电气传动节能增效对智能电器提出的新要求

    由中国机械工业联合会指导，中国电器工业协会、机械工业信息研究院、上海电器科学研究所主办，浙江正泰电器股份有限公司承办，机工传媒《电气时代》杂志社协办的“智能电器与装备制造论坛”于2009年11月14日在温州举行。冶金自动化研究设计院总工程师、博士李崇坚发表了讲话，他主要谈几个方面：一、智能技术的发展历程；二、电气传动系统的智能化；三、电机系统节能与智能化；四、钢铁生产流程的电气装备；五、电机变频节能的一些问题。

智能技术的发展历程
    我们现在谈的智能技术，其实是广义智能控制，由三个部分组成：检测（仪表）、控制（计算机）、执行（电力电子与电气传动）。

    我国自动化技术的发展，是从工业改革开始。从时钟、风车的控制，到蒸汽机和速度控制，到天文望远镜和水利发电，最后认识到反馈控制。20世纪40~60年代，经典控制理论出现。它主要是通过数学方程来描述。20世纪60~70年代，出现了现代控制理论，强调非线性时变系统和时域分析。1956年，美国心理学家、数学家，计算机科学家和信息论学家通过共同讨论，建立起了智能科学。智能控制强调三点：非结构化、不确定性、高度自主。

    自动化系统硬件的发展经历了四个阶段。第一阶段，1900年，电气时代开始；第二阶段，1941年，世界上第一台电子计算机这个庞然大物诞生；第三阶段，模拟系统，人工记录；第四阶段，现代个人电脑。

    当前电力、电子面临技术与应用的转变。能源是当今人类面临的重大问题，而信息技术发展最快，电力电子是能源变换与信息控制的关键环节，因此，电力电子得到高度重视和发展。现在主要的问题，不同的国家和不同的领域，对智能电网的认识不同。但是总体来说，对我们电工行业来说，是一个非常大的发展商机。
电气传动系统的智能化
    随着单台计算机数字控制调速系统的完善化、成熟化，现代自动化系统工程开始加强与数字调速系统的通讯联网，国际上的电气传动产品都要求具有与基础自动化系统通讯联网的功能。电气传动作为自动化系统的执行部分，随着计算机技术、自动化控制技术的发展，电气传动成为自动化网络的智能终端。自动化系统在过去100多年来不断发展，继电器逻辑控制已逐步发展到可编程控制即PLC。另外，化工、石油化工仪表控制系统逐步发展为集散控制系统即DCS。电气传动实现了数字调速控制即DSC。今年，这三种控制系统开始逐步融合。

    现场总线实现了这种联网控制。特别是最近发展的能源互联网、物联网，为电工行业提供了一个发展的空间。我认为，在不同的行业，对现场总线有不同的认识。

    现在已经有了专门做现场总线互换的公司，例如正泰电器。这些行业上的发展，需要我们认真去研究。
    特别值得一提的是电气传动系统，发生了根本性的变革。现在的功能柜里面就是计算机，这也是智能的，用光纤连接在一起的。电气传动系统在不断智能化，然后用光纤进行联网。即使在外行看来只可能是一个普通的分流器，实际上却是一个电压检测仪。

    美国提出，智能功率模块中，点的接口叫做PEBB。发展更进一步的，是器件一体化（IPM），将功率芯片和控制电路集成一体化，满足低成本、小型化、高可靠性和易使用的要求。

    电气传动系统配套智能电器，应该是具有自动化控制与信息联网功能的电器设备。还有就是智能电机。智能电机将变频器、电机、控制系统集成一体，形成信息传递、能量变换、运动控制一体的智能电机。

电机系统节能与智能化
    2006年国家发改委启动规划提出的十大重点节能工程，其中第五项巍峨电机系统节能。每年国家资助约100个电机系统节能项目。“十一五”规划目标“电机系统运行效率提高2个百分点，年节电200亿千瓦时（相当于两个三峡电站发电量）。电机系统节能。我本人也是参加电机转化的一员。

    这是一个整体电机系统，主要采用变频调速方式，改变风机、水泵、压缩机等驱动电机运行速度，效率可提高15—30%    从电网供电给变压器，然后实现风机。这是一个广义的阶段，以最小的电能完成最大的功效。我们要根据这个工艺的变化，不断来调整电机系统效率。煤矿的通风机是设计在15年以后，这个风道的风级需要2千千瓦。在15年以后，才大了3千千瓦，前15年，我们大量的风机都是这么用的。还有一个就是风力也有变化。夏天和冬天的情况都是不一样的。但是设计的时候都是按照最复杂的情况设计的。

    从存在问题来看，有四点。一、目前，我国电机系统运行效率低、能耗高，主要是电动机及被拖动设备本身效率低，另外系统匹配和调节方式不合理造成系统效率低。二、设备陈旧、效率低。电动机、风机、水泵等设备落后，效率比发达国家平均低3-5个百分点。三、“大马拉小车”现象严重。由于我国设备可靠性差，设计选型富裕量大，设备长期字低负荷区运行。四、系统调节方式落后。风机、泵类调节大部分仍采用机械节流方式。我国中小电机设计与制造能力强，产品已能批量出口。按照国际IEC电机标准，高效电机效率为91—96%，低效电机为75—89%。

    目前我国实际运行中的电动机主要集中在为0.55KW———100 KW功率等级，为总运行台数的95%以上，平均效率为89.3%。

    我国已能生产6英寸晶闸管，达到国际先进水平。以晶闸管为功率器件的大功率交交变频、高压同步电机软起动等技术已有相当的基础，已可以实现国产化，广泛应用于冶金、矿山等领域。但应用范围局限，国家重大工程的大功率变频调速依赖国外。高压变率是当前电机节能的重点，国产化已占领市场60%以上，在高压方面，我们的国家还是取得很大的成绩。

    我国电机系统节能产业存在诸多问题。我国电机系统节能技术与装备水平距离节能的目标相差很远，才用变频调速的电机系统仍为少数，不到总量的10%；技术与产品落后与迅速发展的节能市场需求反差巨大，严重制约了我国电机系统节能的实现。国家还没有形成电力电子及变频调速领域技术和产品研发的平台，无法形成产业规模。我国该领域技术在总体上与国际水平相差10年。

    近年来，我国政府对电机系统节能及电力电子十分重视，给以政策、科研项目、节能资金等支持。
关于钢铁生产流程的电气装备

    钢铁工业是重要的技术原材料工业，中国的钢产量连续十几年位居世界第一，2008年中国钢铁产量达5亿吨。经济危机预计造成2009年全球钢铁产量将减少8.6亿吨。但中国钢产量仍预计增长18%。2009年达到5.5亿吨。钢铁行业产能过剩，面临的主要任务是调整产业结构，推进节能减排和循环经济。

    新一代钢铁生产流程循环经济链是国家科技部重点项目。具体内容是，利用煤气建设120万千瓦的发电厂，利用废气建设500万吨的水泥厂。

    现在，我国主要发展低炭经济，要减少二氧化碳的排放，我们还要关注环保与余热回收的问题。

    钢铁循环经济，废钢比例增加，电炉炼钢随之增加，要求大功率电力电子变换器，解决电网冲击的无功补偿器SVC。大型热轧机已经得到了很快的发展，国产化设备市场占有率达到70%。大型的热轧机已经饱和了。冷轧机大部分是进口的，国产化设备技术还不过硬。国内变频器产业发展迅速，但技术性能，可靠性达不到轧机转动要求。

关于电机变频节能遇到的一些问题

    随着泵与变速泵的并联运行，泵的并联运行要分析阻力驱线，如果管网压力有要求，并联运用分析要慎重。某些条件下，变速要与定速并联运行，不一定能达到节能效果。电机中断的共模电压，交直交变率其输出PWW波形的问题。共模反射电压引起过电压，造成电机、电缆过电压击穿。