起來,每個保護單元只輸入本回路的電流量,將其轉換成數字量后,通過計算機網絡傳送給其它所有回路的保護單元,各保護單元根據本回路的電流量和從計算機網絡上獲得的其它所有回路的電流量,進行母線差動保護的計算,如果計算結果證明是母線內部故障則只跳開本回路斷路器,將故障的母線隔離。在母線區外故障時,各保護單元都計算為外部故障均不動作。這種用計算機網絡實現的分布式母線保護原理,比傳統的集中式母線保護原理有較高的可靠性。因為如果一個保護單元受到干擾或計算錯誤而誤動時,只能錯誤地跳開本回路,不會造成使母線整個被切除的惡性事故,這對于象三峽電站具有超高壓母線的系統樞紐非常重要。
由上述可知,微機保護裝置網絡化可大大提高保護性能和可靠性,這是微機保護發展的必然趨勢。
2.3保護、控制、測量、數據通信一體化
在實現繼電保護的計算機化和網絡化的條件下,保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機,是整個電力系統計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據,也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此,每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能,而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能,亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。
目前,為了測量、保護和控制的需要,室外變電站的所有設備,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。所敷設的大量控制電纜不但要大量投資,而且使二次回路非常復雜。但是如果將上述的保護、控制、測量、數據通信一體化的計算機裝置,就地安裝在室外變電站的被保護設備旁,將被保護設備的電壓、電流量在此裝置內轉換成數字量后,通過計算機網絡送到主控室,則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作為網絡的傳輸介質,還可免除電磁干擾。現在光電流互感器(OTA)和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗階段,將來必然在電力系統中得到應用。在采用OTA和OTV的情況下,保護裝置應放在距OTA和OTV最近的地方,亦即應放在被保護設備附近。OTA和OTV的光信號輸入到此一體化裝置中并轉換成電信號后,一方面用作保護的計算判斷;另一方面作為測量量,通過網絡送到主控室。從主控室通過網絡可將對被保護設備的操作控制命令送到此一體化裝置,由此一體化裝置執行斷路器的操作。1992年天津大學提出了保護、控制、測量、通信一體化問題,并研制了以TMS320C25數字信號處理器(DSP)為基礎的一個保護、控制、測量、數據通信一體化裝置。
2.4智能化
近年來,人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用,在繼電保護領域應用的研究也已開始[7]。神經網絡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雜的非線性問題,應用神經網絡方法則可迎刃而解。例如在輸電線兩側系統電勢角度擺開情況下發生經過渡電阻的短路就是一非線性問題,距離保護很難正確作出故障位置的判別,從而造成誤動或拒動;如果用神經網絡方法,經過大量故障樣本的訓練,只要樣本集中充分考慮了各種情況,則在發生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規劃等也都有其獨特的求解復雜問題的能力。將這些人工智能方法適當結合可使求解速度更快。天津大學從1996年起進行神經網絡式繼電保護的研究,已取得初步成果[8]。可以預見,人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用,以解決用常規方法難以解決的問題。
3結束語
建國以來,我國電力系統繼電保護技術經歷了4個時代。隨著電力系統的高速發展和計算機技術、通信技術的進步,繼電保護技術面臨著進一步發展的趨勢。國內外繼電保護技術發展的趨勢為:計算機化,網絡化,保護、控制、測量、數據通信一體化和人工智能化,這對繼電保護工作者提出了艱巨的任務,也開辟了活動的廣闊天地。
作者單位:天津市電力學會(天津300072)
參考文獻
1王梅義.高壓電網繼電保護運行技術.北京:電力工業出版社,1981
2HeJiali,ZhangYuanhui,YangNianci.NewTypePowerLineCarrierRelayingSystemwithDirectionalComparisonforEHVTransmissionLines.IEEETransactionsPAS-103,1984(2)
3沈國榮.工頻變化量方向繼電器原理的研究.電力系統自動化,1983(1)
4葛耀中.數字計算機在繼電保護中的應用.繼電器,1978(3)
5楊奇遜.微型機繼電保護基礎.北京:水利電力出版社,1988
6HeJiali,Luoshanshan,WangGang,etal.ImplementationofaDigitalDistributedBusProtection.IEEETransactionsonPowerDelivery,1997,12(4)
1.1提高效率
我國總體用電量隨著居民生活水平的提高,呈現日益上升趨勢。根據近幾年的發電效率而言,發電量明顯無法滿足居民用電量,特別是夏天分時段的供電,嚴重影響了居民的正常生活。隨著家用電器的增加,居民用電量也日益攀升,電力廠相應的發電要求也隨之提高。傳統發電系統存在的問題,嚴重影響發電量和發電效益的提高,致使居民用電要求無法得到滿足。而電氣自動化技術在火力發電中的應用,有效提高了發電效率,解決了這一問題[2]。電氣自動化技術通過收集有用數據進行分析,制定出具體可行的實施方案,在運行時間的強度方面做好有效規劃,在滿足居民用電的同時,減少發電過程中產生的資源浪費。
1.2降低成本
煤和石油是傳統的發電材料,發電技術落后,很難完成發電強度的準確分析,對發電量的控制也存在問題,容易出現發電過多或不足現象。另外,由于人工操作的原因,也存在資源燃燒不充分所造成的浪費問題。而電氣自動化技術可以使用計算機軟件,準確算出資源充分燃燒所需的時間,大大提高資源的使用效率。在火力發電中使用電氣自動化技術,既能提高發電廠的發電效率,也能滿足居民在用電量方面的需求。在降低發電成本的同時,更好地實現了電量供應目標。
1.3優化配置
合理分配資源是火力發電過程中的重要內容,需要重點注意。發電廠內設備比較多,為達到供電要求,通常需要長時間的同時運轉。而發電設備作為機械,有一定的運作限度,運轉時間過長或進行超負荷運轉,都會影響設備的運作效率,嚴重情況下會損壞設備。而電氣自動化技術可以準確計算出設備所需運轉時間,在出現超負荷情況下可自動停止,待設備冷卻后再進行運轉。因此,發電設備在電氣自動化技術下可以進行輪流休養,設備的運轉效率得到提升,使用年限也得到有效保障。另外,電氣自動化技術可以對設備故障進行報警,及時提醒管理人員發現并解決問題。以往數據的輸入可以實現對設備的人工模擬操作,最大程度提高設備的使用效率。
2應用現狀
在設備保護方面的應用。電氣自動化技術在設備保護方面的應用包括聯鎖保護、裝置保護、繼電保護和防雷保護。電氣自動化技術在設備出現異常情況時,會及時關閉閘門,使故障設備停止生產運行,對設備進行有效的聯鎖保護。電氣自動化技術能夠協調搭配火力發電廠中的危機保安器、安全門等保護裝置,在排除外因干擾的前提下,完成電氣操作運行指令。繼電保護是通過連接計算機和繼電器,構建自動化的控制模式,實現繼電器在火力發電廠運行過程中的有效調控。電氣自動化技術對電力設備的保護控制,通過使用防雷器,減少雷擊對電機設備產生的干擾。在常規控制方面的應用。電氣自動化技術在常規控制方面的應用有集中控制、就地控制、自動控制和故障控制。在集中控制中,電氣自動化技術有效組合了發電機組、爐鍋和汽輪機,實現了控制操作的集中化,設備運行效率得到明顯提高。就地控制是針對規模相對比較小的火力發電廠采用的控制方式,通過連接重要設備及裝置,實現設備的整體運行[3]。自動控制即自動化的電能生產,在減少設備運行錯誤的同時,電能生產的難度也相應降低,電能產量與經濟效益也得到提高。在故障控制中,技術人員只需通過計算機監控運行設備,可以及時發現設備故障并解決。對于比較小的設備故障,系統可根據操作指令自動進行處理。
3系統配置
3.1I/O監控
I/O監控是一種集中監控方式,設備中電器的所有饋線都需要設置對應的I/O接口,通過電纜連接各個I/O通道,設備在進行A/D處理后進入DCS狀態,由此使整個發電工廠的設備處于DCS的監控之下。I/O監控在運行過程中,方便進行維護,問題發現和解決速度快,優勢明顯。相對比較低的監控防護等級,降低了DCS的造價,也有效降低了發電所需的成本。而I/O監控所涉及范圍包括所有電氣設備,工程量大且比較復雜。電氣設備的增加,無疑會加大監控范圍,致使監控運行壓力增加。監控范圍以及空間跨度的擴大,也相應增加了電纜的距離,DCS的可靠性受到一定程度的干擾。
3.2遠程智能I/O控制
遠程智能I/O控制,作為一種監控技術,在生產中的應用領域比較廣泛。遠程智能I/O控制的采用,相對減少了人力資源的使用,操作人員可在遠程接觸中實現對電氣設備的智能控制,有效緩解了操作人員的工作壓力,降低了工作強度。火力發電過程中,I/O信號通過電纜連接加采集柜,利用光纖或者雙絞線實現加采集柜與DCS控制器的連接,從而進行數據傳輸。遠程智能I/O控制不需要操作人員進行近距離接觸,在電纜鋪設方面節省了部分安裝費用。另外,I/O控制可以自動對所收集數據進行檢查、處理和校正。而在電量變送器、卡件和模擬量卡件方面,I/O控制也無法減少。
3.3總線控制
總線控制技術在電氣設備上的應用,通常需要利用3G技術來實現,通信技術、計算機技術和控制技術三者的配合和促進,是信息技術和網絡技術在設備控制領域有效發展的重要基礎。總線控制技術通過避開DCS控制站中的輸入、輸出單元,改變了傳統DCS控制中的集中和分散相結合控制體系。傳統集散結合的控制模式,在部分電氣設備的管理上是統一進行的,缺乏針對性和及時性。而總線控制技術,有效解決了這一問題,對電氣設備進行高度的分散管理和分散控制。
4創新手段
4.1單元爐機組的統一
電氣自動化技術在火力發電應用中的創新,需要實現發電廠電、機、爐的一體化,形成單元制的監控運行方式。火力發電廠中的DCS控制可通過這種監控方式,分析和總結火電機組整體的運行參數以及狀態信息,發掘火電機組的最大潛力,其自身獨具的控制功能在得到發揮的同時,也在一定程度上縮小了控制范圍,對監控系統進行了相應的簡化,有效降低了造價成本[4]。另外,在采集火力發電中有關電廠信息管理系統的信息方面,統一單元爐機組有重要的促進作用,實現了火電電網運行管理的統一和加強,中調AGC的相關要求和指令也逐一完成,電網工作效率提高,整個運行處于最佳、最經濟狀態。單元爐機組的統一,有效提高了火電機組的自動化水平,其監控水平也得到相應提升。
4.2控制保護手段的創新
在傳統火力發電中,系統控制方式是報警,聯鎖是其采用的保護手段,而這種控制保護手段,僅僅適用于帶有波動性的超限報警和聯鎖跳機。電氣自動化技術的創新應用,通過計算機技術實現控制和保護目的,在檢測電氣自動化系統運營、診斷出現故障的過程中,火電設備系統的隱患能夠提前被發現,控制保護策略也可以及時進行改善,如主動性的控制和保護措施的采用,可以自動調整系統故障的控制范圍,實現有效的防范,從而保證電氣自動化系統的正常運轉。此外,控制保護手段的創新,也使電氣自動化系統在設備維護上處于主動防患狀態,設備出現的故障能夠及時發現和處理。
4.3電氣的全通信控制
就目前情況來看,電氣自動化系統在火力發電中的應用,還無法達到DCS控制系統的要求,在DCS控制系統基礎上實現的電氣全通信控制方式也無法得到滿足。通信的速度以及系統的可靠性都需要有一定的提升,而DCS控制系統與電氣自動化系統之間所存留的部分硬接線,也是需要解決的問題[5]。電氣全通信控制模式的形成,需要解決好熱工工藝連鎖方面的問題,在實際應用上提高電氣后臺系統的水平,對于初期階段的基礎運轉監控功能,還需要不斷豐富,在實際操作過程中,提高電氣自動化系統控制的邏輯性,在控制水平、運行管理水平以及自動化水平方面不斷提升。
4.4通用網絡結構的構建
在電氣自動化系統成功生產運營過程中,通用網絡結構的構建有重要的推動作用。電氣自動化技術在火力發電中的創新應用,需要選擇合適的網絡通訊產品,能夠在擴展自動化辦公環境的基礎上,實現元件甚至電氣自動化系統整體范圍內的使用,以電廠管理層為基礎,發揮對現場設備的監控功能,保證計算機控制系統、管理系統以及控制設備之間信息傳輸的暢通性,實現整體集中運行的自動化。
5結語
1.1PID控制原理[1,2]
常規PID控制系統原理框圖如圖1所示。
PID控制器是一種線性控制器,它根據給定值r(t)與實際輸出構成控制偏差:
將此偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構成控制量,對被控對象進行控制。其控制規律為:
式中,Kp為比例系數,T1為積分時間常數,TD為微分時間常數。
在PID控制中,比例項用于糾正偏差,積分項用于消除系統的穩態誤差,微分項用于減小系統的超調量,增加系統穩定性。PID控制器的性能就決定于Kp、T1和TD這3個系數。如何選用這3個系數是PID控制的核心。
1.2數字PID控制算法選擇
設計和調整數字PID控制器的任務就是根據被控對象和系統要求,選擇合適的PID模型,將其進行離散化處理,編出計算機程序由微處理器實現,最后確定KP、T1、TD、和T,T為采樣周期。微處理器控制是一種采樣控制,它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量,因此,必須對PID模型進行離散化處理。
用矩形方法數值積分代替式(3)中的積分項,對式(3)中的導數項用后向差分逼近,經推理可得到基本PID控制的位置式算法:
式中k——采樣序號,k=0,1,2,……
U(k)——第k次采樣時刻輸出值
E(k)——第k次采樣時輸入的偏差值
E(k-1)——第(k-1)次采樣時刻輸入的偏差值
K1——積分系數,K1=KpT/T1
KD——微分數系,KD=KpTD/T1
在數字控制系統中,PID控制規律是用程序來實現的,因而具有更大的靈活性。由于基本PID控制中引入了積分環節,其目的主要是為了消除靜差,提高精度。但在柴油機調速過程中,突加突減負載時,會引起轉速的較大波動,導致短時間內轉速出現較大偏差,通過PID積分運算積累,超調量過大,系統產生振蕩,嚴重影響發電機組輸出電能的品質。為避免PID控制中積分項引起的超調,提高其調節品質,擬采用積分分離法對基本PID控制進行改進,簡稱變速積分PID。變速積分PID的基本思路是設法改變積分項的累加速度,使其與偏差大小相對應,偏差越大,積分越慢;反之,則越快。
式中,A、B為積分區間。
變速積分PID算法為:
式中,U1(k)為第k次采樣時刻PID運算的積分部分輸出值。
采用變速積分PID控制,系統具有以下特點:用比例消除大偏差,用積分消除小偏差,可完全消除積分飽和現象;各參數容易整定,易實現系統穩定,而且對A、B兩參數不要求十分精確;超調量大大減小,改善了調節品質,適應性較強。
2柴油發電機組數字調速系統中PID控制參數整定[3,4]
數字PID控制參數整定的任務主要是確定數字PID的參數KP、T1、TD和T。
對于簡單控制系統,可采用理論計算方法確定這些參數。但由于柴油機調速系統的工況較為復雜,其數學模型并非十分精確,在此,采用工程整定常用的擴充臨界比例帶法,結合經驗法再對參數進行調整,得到最終的PID參數。
(1)采樣周期T的選擇
在數字控制系統中,采樣周期T是一個比較重要的因素,采樣周期的選取,應與PID參數的整定綜合考慮。
首先,采樣周期T的選取應滿足以下要求:遠小于對象擾動周期;比對象時間常數小得多;盡量縮短采樣周期,以改善調節品質。
該系統中,PID調節控制過程是在定時中斷狀態下完成的,因此,采樣周期T的大小必須保證中斷服務程序的正常運行。在不影響中斷程序運行的情況下,可取采樣周期T=0.1τ(τ為柴油機的純滯后時間)。當中斷程序運行時間Tz大于0.1τ時,則取T=Tz,
(2)臨界振蕩周期Ts的確定
初始確定數字PID參數時,在用上述方法確定采樣周期T的條件下,從調速系統的PID調節回路中,去掉數字控制器的微分控制作用和積分控制作用,只采用比例調節環節來確定系統的振蕩周期Ts和臨界比例系數Ks。由單片機系統自動控制比例系數KP,并逐漸增大Kp,直到系統出現持續的等幅振蕩,然后由單片機系統自動記錄并顯示調速系統發生等幅振蕩時的臨界比例度δ和相應的臨界振蕩周期Ts。
控制度就是以模擬調節器為基礎,定量衡量數字控制系統與模擬調節器對同一對象的控制效果。控制效果就是采用某一積分準則,根據系統在規定的輸入下的輸出響應,使用該準則取最小值時的最
如前所述,采樣周期T的長短會影響系統的控制品質,同樣是最佳整定,數字控制系統的品質要低于模擬系統的控制品質。即控制度總是大于1的,且控制度越大,相應的數字控制系統品質越差。
為獲得與模擬控制器相當的品質,控制度選為1.05。不同控制度時,擴充臨界比例帶法PID參數計算公式
(4)KP、K1、KD、T的求取
根據實驗所得Ks和Ts及選定的控制度,按表1計算出數字PID參數Kp、T1、TD和T。
(5)控制效果的調節
按求得的參數值在調速控制系統中運行,并觀察控制效果。如控制效果達不到控制要求,可基于以下原則,根據經驗法對參數做適當調整。
①增大比例系數Kp,將加快系統的響應速度,但過大會使系統產生較大超調,甚至產生振蕩。
②增大積分時間T1,有利于減小超調,減少振蕩,使系統更加穩定,但會增加系統過渡過程時間。
③增大微分時間常數TD有利于加快系統的響應,使超調減小,穩定性增加,但系統對擾動的抑制能力減弱,對擾動有較敏感的響應。
基于上述原則,調整PID參數時,應先比例、后積分、再微分進行調整。
參考文獻:
[1]陶永華,尹怡欣,葛蘆生.新型PID控制及其應用[M].機械工業出版社,1998.
[2]王福瑞.單片微機測控系統設計大全[M].北京航空航天大學出版社,1998.
【關鍵詞】機電一體化技術;信息技術;發展趨勢
機電一體化技術是面向應用的跨學科的技術,它是機械技術、微電子技術、信息技術和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發展飛速,機電一體化產品更新日新月異。
一、機電一體化技術的發展歷程
“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。當時及70年代,人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用,近年來“機電一體化”更流行使用。
80年代,信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高,為更高級的機電一體化產品所采用,典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后,使機械—電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。
信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫,連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣,對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外,光學也進入了機電一體化,產生了“光機電一體化”的新領域。
進入90年代,通信技術進入了機電一體化,機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用,有的在性能上更是多用途的,尤其是微傳感器和執行器技術的發展,和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合,開創了以精密工程和系統集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟,但將逐漸成為集成控制系統的一個組成部分。之后,機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展,穩步進入了21世紀。
二、典型機電一體化產品的發展趨勢
(一)數控機床
目前我國是全世界機床擁有量最多的國家(近320萬臺),但數控機床只占約5%且大多數是普通數控(發達國家數控機床占10%)。近些年來數控機床為適應加工技術的發展,在以下幾個技術領域都有巨大進步。
1.高速化。由于高速加工技術普及,機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉速有3000~4000r/min提高到8000~10000r/min;銑床和加工中心主軸轉速由4000~8000r/min提高到12000~40000r/min以上;快速移動速度由過去的10~20m/min提高到48m/min,60m/mni,80m/min,120m/min;在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度,由過去一般機床的0.5G(重力加速度)提高到1.5G~2G,最高可達15G;直線電機在機床上開始使用,主軸上大量采用內裝式主軸電機。
2.高精度化。數控機床的定位精度已由一般的0.01~0.02mm提高到0.008左右;亞微米級機床達到0.0005mm左右;納米級機床達到0.005~0.01um;最小分辨率為1nm(0.000001mm)的數控系統和機床已問世。
數控中兩軸以上插補技術大大提高,納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1u的圓度,插補前多程序預讀,大大提高了插補質量,并可進行自動拐角處理等。
3.復合加工,新結構機床大量出現。如5軸5面體復合加工機床,5軸5聯動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結構,包括6軸虛擬軸機床,串并聯絞鏈機床等,采用特殊機械結構,數控的特殊運算方式,特殊編程要求。
4.使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼”。如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑,在轉深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000m/min,加工鋁件能達5000m/min。
5.數控機床的開放性和聯網管理。數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求,它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段,而且是企業合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此,計算機集成制造、網絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術都在數控機床基礎上發展起來,這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。
(二)自動機與自動生產線
在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產線及各種自動化設備,是當前機電一體化技術應用的又一具體體現。如:2000~80000瓶/h的啤酒自動生產線;18000~120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線;各種高速香煙生產線;各種印刷包裝生產線;郵政信函自動分撿處理生產線;易拉罐自動生產線;FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等,這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器,變頻調速器,人機界面控制裝置與光電控制系統等。我國的自動機與生產線產品的水平,比10多年前躍升了一大步,其技術水平已達到或超過發達國家上一世紀80年代后期的水平。使用這些自動機和生產線的企業越來越多,對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。
三、機電一體化技術的發展趨勢
以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發的數字化、網絡化、綜合化、個性化信息技術革命,不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展,而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測,機電一體化技術將向以下幾個方向發展:
(一)光機電一體化方向
一般機電一體化系統是由傳感系統、能源(下轉第80頁)(上接第81頁)(動力)系統、信息處理系統、機械結構等部件組成。引進光學技術,利用光學技術的先天特點,就能有效地改進機電一體化系統的傳感系統、能源系統和信息處理系統。
(二)柔性化方向
未來機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗余度”,有較強的“柔性”,能較好地應付突發事件,被設計成“自律分配系統”。在這系統中,各子系統是相互獨立工作的,子系統為總系統服務,同時具有本身的“自律性”,可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給信息,在總的前提下,具有“行動”是可以改變的。這樣,既明顯地增加了系統的能力(柔性),又不因某一子系統的故障而影響整個系統。
(三)智能化方向
今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯,智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。
四、仿生物系統化方向
今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大,并且往往在結構上處于“靜態”時不穩定,但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物:當控制系統(大腦)停止工作時,生物便“死亡”,而當控制系統(大腦)工作時,生物就很有活力。就目前情況看,機電一體化產品雖然有仿生物系統化方向發展的趨勢,但還有一段很漫長的道路要走。
五、微型化方向
目前,利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術,在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產品時,就沒有必要再區分機械部分和控制器部分了。那時,機械和電子完全可以“融合”機體,執行結構、傳感器、CPU等可集成在一起,體積很小,并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發展方向。
【參考文獻】
定槳距空氣動力制動的控制
對于定槳距機組,空氣動力制動裝置安裝在葉片上。它通過葉片形狀的改變使風輪的阻力加大。如葉片的葉尖部分旋轉80°~90°以產生阻力。葉尖的旋轉部分稱為葉尖擾流器,使葉尖擾流器復位的動力是風力機組中的液壓系統,液壓系統提供的壓力油通過旋轉接頭進入葉片根部的液壓缸。葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩(圖中未畫出)與液壓缸的活塞桿相聯接。當機組處于正常運行狀態時,在液壓系統的作用下,葉尖擾流器與葉片主體部分精密地合為一體,組成完整的葉片,起著吸收風能的作用;當風力機需要制動時,液壓系統按控制指令將擾流器釋放,該葉尖部分旋轉,形成阻尼板。由于葉尖部分(約為葉片半徑的15%)在風輪產生功率時出力最大,所以作為擾流器時,葉尖產生的氣動阻力也相當高,足以使風力機很快減速。一種定槳距機組液壓系統。
變槳距、偏航驅動與制動
液壓變槳距系統風電機組變槳距的目的主要是功率調節。液壓變槳距系統的組成如圖7所示。從圖7可見,液壓變槳距系統是一個自動控制系統。由槳距控制器、數碼轉換器、液壓控制單元、執行機構、位移傳感器等組成。在液壓變距型機組中根據驅動形式的差異可分為葉片單獨變距和統一變距兩種類型,單獨變距用的三個液壓缸布置在輪轂內,以曲柄滑塊的運動方式分別給三個葉片提供變距驅動力(圖略)。統一變距類型通過一個液壓缸驅動三個葉片同步變槳距,液壓缸放置在機艙里,活塞桿穿過主軸與輪轂內部的同步盤連接,動力部分由電動機7、液壓泵5、油箱1及其附件組成。變距機構的控制風力機葉片的“開槳”和“順槳”,在機組運行和暫停的工作狀態實現位置控制。在機組關機和緊急關機時實現速度控制。還有一種電液結合的變槳距系統。電-液變槳距機構原理圖。由圖可見,本系統用交流伺服電動機驅動可雙向轉動的定量泵,定量泵直接驅動液壓缸。通過改變電動機的旋轉方向、速度和運行時間來控制液壓缸的運動。偏航的驅動與制動液壓系統還可以用于偏航的驅動與制動。由于風向經常改變,如果風輪掃掠面和風向不垂直,不但功率輸出減少,而且承受的載荷更加惡劣。偏航系統的功能就是跟蹤風向的變化,驅動機艙圍繞塔架中心線旋轉,使風輪掃掠面與風向保持垂直。機艙在反復調整方向的過程中,有可能發生沿著同一方向累計轉了許多圈,造成機艙與塔底之間的電纜扭絞,因此偏航系統應具備解纜功能。也有的風力發電機組利用偏航進行功率調節。偏航驅動系統與變槳距驅動系統類似,是一個自動控制系統,其組成和工作原理。由圖可見偏航系統由控制器、功率放大器、執行機構、偏航計數器、傳感器等部分組成。偏航系統的執行機構一般由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路等部分組成。偏航制動控制的功能是控制偏航制動器松開或鎖緊;為避免風力發電機組在偏航過程中產生過大的振動而造成整機的共振,偏航系統在機組偏航時必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據機艙和風輪質量總和的慣性力矩來確定。此阻尼力矩由液壓系統提供。
緒論,是學生入門的第一課,如何利用這第一節課,將對以后的教學起著關鍵性的作用,輕松有創意的課程引入,可以帶動學生對學科的興趣并引發其學習動力,這樣可以將學生的主觀能動性全面發揮出來,學生也會主動的去接受學習。所以引發學生對學科的興趣及動力就成為了這第一課的首要任務。首先要結合社會現行引領大趨勢的電子產品———計算機的發明與制造過程,簡介電子技術的發展史,使學生充分的了解到電子技術是一門在不斷革新、不斷探索的科學技術,其在以驚人的速度發展。其次,我們應舉例介紹同我們生活息息相關的電子產品,如液晶電視、激光唱片、交通指示燈等,使學生知道我們現在的生活處處離不開電子技術的應用,使他們的思想在潛移默化之中由被動的接受變成主動的汲取。還有可以簡介與電子技術相關的專業,使其明了電子技術在其中的重要性,讓學生的思想對其產生向往。
2采用多種教學方法和教學手段,調動積極性
針對《模擬電子技術基礎》不同章節的不同內容,在教學過程中,通常會選用以下幾種教學方式:①多種方式的問答。問答法主要是根據學生已掌握的知識或者是實踐經驗,有目的性的引導提問,提出問題讓學生討論作答,有的則是為了拋磚引玉帶出之后的新課程,不回答,同時根據教學進度適時的進行相關知識點的補充。②誘發求知欲,進行實體演示,演示教學是我們在教學工程中運用教學用具或者做相應的示范性試驗等方式,將學生引入角色,使學生通過近距離的觀摩實踐將所習得的知識加深理解的一種方式,還能讓學生體會到理論與實際更為貼近。③不斷地練習,進行章節測驗。④運用類比法教學。我們在日常的教學是將內容相近的知識點同時進行講解,這可以培養學生的舉一反三能力,同時也提高了教學質量及學習效率。⑤不斷總結,鞏固知識。每一章授課完畢后,要對此章的內容進行歸納總結。總結的過程同時也是一個思考過程,這對知識的梳理與加工有很好的效果。⑥提升教師的個人魅力使得學生信任、尊重老師,這對于教師的教學會起到很大的作用,個人的良好人品與修養,會得到人們的欣賞與向往,作為育人者,教師應該更為注重個人素養及人格魅力,只有擁有了淵博的才識,具備極強的綜合處理事務能力,通過努力不斷完善自己的行為品質。學高為師,道高為范。在學生們眼中會起到放大的效果,教師的優缺點都會被放大。⑦講解二極管的整流功能時,就和學生說,大家聽說過“整容”吧,整流和整容是一個道理。這樣的話,可以激發學生的興趣。⑧在教授新課時,避免一次講的太多,講一點,練習一到兩節復習鞏固,千萬不要講的太多,避免學生害怕學習該門課程。
3注重實驗教學,提高學生的實踐應用能力及創新能力
模擬電路實踐教學可分為以下三個部分,基礎實驗、提高實驗與職業技能,電工電子基礎試驗中心擁有創新實驗室,可以讓學生綜合全面的掌握電工電子的綜合技術,提高學生的實踐操作能力。具體在實驗的內容教學中,增強綜合性、設計性、開放性試驗比例。充分利用實驗教學對枯燥無趣的理論教學進行補充,將抽象難懂的內容利用實驗課中的器具實驗用品進行模仿驗證,加深學生對知識的吸收與理解。引發調動學生的學習積極性及興趣。模擬電路實踐課可以給學生提供豐富的實驗課目,學生能夠根據自身的知識積累,來選擇安排實驗學習。例如,放大器的Q點和動態特性的圖解法是非常抽象的教學內容,經過相關程序的仿真,學生可以直觀地觀察到電路設置Q點的必要性,動態參數的變化規律,直流負載線與交流負載線的不同之處。根據黑龍江大學電工電子基礎實驗中心為不同專業安排的1周~2周的模擬電路實訓,設計培訓、制作電路與電源,一階濾波器電路,基本共射放大電路,學生首先進行理論設計及計算,然后利用計算機的相關軟件進行仿真,最后到動手操作、調試、焊接、制作。整個過程提高了學生的動手實踐能力,并同時提高了分析問題解決問題的能力。
4總結學習方法,培養學生良好的學習習慣
《模擬電子技術基礎》與其他科目有所不同,它不但需要扎實的理論基礎,還要學會財務分析電子電路。首先,要讓學生可以更快的適應模擬電子技術的學習。在教授知識的同時,還要培養學生正確的學習方法,提升他們的自學能力,培養良好的學習習慣。引導學生在聽課前先預習的習慣,然后在課前自學過程中將教材的重點、難點、惑點等都找出來。其次,督促要求學生做好隨堂筆記。指導學生如何做好筆記,使其更好地掌握知識。筆記重點記錄教師講課的,主題、重點、難點、概念,關鍵詞,對難點進行重點標注,以方便課后的復習。督促學生復習可以防止遺忘。課后學生自主的溫習課程及筆記,可以將所學知識進一步鞏固同時加深理解。
5教學應有側重點,以應用為目的
高職要重點著手于理論知識的應用及實踐動手能力的培養等方面。因此,教學內容上要彰顯高職教育的特點,主動適應社會需要,側重于應用性、針對性。將知識與能力相互結合,重點培養學生的工程應用能力及處理問題的能力。基礎理論的的初衷是對其的靈活運用,以必須、夠用為度,以掌握概念、強化應用為側重點。目前電子技術基礎具有很淺的實用性,其技術更新的速度是無法想象的。因此授課時不可再生搬硬套之前的教學方式:首先講解元器件的原理、特征、性能,然后對其進行分析對內部結構進行講解,再舉例說明它的具體應用。曾經對模擬電子技術基礎偏重于細節,忽略了整體概念的講解,這對培養學生的應用能力起到了副作用。因此授課時應有所側重,重點講解新思想、方法及應用,重點講解所謂粗線條分析。需要與實際電路相結合,使學生對電路的應用更加了解。
6設計特色引入,激發學生興趣
1優化35kV輸電線路設計法分析
1.1線路設計法走向
為了優化設計35kV輸電線路走向,在開展設計工作的過程中應注意以下問題。A:盡量避免將線路走向設計為之字形或大轉角的路徑形式,盡可能縮短線路距離,并盡量使線路走向與公路路線走向相吻合,以便能夠利用交通優勢。在設計時要避免輸電線路跨越河流或通信線路,如通信線路與輸電線路距離較小,則應控制好交叉角度:如通信線路為I級,則交叉角度應≥45°,如通信線路為II級,則應≥30°。如在35kV輸電線路中設計有防雷保護措施,則通信線路與輸電線路之間的距離應≥3m,在沒有設計防雷保護措施的情況下,兩種線路之間的距離應≥5m。B:在設計線路走向時還應注意避免穿越以下區域,即迷信或風水地帶(廟宇、龍脈等)、高危險及高污染區域、自然災害多發區、建筑物、風景區、開發區及林區等,同時還應避開鐵路電線。C:在設計線路走向時應做好相應的測量工作,標記線路測量點時應采用木樁,同時利用紅油漆將轉角樁、樁號高程標示出來。樁位與公路的距離應>15m,與通信線的距離應>20m,與建筑物的距離應>10m,同時避免在風景區、開發區及林區等高賠償區域設置樁位。
1.2桿型選擇與桿塔設計
在桿型選擇與桿塔設計方面,可以采用以下優化措施:A:在選擇輸電線路中的桿型時,應根據施工圖紙要求、交樁及定樁等情況,盡量選擇成熟桿型,如需要使用新式桿型,則應進行科學試驗及論證。在35kV輸電線路中使用的直線桿通常為15m,在特殊的情況下可采用18m的直線桿,輸電線路中的鐵塔高度通常設計為9m、15m或18m。B:目前輸電線路中常見的桿型包括雙桿及單桿,在選擇桿型時主要依據導線情況;設計線桿高度時可借鑒35kV輸電線路運行經驗。對于加拉線直線桿的設計,應在了解地質條件后合理選擇淺埋式或深埋式,以保證線桿的穩定性。確定直線桿尺寸與桿型后,便可以依據直線桿設計方案設計終端桿及轉角桿,如輸電線路中存在立桿困難的地段或特殊跨越地段,則在該地段設計鐵塔,完成以上設計工作后,便可以計算檔距。C:在設計桿塔時應控制好數量,以降低土地的占有率及建設支出,在控制桿塔數量的同時要采取有效的措施提高桿塔所具有的柔度、強度,以保證35kV輸電線路運行的安全性及可靠性。
1.3排桿及基礎設計
選擇好輸電線路中的桿型后,應在綜合考慮經濟因素及技術因素的基礎上優化排桿設計。第一,優先排定轉角桿型,并同時使轉角耐張段的長度<2000m,如耐張段的長度>2000m,則將部分直線型耐張桿排定到轉角耐張段當中。如直線桿段線路中存在吊檔現象,則可將耐張桿布設到吊檔地段中。第二,如發現在測量階段設定的直線樁位不能有效滿足設計及施工需要,則可以在不改變原線路走向的前提下適當遷移部分直線桿,注意盡量保留轉角樁。第三,盡量避免將轉角桿安排在大檔距位置,如需要在耕地中排直線桿,則避免使用拉線。如條件允許,則盡量減少線路中的耐張桿、三連桿或雙桿,多排直線桿或單桿,以節省開支。對于一檔跨過地段,可適當放大塔桿的檔距,無須將線桿布設在跨中位置。如35kV輸電線路需要跨越同等級輸電線路或低電壓輸電線路,則應將線桿布設為水平排列形式。在設計35kV輸電線路的基礎時應綜合考慮多種條件,如基礎受力情況、水文情況及地質地形情況等,對于線桿,可以選擇傾覆類、下壓類及上拔類基礎;對于鐵塔,則可以選擇混凝土灌注樁或裝配預制基礎。
2設計35kV輸電線路時應注意的問題
為了提高35kV輸電線路的運行質量,在開展設計工作的過程中還應注意處理好以下問題。第一,確保架空線路中的終端引線與變電站中35kV進出線實現相互配合,以便為架設進出線的施工工作提供有利條件;確保架空線路的防雷保護措施、保護范圍能夠與所在區域電氣防雷保護措施、范圍實現有效銜接。線路設計人員應親自參與放線測量工作,以便能夠了解工程實際情況,并在進行線路設計法的過程中做到實踐與理論有效結合,從而保證桿型設計及桿位選擇的合理性。第二,如需要設計T接輸電線路,則應將T接點線桿布設方法明確標示出來,同時注明桿型。應在設計方案中清楚說明線路的具體路徑,并保證設計方案的嚴謹性、簡明性及準確性。此外,在設計線路前應做好相應的勘察工作,設計工作完成后才能開始施工。
3結語