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智能化伴隨自動化技術發(fā)展
我們現(xiàn)在談的智能技術,其實是廣義智能控制,由三個部分組成:檢測(儀表)、控制(計算機)、執(zhí)行(電力電子與電氣傳動)。
我國自動化技術的發(fā)展,是從工業(yè)改革開始。從時鐘、風車的控制,到蒸汽機和速度控制,到天文望遠鏡和水利發(fā)電,最后認識到反饋控制。20世紀40~60年代,經典控制理論出現(xiàn)。它主要是通過數(shù)學方程來描述。20世紀60~70年代,出現(xiàn)了現(xiàn)代控制理論,強調非線性時變系統(tǒng)和時域分析。1956年,美國心理學家、數(shù)學家,計算機科學家和信息論學家通過共同討論,建立起了智能科學。智能控制強調三點:非結構化、不確定性、高度自主。
自動化系統(tǒng)硬件的發(fā)展經歷了四個階段。第一階段,1900年,電氣時代開始;第二階段,1941年,世界上第一臺電子計算機這個龐然大物誕生;第三階段,模擬系統(tǒng),人工記錄;第四階段,現(xiàn)代個人電腦。
當前電力、電子面臨技術與應用的轉變。能源是當今人類面臨的重大問題,而信息技術發(fā)展最快,電力電子是能源變換與信息控制的關鍵環(huán)節(jié),因此,電力電子得到高度重視和發(fā)展。現(xiàn)在主要的問題,不同的國家和不同的領域,對智能電網的認識不同。但是總體來說,對我們電工行業(yè)來說,是一個非常大的發(fā)展商機。
電氣傳動系統(tǒng)的智能化
隨著單臺計算機數(shù)字控制調速系統(tǒng)的完善化、成熟化,現(xiàn)代自動化系統(tǒng)工程開始加強與數(shù)字調速系統(tǒng)的通訊聯(lián)網,國際上的電氣傳動產品都要求具有與基礎自動化系統(tǒng)通訊聯(lián)網的功能。電氣傳動作為自動化系統(tǒng)的執(zhí)行部分,隨著計算機技術、自動化控制技術的發(fā)展,電氣傳動成為自動化網絡的智能終端。自動化系統(tǒng)在過去100多年來不斷發(fā)展,繼電器邏輯控制已逐步發(fā)展到可編程控制即PLC。另外,化工、石油化工儀表控制系統(tǒng)逐步發(fā)展為集散控制系統(tǒng)即DCS。電氣傳動實現(xiàn)了數(shù)字調速控制即DSC。今年,這三種控制系統(tǒng)開始逐步融合。
現(xiàn)場總線實現(xiàn)了這種聯(lián)網控制。特別是最近發(fā)展的能源互聯(lián)網、物聯(lián)網,為電工行業(yè)提供了一個發(fā)展的空間。我認為,在不同的行業(yè),對現(xiàn)場總線有不同的認識。
現(xiàn)在已經有了專門做現(xiàn)場總線互換的公司,例如正泰電器。這些行業(yè)上的發(fā)展,需要我們認真去研究。
特別值得一提的是電氣傳動系統(tǒng),發(fā)生了根本性的變革。現(xiàn)在的功能柜里面就是計算機,這也是智能的,用光纖連接在一起的。電氣傳動系統(tǒng)在不斷智能化,然后用光纖進行聯(lián)網。即使在外行看來只可能是一個普通的分流器,實際上卻是一個電壓檢測儀。
美國提出,智能功率模塊中,點的接口叫做PEBB。發(fā)展更進一步的,是器件一體化(IPM),將功率芯片和控制電路集成一體化,滿足低成本、小型化、高可靠性和易使用的要求。
電氣傳動系統(tǒng)配套智能電器,應該是具有自動化控制與信息聯(lián)網功能的電器設備。還有就是智能電機。智能電機將變頻器、電機、控制系統(tǒng)集成一體,形成電機系統(tǒng)節(jié)能與智能化
2006年國家發(fā)改委啟動規(guī)劃提出的十大重點節(jié)能工程,其中第五項巍峨電機系統(tǒng)節(jié)能。每年國家資助約100個電機系統(tǒng)節(jié)能項目。“十一五”規(guī)劃目標“電機系統(tǒng)運行效率提高2個百分點,年節(jié)電200億千瓦時(相當于兩個三峽電站發(fā)電量)。電機系統(tǒng)節(jié)能。我本人也是參加電機轉化的一員。
這是一個整體電機系統(tǒng),主要采用變頻調速方式,改變風機、水泵、壓縮機等驅動電機運行速度,效率可提高15—30%從電網供電給變壓器,然后實現(xiàn)風機。這是一個廣義的階段,以最小的電能完成最大的功效。我們要根據這個工藝的變化,不斷來調整電機系統(tǒng)效率。煤礦的通風機是設計在15年以后,這個風道的風級需要2千千瓦。在15年以后,才大了3千千瓦,前15年,我們大量的風機都是這么用的。還有一個就是風力也有變化。夏天和冬天的情況都是不一樣的。但是設計的時候都是按照最復雜的情況設計的。
從存在問題來看,有四點。一、目前,我國電機系統(tǒng)運行效率低、能耗高,主要是電動機及被拖動設備本身效率低,另外系統(tǒng)匹配和調節(jié)方式不合理造成系統(tǒng)效率低。二、設備陳舊、效率低。電動機、風機、水泵等設備落后,效率比發(fā)達國家平均低3-5個百分點。三、“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴重。由于我國設備可靠性差,設計選型富裕量大,設備長期字低負荷區(qū)運行。四、系統(tǒng)調節(jié)方式落后。風機、泵類調節(jié)大部分仍采用機械節(jié)流方式。我國中小電機設計與制造能力強,產品已能批量出口。按照國際IEC電機標準,高效電機效率為91—96%,低效電機為75—89%。
目前我國實際運行中的電動機主要集中在為0.55KW———100KW功率等級,為總運行臺數(shù)的95%以上,平均效率為89.3%。
我國已能生產6英寸晶閘管,達到國際先進水平。以晶閘管為功率器件的大功率交交變頻、高壓同步電機軟起動等技術已有相當?shù)幕A,已可以實現(xiàn)國產化,廣泛應用于冶金、礦山等領域。但應用范圍局限,國家重大工程的大功率變頻調速依賴國外。高壓變率是當前電機節(jié)能的重點,國產化已占領市場60%以上,在高壓方面,我們的國家還是取得很大的成績。
我國電機系統(tǒng)節(jié)能產業(yè)存在諸多問題。我國電機系統(tǒng)節(jié)能技術與裝備水平距離節(jié)能的目標相差很遠,才用變頻調速的電機系統(tǒng)仍為少數(shù),不到總量的10%;技術與產品落后與迅速發(fā)展的節(jié)能市場需求反差巨大,嚴重制約了我國電機系統(tǒng)節(jié)能的實現(xiàn)。國家還沒有形成電力電子及變頻調速領域技術和產品研發(fā)的平臺,無法形成產業(yè)規(guī)模。我國該領域技術在總體上與國際水平相差10年。
近年來,我國政府對電機系統(tǒng)節(jié)能及電力電子十分重視,給以政策、科研項目、節(jié)能資金等支持。
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