智能化電器新專業(yè)技術(shù)的進(jìn)展

1、智能化電器新技術(shù)的進(jìn)展摘要 隨著技術(shù)與需求的不斷發(fā)展，電器智能化在若干領(lǐng)域內(nèi)不斷取得新的研究成果。本文主要介紹了 電器智能化中三個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)展，即大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)、艦船電力集成技術(shù)和新型 傳感器技術(shù)。圍繞三個(gè)方面，分別介紹了基本概念、發(fā)展概況和相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。1 大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)11 概述大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)分布廣泛的企業(yè)級(jí)電力配電 網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制、管理，結(jié)合電力領(lǐng)域?qū)ｉT的應(yīng)用需求，來(lái)保證供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn) 行的軟件系統(tǒng)。大型企業(yè)配電系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：大型企業(yè)配電系統(tǒng)電壓等級(jí)涵蓋 35kv、10kv 、6kv、 0.4kv 等

2、，有的有自備發(fā)電廠，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地理位置分布廣泛；連接的各類設(shè)備總類繁多， 數(shù)量大，設(shè)備的安裝形式、智能化程度千差萬(wàn)別，需要對(duì)它們進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；支持的現(xiàn)場(chǎng)總線類 型多，支持的通訊協(xié)議類型繁多，包括設(shè)備廠商自定義的和基于標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議等；配電智能監(jiān)控 系統(tǒng)的規(guī)模會(huì)隨著監(jiān)控設(shè)備的增加而逐步擴(kuò)大，這要求系統(tǒng)可以根據(jù)不同的規(guī)模適當(dāng)裁減，結(jié)構(gòu) 靈活，適合分布式應(yīng)用。在大型企業(yè)供配電系統(tǒng)的生產(chǎn)及管理過程中，需要完成的基本功能包括 分布式的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)分析處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交互式人機(jī)界面、報(bào)警處理、 操作控制等，同時(shí)針對(duì)配電網(wǎng)的當(dāng)前或?qū)?lái)的運(yùn)行狀態(tài)需要具備有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c動(dòng)態(tài)著色、配電網(wǎng) 狀

3、態(tài)估計(jì)、配電網(wǎng)潮流分析、配電網(wǎng)短路分析、配電網(wǎng)故障定位、隔離、恢復(fù)、配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu) 等特定功能。大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)就是要為企業(yè)的電力配調(diào)部門構(gòu)建一套智能化 信息采集和分析處理平臺(tái)，進(jìn)行信息融合、信息共享和決策支持。在一個(gè)比較典型的大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)中，終端配電設(shè)備廣泛的分布在整個(gè)供配電區(qū) 域中，通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起，組成終端設(shè)備層，完成信息的采集、保護(hù)的分布式控制，并就近 集中到一個(gè)變配電子站進(jìn)行信息的集中；各變配電子站和配調(diào)中心之間利用專用信道進(jìn)行信息交換 （如以太網(wǎng)、internet 或?qū)＞€等），如果需要，配調(diào)中心可以同erp、gis 等系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。系 統(tǒng)的拓

4、撲結(jié)構(gòu)將是一個(gè)分層分布式的結(jié)構(gòu)形式，如圖1 所示。配調(diào)中心專用信變配電子站變配電子站變配電子站通 信電纜終端設(shè)備層終端設(shè) 終端設(shè) 備層 備層終端設(shè)備層終端設(shè)備層終端設(shè)備層圖 1 分層分布式的系統(tǒng)構(gòu)架12 構(gòu)建系統(tǒng)涉及的新技術(shù)1） 以 opc 為核心的系統(tǒng)集成技術(shù)用于過程控制的對(duì)象連接與嵌入技術(shù) (ole for process control ，opc) 是一套用于工業(yè)自動(dòng)化 領(lǐng)域的接口規(guī)范，由 opc 基金會(huì)負(fù)責(zé)制定，它為基于 windows 的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過程控制應(yīng)用 建立了橋梁，使相對(duì)獨(dú)立的不同應(yīng)用程序結(jié)合到一起成為可能。opc 規(guī)范包含一系列的預(yù)定義的接口集合。這些 opc 規(guī)范集將

5、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集、分析和處理過程分解為一系列相對(duì)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)接口，不同的領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)軟件可以遵循 opc 接口來(lái)設(shè)計(jì)具有特定領(lǐng)域功能的軟件模塊，形成具有 opc 接口的標(biāo)準(zhǔn)組件，系統(tǒng)構(gòu)架則以 opc 規(guī)范作為連接各個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的 opc 組件的軟件總線。2） 分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集技術(shù)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各類智能電子設(shè)備的出現(xiàn)，電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集、分發(fā)過程變得 越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)需要處理各類備不同的接入方式、不同的通訊協(xié)議所提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集引 擎就是專門為解決分布式的、多種類的數(shù)據(jù)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集而提出的一個(gè)概念。數(shù)據(jù)采集引擎定義為在分布式應(yīng)用環(huán)境中構(gòu)成的提供系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)服務(wù)的軟件總線

6、，它對(duì)系 統(tǒng)涉及的各類數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換處理，以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口或信息服務(wù)模型的形式對(duì)外提供 數(shù)據(jù)服務(wù)，供各種高級(jí)應(yīng)用軟件進(jìn)行進(jìn)一步的應(yīng)用和處理。數(shù)據(jù)采集引擎是一個(gè)典型的三層模型的結(jié)構(gòu)，包含了一個(gè)信息流從輸入到輸出的復(fù)合映射 關(guān)系。數(shù)據(jù)采集引擎以各種不同的形式采集數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理加工，以一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組 織形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，再根據(jù)輸出的需要，以 opc da 接口的形式輸出數(shù)據(jù)，它完成了一個(gè) 由多對(duì)一到一對(duì)一的復(fù)合映射過程。利用數(shù)據(jù)采集引擎技術(shù)可以大大方便各類設(shè)備的接入，各類設(shè)備的 i/o 驅(qū)動(dòng)程序可以設(shè)計(jì)成 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（dll）的形式，根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)加載。3） 分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換技術(shù)

7、主要解決不同地理位置分布的子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換問題。采用的通訊機(jī)制是支持一 對(duì)多和多對(duì)多的分布式實(shí)時(shí)出版 /定購(gòu)?fù)ㄓ嵞Ｐ停╮eal time publish/subscribe，rtps）。它是構(gòu)建 自律分布系統(tǒng)（autonomous decentralized system ，ads ）的基礎(chǔ)，也是 ida 組織（interface for distributed automation）構(gòu)建分布式智能應(yīng)用的所依賴的基本通訊模型。 rtps 的思想為復(fù)雜的、 廣域分布的大型企業(yè)供配電智能監(jiān)控系統(tǒng)的集成提供了很好的思路和解決方案。rtps 模型與傳統(tǒng)的 c/s 模型有一定的差異，rtps 模

8、型中的各個(gè)子系統(tǒng)之間是相互平等的， 不存在依附關(guān)系，可以自主運(yùn)作，但這并不表明它們不與外界交換信息。實(shí)際上，各個(gè)子系統(tǒng)不 斷向外界以廣播方式發(fā)送信息，同時(shí)又根據(jù)各自需求接收來(lái)自外界的信息以為自己服務(wù)。這樣一 來(lái)，c/s 模式中服務(wù)器大量的負(fù)擔(dān)被有限地分散了，而且加快了子系統(tǒng)間信息的交換速度。4） 智能信息處理技術(shù)電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集、處理大量的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)它們壓縮、歸檔、存儲(chǔ)，系統(tǒng)擁 有海量的實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，如何從這些原始數(shù)據(jù)中提取出有用的信息，再將信息轉(zhuǎn)化成知識(shí)，并 用這些數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)作為反饋來(lái)監(jiān)控和指導(dǎo)整個(gè)生產(chǎn)過程，為用戶的科學(xué)決策提供依據(jù)是一 個(gè)值得深入研究的問題。當(dāng)使用經(jīng)典的

9、電力系統(tǒng)分析方法來(lái)處理海量數(shù)據(jù)時(shí)，通常只能針對(duì)常規(guī)的目標(biāo)得到一些一 般應(yīng)用的結(jié)果，但使用智能信息處理技術(shù)可解決一些傳統(tǒng)方法無(wú)法解決或解決起來(lái)有一定難度的 問題，對(duì)于某些特定的常規(guī)問題，使用智能信息處理技術(shù)有時(shí)會(huì)具有更高的效率或能得到更好的 結(jié)果。智能信息處理技術(shù)用以研究的主要問題有：a） 如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法建立對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的分類和描述，以便對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn) 定性和安全性進(jìn)行評(píng)估；b） 分析電力系統(tǒng)故障間的關(guān)系。如利用智能計(jì)算的方法對(duì)故障進(jìn)行知識(shí)表述，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn) 行的實(shí)時(shí)信息，完成配電網(wǎng)的故障定位、隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，減少停電時(shí)間，同時(shí)將各類故障模式 進(jìn)行總結(jié)，形成專家知識(shí)，指導(dǎo)用戶進(jìn)行科學(xué)

10、決策；c） 電力系統(tǒng)運(yùn)行中變化與異化的檢測(cè)和預(yù)測(cè)。利用數(shù)據(jù)挖掘可從以前存儲(chǔ)的大量歷史數(shù)據(jù) 中發(fā)現(xiàn)許多重要的潛在變化規(guī)律，再利用電力系統(tǒng)的領(lǐng)域知識(shí)對(duì)其加以系統(tǒng)化，以進(jìn)一步利用。 13 系統(tǒng)的發(fā)展方向a) 系統(tǒng)采用層次化和組件化設(shè)計(jì)的特征將更加鮮明：b) 系統(tǒng)將進(jìn)一步向開放性和標(biāo)準(zhǔn)化靠攏；c) 系統(tǒng)將具有更好的集成性和可擴(kuò)充性 ；d) 系統(tǒng)將具有更加廣泛的適應(yīng)性和靈活性；2 艦船綜合電力系統(tǒng)技術(shù)的研究傳統(tǒng)艦船的動(dòng)力平臺(tái)由動(dòng)力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)兩部分組成，隨著高能武器的應(yīng)用和對(duì)艦船生 命力及綜合作戰(zhàn)能力的要求，需要將兩大系統(tǒng)統(tǒng)一形成新的動(dòng)力平臺(tái)，綜合電力系統(tǒng)就是基于這 個(gè)思想提出的。綜合電力系統(tǒng)與電器智

11、能化關(guān)鍵技術(shù)密切相關(guān)，它是電氣智能化系統(tǒng)開拓的新的 研究和應(yīng)用領(lǐng)域。21 概述綜合電力系統(tǒng) (integrated power system ， isp) 采用電力系統(tǒng)集成技術(shù)來(lái)研究艦船電能的產(chǎn) 生、輸送、變換、分配以及利用，以實(shí)現(xiàn)艦船推進(jìn)和高能武器的發(fā)射。它將艦船發(fā)供電與推進(jìn)用 電、艦載設(shè)備用電集成在一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電、配電與電力推進(jìn)用電及其它設(shè)備用 電統(tǒng)一調(diào)度和集中控制，其典型結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，圖中 gi ( i = 1 ，2 ， ， n) 為集成化的高 功率密度大容量發(fā)電模塊。綜合電力系統(tǒng)由發(fā)電模塊、電能調(diào)度及智能管理模塊、區(qū)域配電模塊、電力推進(jìn)模塊、高能武器 電力變換模塊

12、和環(huán)形供電網(wǎng)絡(luò)等若干個(gè)模塊組成。發(fā)電模塊經(jīng)環(huán)形電網(wǎng)向全船各區(qū)域配電系統(tǒng)供 電；電能調(diào)度及智能管理模塊對(duì)全船各區(qū)域配電系統(tǒng)實(shí)行電能分配及智能監(jiān)控；區(qū)域配電模塊將 電力輸送到各個(gè)電力區(qū)的負(fù)荷中心，然后再分配到用電設(shè)備，采用區(qū)域配電可使發(fā)電機(jī)的運(yùn)行頻 率不受用電設(shè)備對(duì)頻率的嚴(yán)格限制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和整流設(shè)備成本、體積和重量的最佳化、集成化； 電力推進(jìn)模塊用以實(shí)現(xiàn)艦船電力推進(jìn)；高能武器電力變換模塊為激光武器、電磁炮、電熱化學(xué)炮 等高能武器提供物質(zhì)基礎(chǔ)。每個(gè)模塊都是高度集成化的完整系統(tǒng)。盡管船舶電力推進(jìn)技術(shù)已有近百年的歷史，但是受到當(dāng)時(shí)技術(shù)因素的制約，發(fā)展緩慢，大 多數(shù)只應(yīng)用在特種船舶上，從 20 世紀(jì) 8

13、0 年代起，供電系統(tǒng)、推進(jìn)裝置、和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā) 展，人們才提出了綜合電力系統(tǒng)這個(gè)概念。美國(guó)海軍于 20 世紀(jì) 80 年代中期提出“海上革命”計(jì) 劃，積極發(fā)展艦船綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)，主要集中發(fā)展艦船電力推進(jìn)、電力和控制系統(tǒng)， 1994 年正式提出綜合電力系統(tǒng)的構(gòu)想并確定在 21 世紀(jì)將其應(yīng)用于新一代水面艦艇。隨著綜合電力系統(tǒng)研究的不斷深入以及艦船電力設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，普遍采用綜合電力系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案成為未來(lái)艦船動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。各國(guó)海軍都在積極從事這方面的研究和規(guī)劃，主要 集中在原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及配套的電力電子設(shè)備上的研發(fā)。我國(guó)在這方面也取得了一系列 突破，成功研制了 12 相交流整流

14、發(fā)電系統(tǒng)已批量裝備我國(guó)新一代潛艇，在此基礎(chǔ)上我國(guó)又研制 出交直流雙繞組發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行混合電力推進(jìn)，目前正在研究的有雙繞組發(fā)電機(jī)和高速異步發(fā)電 機(jī)。綜合電力系統(tǒng)是個(gè)多學(xué)科綜合、交叉和融合而形成的新的研究領(lǐng)域。主要的學(xué)科基礎(chǔ)為電 氣工程和控制科學(xué)與工程，相關(guān)學(xué)科有：信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、儀器科學(xué)與技術(shù)、 動(dòng)力工程與工程熱力學(xué)、材料科學(xué)與工程、機(jī)械工程等，大大拓寬了電氣學(xué)科的研究領(lǐng)域。 22 綜合電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜合電力系統(tǒng)代表了未來(lái)艦船動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)，各國(guó)也處于起步狀態(tài)，還有大量關(guān)鍵技術(shù) 需要解決，主要有下面幾個(gè)方面：1）電力集成技術(shù)電力集成技術(shù)是研究電力設(shè)備和系統(tǒng)集成的技術(shù)，包括設(shè)備

15、集成和系統(tǒng)集成兩個(gè)層面。 設(shè)備集成是指是將相關(guān)的發(fā)電、配電、電能變換、電氣傳動(dòng)、電氣控制等電力設(shè)備中兩個(gè)或多個(gè)功能模塊集成于一體，形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的新功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的高功率密 度、高可靠性、高性能，降低其制造成本，提高其運(yùn)行效率。系統(tǒng)集成是指是在電力設(shè)備模塊化、集成化的基礎(chǔ)上采用功率總線技術(shù)（電能傳輸）和現(xiàn) 場(chǎng)總線技術(shù)（通訊、控制）將各個(gè)設(shè)備有機(jī)地組合起來(lái)，能及時(shí)傳遞、分析和處理系統(tǒng)中各子系 統(tǒng)或功能模塊運(yùn)行狀態(tài)信息，適時(shí)控制能量的分配，保證系統(tǒng)最佳運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)及 設(shè)備的功能。要實(shí)現(xiàn)綜合電力系統(tǒng)，首先要完成設(shè)備集成，系統(tǒng)主要有發(fā)電模塊、電能調(diào)度及智能管理 模塊、區(qū)域配

16、電模塊等若干個(gè)模塊組成。如圖 3 所示，各模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的信息采集、處理接口及 智能化執(zhí)行單元，再將各個(gè)模塊通過功率總線和現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的集成綜合電力系 統(tǒng)。在集成中，必須解決損耗與散熱、電磁兼容等難題。電力集成技術(shù)作為一種新技術(shù)，國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究方興未艾。目前我國(guó)在設(shè)備級(jí)方面 具有一定積累，尤其是我國(guó)提出的集成化發(fā)電技術(shù)可大大提高功率密度和可靠性，我國(guó)在該領(lǐng)域 已具備雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，但作為整個(gè)系統(tǒng)，其理論及技術(shù)尚不成熟。 因此，我們必須積極開展 該系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究，如各模塊及全系統(tǒng)的優(yōu)化構(gòu)成原理，各模塊之間的接口關(guān)系、控制邏輯 和信息傳遞等。2）高功率密度發(fā)電技術(shù)隨著艦船對(duì)電

17、力系統(tǒng)供電的功率密度要求不斷提高，集原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、交流裝置、勵(lì)磁 控制和保護(hù)一體化的獨(dú)立供電系統(tǒng)是解決問題的關(guān)鍵，包括原動(dòng)機(jī)的選擇和新型原動(dòng)機(jī)的研制， 高功率、高能量密度的交流或直流發(fā)電機(jī)的研制。3）配電及智能化電能管理技術(shù)電力輸配電及監(jiān)控管理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)采用環(huán)形電網(wǎng)區(qū)域配電系統(tǒng)，必須為各類 艦船研究設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量和容量的發(fā)電模塊，確定輸配電方式，適時(shí)地根據(jù)全船負(fù)荷工況調(diào)控各發(fā) 電模塊的運(yùn)行方式。對(duì)可能使用的直流配電方式，重點(diǎn)研究其結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)以及適合于中高壓直 流網(wǎng)區(qū)域配電電器、保護(hù)電器的艦船適用性能；監(jiān)測(cè)控制智能化管理技術(shù)的研究重點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控 模塊、標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)、功率總線和采用光

18、纖的通訊控制總線技術(shù)。4）電磁兼容技術(shù)艦船設(shè)備分布密集，電力系統(tǒng)容量有限，系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容問題十分突出，直接關(guān)系到系 統(tǒng)和用電設(shè)備的可靠安全運(yùn)行，這也是決定綜合電力系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。需要開展的研究工作有： 電力集成化模塊中的電磁干擾研究、艦船直流電力系統(tǒng)電磁兼容研究、艦船交流電力系統(tǒng)電磁兼 容研究、艦船殼體及電纜屏蔽網(wǎng)形成的地電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)電磁兼容性能的影響研究、整個(gè)綜合電 力系統(tǒng)電磁兼容性研究。5）電力推進(jìn)技術(shù)艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包含兩個(gè)方面：推進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)。需開展的 研究?jī)?nèi)容有：大功率電力推進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)如交流永磁推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)性能及設(shè)計(jì)、電力推進(jìn)系 統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)。6

19、）大容量電能變換技術(shù)主要研究?jī)?nèi)容有：大容量變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式、新型電力電子器件的使用、數(shù)字控制策 略研究。實(shí)現(xiàn)大容量電能靜止變換技術(shù)，關(guān)鍵是開發(fā)配套的新型電力電子器件。23 智能電器與艦船綜合電力系統(tǒng)艦船綜合電力系統(tǒng)的提出為電氣學(xué)科提供了一個(gè)新的研究技術(shù)和創(chuàng)新領(lǐng)域，同時(shí)它的實(shí)現(xiàn) 也需要電氣和其他相關(guān)學(xué)科的支撐。上述關(guān)于艦船綜合電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)中，與智能電器及系統(tǒng)相關(guān)的有：設(shè)備集成中的高 性能智能化的電力開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備；系統(tǒng)集成中的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和智能控制系統(tǒng)；環(huán)形電網(wǎng) 區(qū)域配電系統(tǒng)中的輸配電方式；根據(jù)全船負(fù)荷工況各發(fā)電模塊的運(yùn)行調(diào)控方式；適用于艦船的中 高壓直流網(wǎng)區(qū)域智能化配電電器和保護(hù)

20、電器；系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)控模塊及采用光纖的通訊控制總線 技術(shù)；設(shè)備內(nèi)部、設(shè)備與系統(tǒng)之間的電磁兼容問題。作為智能電器方向的研究人員，可以立足于本專業(yè)在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)，積極開展艦 船綜合電力系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)關(guān)鍵問題的研究，推動(dòng)綜合電力系統(tǒng)的快速發(fā)展。3智能化電器傳感技術(shù)的趨勢(shì)與進(jìn)展31 概述智能化電器的構(gòu)成包括檢測(cè)傳感、信息處理與控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)。其中檢測(cè)傳感技術(shù)為后續(xù)處理和控制提供信息的來(lái)源，是保證智能化電器正確運(yùn)行的基礎(chǔ)。作為智能化電器的關(guān)鍵 技術(shù)之一，檢測(cè)傳感的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于處理與控制。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)與智能化電 器的結(jié)合，促進(jìn)了智能化電器向小型化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)步

21、。然而傳統(tǒng)的電流互感 器和電壓互感器已經(jīng)不能適應(yīng)智能化電器對(duì)檢測(cè)傳感提出的新要求，甚至成為智能化電器進(jìn)一步 發(fā)展的瓶頸。因此，大力發(fā)展智能化電器傳感技術(shù)的研究已經(jīng)成為智能化電器技術(shù)進(jìn)步的當(dāng)務(wù)之 急，新型傳感技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用是智能化電器領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)與機(jī)遇。目前廣泛應(yīng)用的電磁式互感器是按照過去的繼電控制設(shè)備的應(yīng)用條件而設(shè)計(jì)，存在種種弊 端。例如，由于線性范圍的限制，需要使用兩套電流互感器，一套用于測(cè)量，一套用于保護(hù)，造 成資源浪費(fèi)。另外，傳統(tǒng)電磁式互感器隨著電壓等級(jí)的增高，體積和造價(jià)都隨著增長(zhǎng)。充油式絕 緣的互感器還存在漏油、爆炸的危險(xiǎn)。本節(jié)介紹了智能化電器傳感技術(shù)近年的研究熱點(diǎn)陣列式傳感，并且

22、討論了其對(duì)智能化 電器傳感技術(shù)的影響。32 陣列式傳感測(cè)量技術(shù)單個(gè)磁傳感器測(cè)量電流時(shí)，由于不能區(qū)分待測(cè)電流感應(yīng)的磁場(chǎng)和其他外部干擾磁場(chǎng)而影響 測(cè)量精度，為了提高測(cè)量精確度，通過引入磁傳感器陣列來(lái)測(cè)量，通過一定的信號(hào)處理方法從磁 傳感器陣列的輸出信號(hào)計(jì)算待測(cè)電流。對(duì)三相交流系統(tǒng)電流測(cè)量來(lái)說，則必須借助磁傳感器陣列 和相應(yīng)的信號(hào)處理算法才能同時(shí)測(cè)出三相電流大小。利用電場(chǎng)傳感器測(cè)量電力系統(tǒng)電壓也面臨同樣的問題，需要通過使用傳感器陣列完成測(cè)量。 1） 基于陣列式傳感的電力系統(tǒng)電流測(cè)量在陣列式傳感的電力系統(tǒng)電流測(cè)量中，主要研究?jī)?nèi)容包括：研究開發(fā) (選擇)新型磁傳感器； 從概念上描述陣列式傳感在電力系統(tǒng)電

23、流測(cè)量中的應(yīng)用方式；陣列式傳感的原理、算法研究；陣 列式傳感中干擾排除的研究；陣列式傳感方式下的相關(guān)問題優(yōu)化；傳感器消噪、線性化、補(bǔ)償?shù)?研究以及陣列式傳感方式下外部環(huán)境因素分析及解決對(duì)策。2）基于陣列式傳感的電力系統(tǒng)電壓測(cè)量基于陣列式傳感的電力系統(tǒng)電壓測(cè)量通過放置在地平面的電場(chǎng)傳感器陣列測(cè)量電場(chǎng)分布， 根據(jù)電場(chǎng)分布與導(dǎo)線電壓的關(guān)系，計(jì)算三相電壓。由于和高電壓系統(tǒng)沒有電氣連接，因此不需要 笨重昂貴的絕緣結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)對(duì)三相交流輸電線按比例縮小的模型完成理論分析和計(jì)算，進(jìn)一步需要完成的任 務(wù)包括對(duì)實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)的分析與驗(yàn)證，優(yōu)化信號(hào)處理算法降低干擾場(chǎng)的影響，建立冗余機(jī)制提高 可靠性等。3）多傳感器

24、數(shù)據(jù)融合無(wú)論是對(duì)陣列式傳感測(cè)量電力系統(tǒng)電流與電壓還是智能化電器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都需要對(duì)多 個(gè)傳感器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，提高信噪比，從而得到需要的有用信息。數(shù)據(jù)融合完成對(duì)來(lái)自多 個(gè)信息源的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、相關(guān)、估計(jì)等組合處理。多傳感器數(shù)據(jù)融合的好處在于： 減少環(huán)境變化對(duì)性能的影響，提高環(huán)境適應(yīng)能力；擴(kuò)展空間覆蓋能力；增加可信度；改善檢測(cè)能 力；通過內(nèi)在冗余，提高可靠性等。多傳感器數(shù)據(jù)融合可采取的手段有：基于統(tǒng)計(jì)模型的融合（貝葉斯推理、證據(jù)理論、回歸 算子 ）；基于最小方差的融合（卡爾曼濾波、最優(yōu)理論 ）；智能融合（模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法）。3.3 展望智能化電器傳感技術(shù)是研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向，還需要通過多學(xué)科交叉研究來(lái)達(dá)到微型化、 智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、高靈活性、強(qiáng)抗干擾能力的研究目標(biāo)。參考文獻(xiàn)【1】xu hong, wang jianhua. an extendable data engine based on opc specification, computerstandards and interfaces. elsevier science, vol. 26