專家支招：如何優(yōu)化智能電網(wǎng)電力連接功能

　　引言

　　在使用需求量較高時(shí)段或可用資源短缺時(shí)段，對(duì)改善系統(tǒng)級(jí)智能電網(wǎng)電力負(fù)載管理的目標(biāo)不斷提高，這就需要有更有效的方法來連接負(fù)載到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開負(fù)載連接。負(fù)載管理系統(tǒng)用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域已有時(shí)日。然而，隨著智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)現(xiàn)今正逐漸進(jìn)入家用和商用內(nèi)部控制設(shè)備的階段，這些設(shè)備的可靠性、效率和成本效益就變得更加重要。

　　因智能電表直接連接電網(wǎng)的輸配電，且由微控制器所控制，因此連接/斷連解決方案必須具備可承受智能電表噪聲環(huán)境的功能。最佳解決方案是將打開已焊接接觸器的強(qiáng)大 DC 電流能力與過濾噪聲的精確定時(shí)功能、繼電器功能和兼容性結(jié)合起來，從而優(yōu)化微處理器的時(shí)鐘周期。

　　本文綜述目前正在使用和仍在開發(fā)中的實(shí)現(xiàn)方式。本文還介紹智能電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)載管理建議以及各新興市場(chǎng)中所需的開關(guān)。對(duì)機(jī)械型雙線圈繼電器進(jìn)行了測(cè)驗(yàn)，以定義可提供所需功能的已優(yōu)化驅(qū)動(dòng)器電路。

　　本文最后還討論了驅(qū)動(dòng)連接繼電器所需的電力系統(tǒng)以及滿足建議性能規(guī)格的驅(qū)動(dòng)器權(quán)衡。

　　智能電網(wǎng)的影響

　　智能電網(wǎng)舉措孕育出了負(fù)載管理的新方法。遠(yuǎn)程控制器基本技術(shù)以及負(fù)載基本形態(tài)的排序已在工業(yè)市場(chǎng)上活躍了很長(zhǎng)時(shí)間，并且一直吸引著各種業(yè)務(wù)的加入。最初，主要通過連接至公共電力的單獨(dú)電話線設(shè)備以及通過電話通信設(shè)備機(jī)制實(shí)現(xiàn)的告警及請(qǐng)求系統(tǒng)完成。通過引入無線及電力線載波 （PLC） 通信技術(shù)以及健康的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，成本已顯著降低，實(shí)現(xiàn)了成本不斷降低且性能得以提高。不依賴于無線實(shí)現(xiàn)中的直連電路安裝和內(nèi)在安全性，從而大幅降低安裝過程成本和復(fù)雜性。

　　家用電表市場(chǎng)

　　對(duì)經(jīng)濟(jì)型連接/斷連解決方案的另一需求來自家用電表市場(chǎng)。由于與單個(gè)電表和局部控制功能的及時(shí)通信得到改善，能夠遠(yuǎn)程開啟電表負(fù)載，從而大大降低簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)中斷或業(yè)務(wù)恢復(fù)的成本。當(dāng)客戶請(qǐng)求業(yè)務(wù)中斷和重連時(shí)，比如對(duì)于季節(jié)性度假和出租物業(yè)，不再需要進(jìn)行業(yè)務(wù)中繼。 還能夠最大限度地減少個(gè)人業(yè)務(wù)交易時(shí)無票據(jù)支付的問題。類似節(jié)約方法還適用于臨時(shí)搭建的場(chǎng)地和其他不需要持續(xù)使用業(yè)務(wù)的場(chǎng)地。遠(yuǎn)程管理能力還能減少未使用場(chǎng)地的偷電情況并規(guī)避相關(guān)的電力損耗。

　　規(guī)避電表插座故障

　　最近，舊電表插座上安裝智能電表周圍引發(fā)火災(zāi)的事情，引起人們的擔(dān)憂。在替換已經(jīng)使用很長(zhǎng)時(shí)間的舊電表時(shí)，問題跟蹤顯示由于電表中的接觸器腐蝕導(dǎo)致電表插座變熱。插座發(fā)熱是負(fù)載電流和腐蝕度共同作用的結(jié)果，主要由天氣帶來的損壞和滲水導(dǎo)致。斷開負(fù)載連接并上報(bào)過溫狀況有助于電表安全避免受損。

　　損失電力后斷開連接

　　提高對(duì)接觸器的重視度就是在損失電力后能夠斷開連接和重新連接。在控制諸如壓縮機(jī)等具有高啟動(dòng)沖擊電流并且在沒有最小關(guān)斷周期時(shí)最好不進(jìn)行循環(huán)的設(shè)備（壓縮機(jī)以短周期循環(huán)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過高熱量）時(shí)，這一點(diǎn)顯得尤為重要。通過延遲開啟時(shí)間和對(duì)負(fù)載進(jìn)行排序可以降低電力恢復(fù)沖擊電流，從而降低傳輸設(shè)備和負(fù)載的峰值沖擊電流和應(yīng)力?；陔姳砗拓?fù)載的接觸器可以提供此功能，帶有一個(gè)存儲(chǔ)維持電力的電容，維持電力即使在電力損失情況下也能施加脈沖打開接觸器。智能電網(wǎng)研究顯示了使用這些類型的策略時(shí)設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性方面的顯著優(yōu)勢(shì)。

　　工業(yè)市場(chǎng)

　　在工業(yè)市場(chǎng)上，接觸器功能已通過各種方式實(shí)現(xiàn)。電機(jī)可用來驅(qū)動(dòng)接觸器，但由于會(huì)產(chǎn)生電弧損壞，接觸器打開速度很慢。對(duì)于較大的系統(tǒng)，通常采用各種形式的電弧抑制，包括壓縮氣體和彈簧輔助快速開關(guān)機(jī)械實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于對(duì)較高成本敏感的市場(chǎng)而言不是很經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此，逐漸形成一種共識(shí)，即使用帶有兩個(gè)線圈的極化雙穩(wěn)態(tài)閂鎖繼電器，一個(gè)線圈施加脈沖使繼電器從關(guān)閉位置移到開啟位置，另一個(gè)線圈使繼電器從開啟位置移到關(guān)閉位置。

　　驅(qū)動(dòng)器配置詳細(xì)信息

　　雙穩(wěn)態(tài)、雙線圈閂鎖繼電器是最常見的配置。某些版本在開啟位置包括內(nèi)置彈簧和其它機(jī)械輔助設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)低功率運(yùn)行。

　　典型的負(fù)載連接功能通過一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)接觸器實(shí)現(xiàn)，通過兩個(gè)或更多極點(diǎn)實(shí)現(xiàn)斷連。接觸器通常纏繞有兩個(gè)繞組，一個(gè)用于關(guān)閉接觸器，另一個(gè)用于打開接觸器。使用永磁材料或機(jī)械閂鎖，確保接觸器在不開關(guān)時(shí)就位。

　　為便于機(jī)械運(yùn)動(dòng)，繼電器線圈需要通電一定的時(shí)間。一旦接觸器更換了位置，繼電器繞組中的電壓應(yīng)該移除。圖例顯示一個(gè)簡(jiǎn)易的典型電路圖，包括波形實(shí)例。

　　繼電器驅(qū)動(dòng)電路要求

　　
圖1： 簡(jiǎn)易繼電器驅(qū)動(dòng)電路

　　如圖所示，雙線圈繼電器連接至兩個(gè)繼電器繞組中點(diǎn)的電源電壓軌。每個(gè)繞組由連接至繼電器線圈的開關(guān)進(jìn)行通電。兩個(gè)開關(guān)不能總是處于開啟狀態(tài)，否則會(huì)從電源電壓軌上取得過多電流，導(dǎo)致異常運(yùn)行并會(huì)損壞繼電器。 另外，為了適應(yīng)繼電器接觸器在其固定位置（開/關(guān)位置）之間移動(dòng)所需的相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間，脈沖須比繼電器規(guī)格中規(guī)定的最小間隔長(zhǎng)。為了防止繼電器繞組電勢(shì)飽和并避免線圈和驅(qū)動(dòng)電子器件過熱，還需要限制驅(qū)動(dòng)脈沖的最大長(zhǎng)度。 控制信號(hào)還應(yīng)兼容于支持 CMOS 和 TTL 輸入電平的最新一代微處理器。

　　繼電器規(guī)格還定義了接觸器可靠運(yùn)行所需的最大和最小工作電壓。接觸器的電壓要求視應(yīng)用而定，應(yīng)用受電表要求權(quán)衡驅(qū)動(dòng)。 較低的電壓多用于成本較低、功率較低的應(yīng)用，這些應(yīng)用的電表和繼電器都比較小。較高的電壓多用于需要較大電流的場(chǎng)合，其中較大的接觸器需要更多的電力來進(jìn)行開關(guān)操作。 因此，驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)監(jiān)控繼電器偏壓，確保足夠的電平。 驅(qū)動(dòng)電路還需要一個(gè)欠壓鎖定功能，便于在電路初始化過程中實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

　　首選集成解決方案提供控制信號(hào)的輸入資格認(rèn)證、防止兩個(gè)繼電器線圈同時(shí)啟動(dòng)、限制最大驅(qū)動(dòng)脈沖間隔，并提供其他功能如偏壓監(jiān)控、驅(qū)動(dòng)器使