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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电器智能化原理及应用,第,1,章,绪论,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,电器智能化概述,电器智能化技术的应用,电器智能化技术的发展,本课程学习内容,本章小结,第,1,章,绪论,1.1,电器智能化概述,电器：用于完成电路监测，并根据不同的运行状态,与要求，实现电路接通或分断操作的设备，主要用于电,力传输与分配、电力系统继电保护、工业及民用用电设,备供电与保护等场合。,常见的电器有电压、电流互感器和断路器、接触器、,各类继电器等开关电器及其成套设备。,第,1,章,绪论,电厂,POWER PLANTS,建筑,UTILITY BUILDING,TRANSFORMER STATIONS,箱变,SUB STATIONS,分变电站,工业,INDUSTRY,MAIN STATIONS,主变电站,住宅,RESIDENTIAL,APPLICATIONS,轻工业,LIGHT INDUSTRY,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,1.,上出线座,2.,真空灭弧室,3.,下出线座,4.,滚动触头,5.,碟形弹簧,6.,操作绝缘杆,7.,分闸弹簧,8.,拐臂,9.,外壳及机,构,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,1.1.1,电器智能化与智能电器,智能电器：,智能电器是指能自动适应电网、环境及控制要求的,变化，始终处于最佳运行工况的电器，智能化了的开关,电器元件或成套开关设备。,电器智能化：,电器智能化是以智能电器这种有形产品为基础建立,的相关学科知识及应用技术的系统集成。,第,1,章,绪论,1.1.2,智能电器的基本特点,1.,现场参量处理数字化,2.,电器设备的多功能化,3.,电器设备的网络化,4.,真正实现分布式管理与控制,5.,可以组成真正全开放式系统,第,1,章,绪论,1.1.3,智能电器的一般组成结构,智能电器分为元件和成套设备两类，都包括一次开,关和监控器。,智能电器的监控器由输入、中央处理与控制、,输出、通信和人机交互,5,大模块组成。,绪论,第,1,章,智,能,电,器,的,基,本,结,构,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,1.1.3,智能电器一般组成结构,1.,智能电器元件物理结构及基本功能,从物理结构上看，智能电器元件的监控器总是与一,次开关集成为一个整体。,智能电器元件不仅能根据监控器发出的指令实现一,次开关的简单合、分闸操作，重要的是能根据操作命令,发出时一次开关的运行状态，控制其操动机构的运动速,度，实现对开关元件的智能操作。,第,1,章,绪论,1.1.3,智能电器一般组成结构,2.,智能化成套电器设备,与智能电器元件的物理结构不同，智能化成套电器,设备中的监控器一般安置在设备面板上，空间位置上与,一次开关相对独立，在输入、输出端口的设置和处理器,完成的功能方面也有较大的区别。,智能电器成套设备除完成二次电路全部的测量、保,护和控制功能外，还需要将大量的设备现场记录传至后,台管理系统上位机，接收上位机传来的各种操作命令和,网络重组命令。,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,第,1,章,绪论,1.1.4,电器智能化网络的结构和特点,电器智能化网络：,采用现场总线和数字通信网络技术，由系统后台管,理设备和现场智能电器组成的网络称为电器智能化网络。,第,1,章,绪论,1.1.4,电器智能化网络的结构和特点,1,结构,电器智能化网,络典型结构如图，,可以看出，网络基,本可分为：,（,1,）现场设备网,络层,（,2,）局域网络层,35kV,智能化,开关柜,12kV,智能化,开关柜,400V,智能化,开关柜,400V,智能化,动力箱,智能化箱式,变电站,信息打印,RS485/232,等接口转换器,双绞线或光纤,监视和控制,备用,电站综合自动化系统,系统构成：,软件（,INT-SCADA,）,+,硬件（智能化开关柜）,公用电话,+ MODEM,INT-SCADA,第,1,章,绪论,1.1.4,电器智能化网络的结构和特点,2.,主要特点,(1),现场设备具有独立的监控、测量、保护、操作功能，并且,具有通信能力,(2),网络应允许不同制造商、不同类型的产品互连甚至互访,(3),能包容采用不同传输介质、不同通信协议的网段或局域网,(4),必须保证各类实时数据在网络中传输的实时性、准确性,(5),智能化网络的上位管理设备能实现对网络中各现场设备运,行状态的实时监控和管理,(6),网络运行必须稳定、可靠，以保证现场设备安全运行,第,1,章,绪论,1.2,电器智能化技术的应用,电器智能化是实现电力系统自动化、各类低压配电,系统智能化的基础，也是提高电力用户用电质量和用电,安全性、可靠性的主要方法。,在现代工业设备运行的监控、保护及分布式管理方,面，电器智能化也有着广阔的应用前景。,第,1,章,绪论,1.2.1,电器智能化在电力系统自动化中的应用,电力系统自动化是保证电力发、输、配、供、用各环节,安全性和可靠性，提高电网运行效率、降低运行成本，保证,供电质量的基本措施。,电器智能化技术原则上可以应用在电力系统发、输、配、,供、用各个环节。但由于使用现场环境等原因，当前主要用,于发电厂和各类分布式变电站自动化、低压配电网自动化及,其电能质量管理。,第,1,章,绪论,1.2.1,电器智能化在电力系统自动化中的应用,电器智能化在电力系统自动化中的应用主要有以下,3,方面：,1.,分布式变电站自动化中的电器智能化技术,2.,电器智能化在低压配电网自动化中的应用,3.,电力设备在线监测,第,1,章,绪论,1.2.1,电器智能化在电力系统自动化中的应用,分布式变电站自动化中的电器智能化技术应用举例：,典型的变电站综合自动化网络结构,第,1,章,绪论,1.2.2,电器智能化在工业自动化中的应用,早期：自动化工业设备中电气自动控制系统体积庞大、,线路复杂，工作噪声大，可靠性低，控制精度差，维护非常,困难。,目前：随着微机控制技术、电力电子技术和现场总线技,术应用的发展，现代工业设备的自动控制系统与工业自动化,技术已经发生了根本的变化。,在工业控制局域网的现场监控设备中，不仅有生产设备,的微机控制器，还包含了控制设备电源接通,/,分断操作的低压,智能电器监控器。,第,1,章,绪论,1.2.2,电器智能化在工业自动化中的应用,电器智能化在工业自动化中的典型应用,电动机控制,中心（,MCC,），其数字通信网络基本结构如下：,第,1,章,绪论,1.2.3,电器智能化在楼宇智能化管理中的应用,楼宇用电管理一般包括供电质量监控、用电费用统计和,用电安全保证等方面。,利用电器智能化技术构建楼宇智能化低压配电网，电网,中的线路开关和用电负载开关全部采用低压智能断路器，可,实现对供电电源、配电电网的线路与开关设备、用电负载等,对象的分布式监控与管理。,第,1,章,绪论,1.3,电器智能化技术的发展,电器智能化技术几乎是与传感器技术、微电子技术、,单片微机控制技术和数字通信网络技术同步发展的。,早期的智能化电器，以二十世纪,80,年代中期法国,MG,公司、,美国西屋公司和日本寺崎公司先后推出带微处理器的低,压智能化断路器为代表。,90,年代初期，随着计算机信息网络系统的发展，一些国,外公司把智能化开关电器、监控、保护模块与控制计算,机和,PLC,联结成智能化中压和低压配电控制系统。如西,屋公司的,MPACC,系统，通用电气公司的,POWER LEADER,系,统，,GECALSTHOM,公司的,SIMOCODE,系统。,第,1,章,绪论,近年来，智能化技术也进入到断路器和开关设备二次,监测和故障的诊断上，例如,GEC-ALSTHOM T&D,公司在中,压开关设备上，分别用红外线、光电、压力和温度传,感器来采集信息。日本东芝公司开发了一种采用压力,波传感器的,GIS,内部故障诊断系统。,国内，西安交通大学最早关注智能化电器的研究，并,开展研究工作，于,1987,年开发出了国内第一台智能化,电器产品。,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,目前，国内外对电器智能化理论及应用的研究依然,是开关电器领域的热点之一，重点需要研究的内容：,1.,电器的机构与智能操作；,2.,电器的状态监测与寿命预测；,3.,智能化电器新功能拓展。,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,1.,电器的机构与智能操作,（,1,）根据电器电弧研究最新成果,（,2,）通过新型操作机构,（,3,）通过对开关电器元件运行状态的在线监测，根据,不同的运行状态，输出不同的操作控制命令，使开关,电器的操作机构能按最佳的分、合闸特性进行操作，即,实现所谓智能操作，提高元件的工作性能和寿命。,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,2.,电器的状态监测与寿命预测,各类电量和非电量传感器（智能化、小型化、数字,化）是在线监测技术的基础，为电力设备状态的检修打,下基础。,（,1,）机械特性,（,2,）绝缘特性,（,3,）载流体发热,（,4,）其它检测内容,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,研究的技术路线,各类性能劣化规律的实验、仿真研究,特征物理量的确定,特征物理量信,息的提取,信息处理技术,信息的传输技术,专家系统的建立,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,开发的温度传感器,非接触式基于红外辐射的温度传感器,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,安装在进线环氧树脂套管上的泄漏电流传感器,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,3.,智能化电器新功能拓展,电能质量监测：,由于电能质量问题会给电力系统和用电设备带来严,重的危害和影响，必须对电网的电能质量进行有效的监,测。电能质量监测是评估电能质量水平和发现电能质量,问题的主要手段，也是改善电能质量的前提。电能质量,监控是保证低压电网和用电设备安全和可靠性的重要措,施，也是当前智能化电器一项新的功能和发展方向。,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,关于电能质量监测，当前的研究热点主要集中在以,下一些方面：,（,1,）电能质量问题的发生机理,（,2,）电能质量的检测机理,（,3,）电能质量检测设备的设计方法,PLL,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,双 口,RAM,(4K x 8),Serial,EEPROM,24C16,3.3V,模拟量,输入,开关量,输入,开关量,输出,ADC,I,/,O,通信接口,SPI SCI CAN,DSP,Core,External,Interface,外围接口,电,源,WD,SARAM,DARAM,FLASH,&ROM,晶振,RAM,MCU,(AT89C55WD),液晶显示,键盘,(320x240),(3x3),人机交互,CAN,DSP,最 小 系 统,RS232,TMS320LF2407,RTC,实时,时钟,SCI,RS422,第,1,章 绪论（当前主要研究内容）,第,1,章 绪论（关键共性技术）,电器智能化理论中关键共性技术主要有：,1.,网络化技术,2.,提高嵌入式系统软件设计水平,3.EMC,技术,4.,传感器技术,5.,基于专用芯片的电器智能化硬件平台技术,6.,可靠性技术研究,第,1,章 绪论（关键共性技术）,1.,网络化技术,网络化技术在智能化电器产品中至关重要，网络是,构成各类电力自动化系统的基本环节和纽带，是“智能,化功能”延伸和信息融合的基础。当前智能化电器所构,成的数据通信网络水平还较低；网络功能多限于数据传,输，由网络所能体现出的特有“智能化功能”还很少。,2.,提高嵌入式系统软件设计水平,采用模块化设计和面向用户的设计方法的嵌入式系,统，解决软件系统中的通用性问题。,3. EMC,技术,智能电器工作在高电压、大电流的现场环境中，因,此对它的,EMC,设计是保证其可靠工作的关键问题之一。,第,1,章 绪论（关键共性技术）,干扰途径,Conducted,(Electric Current),Inductively Coupled,(Magnetic Field),Capacitively Coupled,(Electric Field,),Radiated,(Electromagnetic Field),EM,源,Electronics,Grounding,Cell Phone,Apertures,PowerLine,Connector,Lightning,Antenna,EM,接受者,Electronics,Transistor,Cell Phone,Apertures,Diode,Antenna,Grounding,People,第,1,章 绪论（关键共性技术）,以往的,EMC,问题研究多是一些经验的积累，没有从理,论上找到一个描述问题和解决问题的方法，近年来已经,开始探索利用仿真模型等建立虚拟的电磁环境模型，以,便为,EMC,问题的解决提供理论依据。,第,1,章 绪论（关键共性技术）,4.,传感器技术,各类电量和非电量传感器（智能化、小型化、数字,化）是电器智能化的基础。目前正在研制各类新型电量传,感器（光纤电量传感器，新型电压、电流传感器）和机械,特性传感器（如位置、速度、压力、温度、油色谱等）。,5.,基于专用芯片的电器智能化硬件平台技术,目前的电器智能化测控器硬件基本上是以微处理器,（,MCU,）或,DSP,为核心，这种结构存在以下一些缺点和不足：,（,1,）效率低；,（,2,）升级困难；,（,3,）开发周期长。,第,1,章 绪论（关键共性技术）,90,年代迅速兴起的可编程,ASIC,技术可以从根本上解,决微处理器所面临的问题。利用,ASIC,器件，既保证了灵,活性和并行处理的快速性，又降低产品成本。采用专用,芯片（集成电路）可提高产品可靠性、减少体积，还可,以以硬代软，提高处理速度；软件可固化于专用芯片内,部，使其标准化、模块化。,第,1,章 绪论（关键共性技术）,首先提出了电器智能化装置的通用功能模型、确定,了相应专用芯片的结构、根据功能划分确定了各,IP,模块,的功能以及模块的接口关系。设计数据采集、数据处理、,控制算法、通讯、实时任务调度等,IP,核，完成了系统级,电器智能化技术专用芯片设计。,第,1,章 绪论（关键共性技术）,第,1,章 绪论（关键共性技术）,第,1,章 绪论（关键共性技术）,6.,可靠性技术研究,由于智能化电器的测量和保护的对象要求具有较高的可,靠性，这就要求智能化电器本身具有高可靠性，所以智能化,电器的可靠性技术研究是一个比较重要的问题，目前的研究,内容主要集中在以下几个方面：,（,1,）自检、自校、自诊断技术,（,2,）智能化电器元件的失效机理以及 元件和系统的可靠性,分析,（,3,）智能化电器的检测技术,第,1,章,绪论,1.4,本课程学习内容,智能电器的一次设备,现场参量及其检测,被测模拟量的信号分析与处理,智能电器监控器的设计,智能电器监控器的电磁兼容性设计,电器智能化网络,智能电器及其应用系统设计实例,第,1,章,绪论,1.5,本章小结,本章根据智能电器和开关设备的主要特点给他们做,了初步定义，说明了它们的基本结构组成。,介绍了智能电器的主要应用。,分别从智能电器的功能、监控器的设计技术、电器,元件工作机理和操动机构的变革、以及电器智能化网络,等方面，讨论了智能电器的现状及发展趋势。,最后介绍了本课程学习的主要内容。,
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