第一篇：BLDC電機中使用空間矢量PWM控制提高效率

研究表明，在普通現代家庭的總耗電量中，高達 70% 的電力皆由冰箱、洗衣機、空調、風扇和吸塵器等電器的電機所消耗。例如，2007 年臺灣的總耗電量為 1172 億度，其中，電機的耗電量約為 800 億度。根據臺灣工程研究所的研究，如果電機能效提高 10%，則每年可省電 100 億度，相當于一座大型核電站所生產的電力。

目前，最優(yōu)質的節(jié)能家電通常使用無刷直流(brushless DC,BLDC)電機，因為與交流電機及有刷直流電機相比，它們的體積更小，更為安靜且更具可靠性，運行效率更高。

使用空間矢量 PWM 控制的好處

不過，提及控制 BLDC 電機，設計師們仍有諸多選擇。在消費類產品中，空間矢量脈寬調制(SVPWM)是一個絕佳的選擇，因為它可提供相當高的準確度，降低噪音，減少總諧波失真(THD)，而且價格相當實惠。

SVPWM 利用相對成熟的技術產生基礎正弦波。其中包括通過在轉子和定子之間形成圓形旋轉場所產生的三相波形。SVPWM 控制器利用通過不同切換模式所產生的場通量來接近基礎圓磁場。為啟用切換控制并創(chuàng)建所需的PWM 波，控制器會比較所產生的實際磁場和基礎圓磁場。在 BLDC 電機中，控制器和電機被視為一個整體裝置。SVPWM 控制器通過內切多邊形的方式接近圓磁場，產生恒定的場幅和圓磁場。

SVPWM 使用的磁通量法

SVPWM 控制器使用其中一種磁通量法（共兩種）：開環(huán)或閉環(huán)。開環(huán)法使用兩個非零矢量加一個零矢量，生成一個等效電壓矢量。電壓矢量僅受取樣時間限制。使用開環(huán)法生成的輸出電壓通常比使用正弦調制生成的輸出電壓高 15%，并且有效諧波電流之和接近最小值。然而，開環(huán)法也有缺點，它無法克服低速運行時具有較高阻值的定子電阻的影響。閉環(huán)法通過引入磁通量反饋來控制通量和變化率，克服了這個問題。通過比較預估磁通量與給定磁通量的比較，最終確定可產生所需 PWM 波的下一個電壓矢量。因而可提高性能，減少振動和噪音。

Fairchild 提供了幾種電機控制器，特別適用于使用 SVPWM 控制的 BLDC。尤其是 FCM8201 和 FCM8202 控制器，它們具有兩種驅動模式（正弦波和方波），可讓設計師基于目標應用優(yōu)化性能。正弦波模式適用于吸塵器、空調、冰箱、洗衣機、洗碗機、風扇和其它家電，具有平穩(wěn)、噪音小及運行時無振動等特點。方形波模式建議用于大功率輸出的應用，如車輛、泵、機床、工業(yè)風機和戶外用具。它可提供較高的扭矩，減少開關損耗，但會降低轉子反饋的準確性。

FCM8201 和 FCM8202 支持兩種運行模式，具有綜合保護功能，可減少設計師開發(fā)軟件保護功能的需要。如圖 1 所示，有三種過流保護： 電流過載保護，其中臨界電壓(VOCP_OL)為 1.4 V；逐周期電流保護，其中臨界電壓(VOCP_CYC)為 1.5 V，及短路電流保護，其中臨界電壓(VOCP_SH)為 2.5 V。

圖 1.FCM8201 和 FCM8202 電機控制器中的過流保護

圖 2 顯示家用風扇中的 FCM8201 和 FCM8202。系統(tǒng)配備有無線連接，可使用遙控器進行遠程控制，還具有智能功能（如可選速度），可讓消費者輕松改善家居環(huán)境。

圖 2.帶 BLDC 電機智能控制的家用風扇方塊圖

結論

BLDC 電機在降低家用電器能耗方面極具潛力。Fairchild FCM8201 和 FCM8202 BLDC 控制器以兩種驅動模式運行，因此，設計師可量身定制其性能和保護裝置，既可增加可靠性，又能節(jié)約設計時間。若與 Fairchild 功率管理產品組合中的其它產品組合使用，這些元器件可快速打造高性能及高效率兼具的家用電器。

第二篇：機電一體化中的電機控制與保護

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機電一體化中的電機控制與保護

摘 要

依據機電一體化技術的發(fā)展前景，提出一種新型電動執(zhí)行機構的設計方案，詳細介紹了該執(zhí)行機構各功能元件的選型與設計、閥位及速度控制原理以及各種關鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機構將閥門、伺服電機、控制器合為一體，采用8031單片機、變頻技術實現了閥門的動作速度和位臵控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關、極限位臵判斷、電機保護及模擬信號隔離等技術問題?，F場運行情況表明，該電動執(zhí)行機構具有動作快、保護完善以及便于和計算機通訊等優(yōu)點，充分利用了機電一體化技術帶來的方便快捷。

關鍵詞：電動機閥門 繼電器保護 機電一體化技術總結

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目 錄

內 容 摘 要..........................................1 引 言.................................................3 四川職業(yè)技術學院成都校區(qū)畢業(yè)（論文）設計

引 言

在現代化生產過程控制中，執(zhí)行機構起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F有的國產大流量電動執(zhí)行機構存在著控制手段落后、機械傳動機構多、結構復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機構的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉速和其內部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調整，其通用性較弱。整個機構缺乏完善的保護和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計算機聯(lián)網。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機構的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計算機網絡、現場總線等技術在工業(yè)過程中的應用，這種執(zhí)行機構已遠遠不能滿足工業(yè)生產的要求。筆者設計的大流量電動執(zhí)行機構，采用機電一體化技術，將閥門、伺服電機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅動閥門的開與關。通過內臵變頻器，采用模糊神經網絡，實現閥門的動作速度、精確定位、柔性開關以及電機轉矩等控制。該電動執(zhí)行機構省去了用于控制電機正、反轉的接觸器和可控硅換向開關模件、機械傳動裝臵和復雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯(lián)網等優(yōu)點。實際運行表明，該執(zhí)行機構工作穩(wěn)定，性能可靠。自電子技術一問世,電子技術和機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,“機電一體化”技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注重..四川職業(yè)技術學院成都校區(qū)畢業(yè)（論文）設計

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研制具有集減速、變頻調速電機一體的動力驅動單元；具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的電機一體控制單元等。這樣，在產品開發(fā)設計時，可以利用這些標準模塊化單元迅速開發(fā)出新的產品。4 網絡化

由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監(jiān)視技術方興未艾。而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品，現場總線和局域網技術使家用電器網絡化成為可能，利用家庭網絡把各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家用電器系統(tǒng)，使人們在家里可充分享受各種高技術帶來的好處，因此，機電一體化產品無疑應朝網絡化方向發(fā)展。5 人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。6 微型化

微型化是精細加工技術發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學研制出 四川職業(yè)技術學院成都校區(qū)畢業(yè)（論文）設計

然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、功能最強。8 帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發(fā)展方向之一。9 綠色化

科學技術的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質豐富的同時也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護環(huán)境，回歸自然，實現可持續(xù)發(fā)展，綠色產品概念在這種呼聲中應運而生。綠色產品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調而可再生利用的產品。在其設計、制造、使用和銷毀時應符合環(huán)保和人類健康的要求，機電一體化產品的綠色化主要是指在其使用時不污染生態(tài)環(huán)境，產品壽命結束時，產品可分解和再生利用。

10.光機電一體化.一般的機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優(yōu)點是能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源(動力)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng).光機電一體化是機電產品發(fā)展的重要趨向.11.自律分配系統(tǒng)化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。其特征是子系統(tǒng)可產生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的適應能力(柔性)，又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。12.全息系統(tǒng)化——智能化。

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。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。

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13.“生物一軟件”化—仿生物系統(tǒng)化。

今后的機電一體化裝臵對信息的依靠性很大，并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)(工作)時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物摘要：當控制系統(tǒng)(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)(大腦)工作時，生物就很有活力。仿生學探究領域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入探究。這一探究領域稱為“生物——軟件”或“生物系統(tǒng)”，而生物的特征是硬 件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一段漫長的道路要走。14.微型機電化——微型化。

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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區(qū)分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執(zhí)行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發(fā)展方向。

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2.1 系統(tǒng)工作原理

霍爾電流、電壓傳感器及位臵傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位臵信號，經A/D轉換后送入單片機。單片機通過8255控制PWM波發(fā)生器，產生的PWM波經光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現電機的變頻調速以及閥位控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進行全橋整流得到。

2.2 控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設計

1)單片機 選用INTEL公司生產的8031單片機，它主要通過并行8255口擔負控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉矩、閥門開啟、關閉及閥門開度等設定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位臵等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機構的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號；

2)三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產生通常有模擬和數字兩種方法。模擬法電路復雜，有溫漂現象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數字法是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這

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種方法占用的內存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、保護、控制等功能，文中選用MITEL公司生產的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

3)智能逆變模塊IPM 為了滿足執(zhí)行機構體積小，可靠性高的要求，電機電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機構主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機，其額定電壓為380V，功率因數為0．75。經計算可知，選用日本產的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關和驅動電路、制動電路于一體，并內臵過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種高性能的功率開關器件。

4)位臵檢測電路 位臵檢測電路是執(zhí)行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的位臵信號。關鍵問題是位臵傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構中多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位臵傳感器為脈沖數字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。

5)電壓、電流及檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖2-2所示。

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6)通訊接口 為了實現計算機聯(lián)網和遠程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內部有兩個完全相同的電平轉換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS－232標準電平，把其它微機送來的RS－232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現單片機與其它微機間的通訊。

7)時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保存的數據。

8)液晶顯示單元 為了實現人機對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機、通訊和參數等信號進行設臵或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。

9)程序出格自恢復電路 為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復正常，選用MAX705組成程序出格自恢復電路，監(jiān)視程序運行。如圖2-3所示，該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。

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工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖剑_2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機產生一次復位，復位結束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。

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執(zhí)行機構各階段運行速度的計算原理

圖3-2為執(zhí)行機構的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段起始時間，如圖3-2中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相應的速度稱為段起始速度，如圖3-2所示vi)(i＝0，1，2，…)。

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化的大流量電動執(zhí)行機構根據當前位臵與給定位臵的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位臵及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現精確的微調和定位，從而將超程降到最低。

5)模擬信號的隔離。

對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖4-1所示，采用±15V和±12V兩組獨立的正負電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強度將增強，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若A的反相端電位負向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強了系統(tǒng)的抗干擾性。

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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(chuàng)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(yè)。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(fā)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(fā)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500 kV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臵。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝臵首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應用［5］，揭開了我國繼電保護發(fā)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(fā)電機失磁保護、發(fā)電機保護和發(fā)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臵也于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

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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(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能齊全、工作可靠的繼電保護裝臵。隨著微機保護裝臵的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f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。

5.2 繼電保護的未來發(fā)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(fā)展。

5.2.1 計算機化

隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)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(fā)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(fā)展到多CPU結構，后又發(fā)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(fā)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(tǒng)。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、測量一體化微機裝臵，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(tǒng)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

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部件都集成在CPU內。

電力系統(tǒng)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、控制裝臵和調度聯(lián)網以共享全系統(tǒng)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臵具有相當于一臺PC機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝臵。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?，F在，同微機保護裝臵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(fā)展方向之一。天津大學已研制成用同微機保護裝臵結構完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝臵。這種裝臵的優(yōu)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臵相似，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(huán)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，配臵靈活、容易擴展。

繼電保護裝臵的微機化、計算機化是不可逆轉的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)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。

5.2.2 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(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領域，也為各個工業(yè)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(lián)保護外，所有繼電保護裝臵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(tǒng)保護的概念，這在當時主要指安全自動裝臵。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(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數據，各個保護單元與重合閘裝臵在分析這些信息和數據的基礎上協(xié)調動作，確保

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系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設備的保護裝臵用計算機網絡聯(lián)接起來，亦即實現微機保護裝臵的網絡化。這在當前的技術條件下是完全可能的。

對于一般的非系統(tǒng)保護，實現保護裝臵的計算機聯(lián)網也有很大的好處。繼電保護裝臵能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，則對故障性質、故障位臵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(tǒng)運行方式和故障狀態(tài)的自適應，必須獲得更多的系統(tǒng)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。

對于某些保護裝臵實現計算機聯(lián)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臵。其原理是將傳統(tǒng)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(lián)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(qū)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(tǒng)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(tǒng)樞紐非常重要。

由上述可知，微機保護裝臵網絡化可大大提高保護性能和可靠性，這是微機保護發(fā)展的必然趨勢。

5.2.3 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，保護裝臵實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網絡上的一個智能終端。它可從網上獲取電力系統(tǒng)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，每個微機保護裝臵不

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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臵，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、電流量在此裝臵內轉換成數字量后，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(tǒng)中得到應用。在采用OTA和OTV的情況下，保護裝臵應放在距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臵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臵，由此一體化裝臵執(zhí)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、數據通信一體化裝臵。5.2.4 智能化

近年來，人工智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)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(tǒng)電勢角度擺開情況下發(fā)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臵的判別，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(fā)生任何故障時都可正確判別。其它如遺傳算法、進化規(guī)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］?？梢灶A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(guī)方法難以解決的問題。

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結束語

這段時間經過老師和同學的幫助終于做出咯這篇論文。雖然我的作品還不是非常成熟.有許多的不足。但我從接到題目到完成論文。其中翻看咯許多書籍也有和同學討論的結果。在這之中我把我大學3年里所學到的所懂得的。都體現到了其中.人生漫漫，匆匆3年大學就過去咯。學習機電一體化雖然很枯燥。但有老師的幫助和關照過的非常充足。學習到許多有用的知識。對我的大學生活劃上完美的句號。從這里走出，對我的人生來說是一個新的起點，要把所學到的知識放到實踐之中?？赡芴魬?zhàn)會很大，但我不會氣餒。

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