智能电器控制系统

3) 测量与能量转换电器
目前电力系统中最典型的测量电器是各种电流互感器 和电压互感器。功率计量主要是计算测得的电流和电压。
电力系统用的电流互感器也称Ct，其一般结构是在环
型铁心上绕一定匝数的二次线圈，主电流穿过环型线圈视 作单匝的一次线圈。低压互感器与高压互感器的结构基本 一致，只是一次和二次线圈之间的绝缘水平的差异。 电压互感器实际上就是小功率降压变压器，也称Pt。 新型测量电器也在向智能化方向发展，称之智能检测，所 用硬件有本质上的改变：能量需求大大降低，数字输出， 本身自诊断等。
以分断几万安培的短路电流。典型的真空断路器由灭弧室、 操动机构、框架和辅助开关等组成。灭弧室由弹簧储能操 动机构驱动，其动作指令由开关柜上的继电保护系统给出， 开关上的若干组辅助触点可反映开关的状态，并可供外部 电路使用。 真空灭弧室是开关的核心，当操动机构接到指令开始分 闸操作时，处于闭合状态的真空灭弧室触头分离拉出电弧，
5）成套电器和电力系统自动化装置
现代成套电器是电气工程与电子工程结合的产 物，它不但是电器元件的集成，更主要的是其功能的 完备，作为一个系统直接完成用户的服务功能。
开关柜
1）Pt、Ct，二次计量、
显示仪表
2）断路器（手车）或
负荷开关+熔断器
3）保护控制装置（继保） 4）其他
3.电器智能化内涵
----电器的智能化主要指开关电器实现人工智能的过程。按人 工智能的定义，智能化是指使对象具备灵敏准确的感知功 能、正确的思维与判断功能以及行之有效的执行功能而进 行的工作。 感知功能包括设备的自诊断，各种运行参数和系统参数的检 测，可依靠各种传感器来完成。 思维和判断功能可依靠计算机或数字信号处理器（DSP）来 完成，这方面即有硬件问题，又有软件问题，软件发展的 空间更大些。 -----对开关电器的智能化而言，目前的“瓶径”问题是“行 之有效的执行功能”
测量电器----电量传感器（包括电流互感/传感器，电压互感/
传感器），非电量（输出为电量的）传感器
能量转换电器----高压电容器、电抗器、电磁铁，电热、电声、
电光电机等。 特种电器----矿用电）高压开关电器
高压断路器是最典型的高压开关电器，作为短路保护可
能量转换电器范围很广，实际上电机是应用最广
的机电能量转换系统，但它的研究已自成体系，成为 专门的学科。
除电机以外的电磁（机械）、电热、电光、电声
等虽然都有自己专门领域，但都仍属于电器范畴。这
部分器件直接与人们的日常生活相关，与电能的使用
相关，是我们电气工程的边界，是我们必须掌握的知 识。
如电热器：直接欧姆热、涡流效应（电磁灶）、
在交变电流零点时电弧熄灭，完成电路分断功能。
2）低压开关电器
塑壳空气开关是典型的低压电器，一般由灭弧室、操 动机构、骨架和外壳以及过流脱扣装置等组成。以前低压 系统大量使用各种熔断器，塑壳开关中有过流保护脱扣装 置，各分支可以省去熔断器，从而简化了系统。 塑壳断路器采用了先进的灭弧系统，使开关利用电弧 自身能量分割成许多小段，很容易在短路电流达到峰值前 将其熄灭，从而使实际电弧的电流峰值和能量远没达到预 期值，我们称之限流开断。 限流的最大意义在于，降低了整个系统可能承受的电 流极限，在系统电动力和热稳定方面有了更好的保证。此 外由于实际承受的电弧能量较小，灭弧室的体积也可以做 的较小，这是限流断路器的又一优越性。
4.2 控制器的基本功能与特点：
4.2.1 控制器的基本功能：
智能电器的控制器以监测控制计算机为主题，加上 信号预处理电路构成一个整体。在这个系统中， 计算机直接参与电器状态的检测，监督，和控制， 也就是说，控制器含有以下三方面的功能： （1）采集与预处理功能： 主要是对智能电器的现 场参数进行检测，采样和必要的预处理，并以一 定的形式输出，为技术人员提供详实的数据，方 便他们分析，了解和监视智能电器的工作情况。 （2）监督功能： 将检测的实时数据，人工输入的 数据等信息进行分析，归纳整理计算等二次加工， 并制成实时和历史数据库加以存储。根据实时的 需要及系统实时的情况，进行工况分析，故障诊 断，状态预测，并以图，文，声等多种形式及时 做出报道，以进行操作指导，事故报警。
图 可维护性
人机交互模块
１、 拨码开关
人机交互模块 ２、 光电数码管显示
人机交互模块 ３、 液晶显示
复杂，大型，综合，连续的电力系统监控过程中，操作人员要 在短时间内接受多个信息，进行分析判断，完成有关操作， 因此要求监测控制系统具有多种而不是单一的人机交互方式。 除了常规的键盘，鼠标CRT显示器外，通常还有触摸屏， 专用键盘，大屏幕显示，语音等。 （6）通信功能： 主要是指在监测控制系统中，检测单元的下位机与控制系统的 上位机之间，相同类型或不同类型总线之间以及计算机网络 之间的信息传输。 （7）信息处理和控制算法： 在设计控制器时，信息处理和控制算法的设计，开发，调试是 最为核心的内容，也是最花费时间的工作，它占据了开发调 试的大部分工作量。信息处理和控制算法主要是软件工作， 这些软件的开发和编制除了和采用的操作系统，软件开发工 具有关外，还和硬件（特别是接口部件）以及电力系统对智 能电器控制其的要求有密切关系。
（3)使用方便: 包括三方面：一，操作使用方便，尽可能降低对操 作人员的专业技术知识的要求，在较短时间内可 以掌握和熟悉使用；二，排错方便，硬件的排列 和安装合理，配有明显的指示或信号显示，并配 有查错，诊断，故障报警程序，在故障出现时能 及时对它定位并排除；三，维护方便，尽量采用 标准零部件，便于硬件的更换。 （4）应用灵活： 一个优良的计算机监测控制系统应该适用于不同的 设备和不同的控制对象，即应具有较好的通用性， 能灵活的扩充，修改和升级。 （5）经济合理： 这是一个综合性很强的内容，应当进行全面的经济 技术权衡。
从计算机的应用角度出发，可以将智能电器控制器看成面向实 时过程的计算机系统。面向实时过程的计算机也成为过程计 算机或者监测控制计算机（监控计算机），它除了具有通用 计算机的一些共同特点外，在系统结构，硬软件组成，设计 思想，开发工具及使用方法等方面与通用的计算机有许多不 同之处，其主要的差别可归纳为： 1，丰富的过程输入输出接口 2，多样的人机接口 3，严格的可靠性措施 4，实时操作系统或保证实时性的软件技术 监测控制器的种类有很多，在我国应用的较多的有以下几种： （1） 数字控制器： 它可分为两类，有 一，专用的小型控制 器，针对某些或某类应用系统专门设计制造的，性能专一， 针对性强，操作简单，方便实用。 二，可编程序控制器 （PC），也称为可编程逻辑控制器（PLC）。 （2）工业控制计算机： 现在市场上有各种总线的工业控制计 算机产品。 （3）嵌入式PC
中频加热、微波加热、电弧炉、等离子体焚烧等等。
4）家用电器
随着经济和社会的发展，家用电器的用电量在 电能消耗中的比例越来越大，反映了家用电器的使用 量的急剧增加。虽然其内涵主要是上述能量转换电器， 但更多的结合了电子技术，技术含量越来越高。因此， 有必要把它们单列一类，进行分析研究。当然，现代 高档的音像设备和太阳能设备、电动车等，主要是相 关领域的研究对象，只在家电中归类。
电器的分类：
电器的分类一般按工作职能和使用领域分类： 高压电器----额定工作电压在1kV以上，主要用于电力系统， 少量用于脉冲功率技术和特种电源中。一般包括：断路器、 负荷开关、熔断器、避雷器、互感器与电抗器等。
低压与家用电器----额定工作电压在1kV以下，主要用于电力
拖动和家庭电气设施，包括：断路器、接触器、组合（自 动）开关、低压熔断器、低压避雷器、磁力启动器，家用 电热、制冷、电动工具和照明等。
智能电器：在某一方面或整体上具有人工智能的功能的电器
元件或系统。
4. 智能电器的控制系统
4.1 控制系统的基本结构与组成
智能电器的控制系统又称为智能控制器，是智能电器的 大脑和心脏其性能关系到智能电器的功能实现和工作可靠 性。其基本组成 如下图：
图 一 个 典 型 的 智 能 控 制 系 统
4—2
4.3 控制器的系统设计：
4.3.1 控制器系统设计的基本要求： 对于不同的对象有不同的具体要求，但对大多数智 能电器监测控制系统的设计来说，运行上可靠， 技术上先进，使用上方便，应用上灵活，时间上 节省，经济上合理是共同的基本要求。 （1）运行可靠 由于计算机控制系统的运行环境一 般都相对恶劣，所以适应环境是它的考验；其次， 计算机监控系统往往肩负重要的任务，一旦出现 故障，将会造成整个被监控过程的混乱，引起严 重的后果。所以，其可靠性要求很高。 （2）技术上先进： 技术上先进概括来说体现在硬件设备，软件平台和 工具，信息处理和控制策略这三个方面。
（2）可靠性： 智能电器计算机控制系统的可靠性是指系统无故障运行的能 力。当电力系统在连续运行时，智能电器也必须同步连续 运行，并对过程进行监测和控制。即使系统由于其它原因 出现故障错误，智能电器的控制器仍能做出实时响应并记 录完整的数据。 可靠性通常用“平均无故障运行时间”即平均的故障间隔时 间（MTBF，mean time between failures）来定量的衡量。 （3）可维护性： 可维护性是指进行维护工作是的方便快捷程度。智能电器计 算机监测控制系统的故障会影响电力系统的正常操作，因 此，方便地维护智能电器监测控制系统的正常运行，在最 短的时间排除它的故障成为智能电器控制器的一个重要特 点。(硬件和软件) （4）过程采集及输出： 智能电器监测控制系统的一个突出的特点是具有强大的I/O功 能，即大量的现场信息可以直接从现场采集并送入计算机 中。 （5）人机交互： 在智能电器的控制器中，人机交互方式比较丰富。特别是在
监督系统的输出一般不直接作用与智能电器本身， 而是经过生产运行人员的判断后再由操作人员对 智能电器的工作进行干预。 （3）控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根 据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用 于智能电器的操动机构或一次系统。（注：一次 系统:构成电能生产、输送、分配和使用的系统， 称为一次系统. 二次系统:对一次系统进行保护、 监控、测量、控制的系统，称为二次系统。 ） 一个完整的计算机监测控制系统是上述三种功能的 综合集成，它利用计算机高速度，大容量和智能 化的特点，可以把一个复杂的智能电器系统组织 管理成为一个综合，完整，高效的自动化整体。