專(zhuān)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，對改善系統級智能電網(wǎng)電力負載管理的目標不斷提高，這就需要有更有效的方法來(lái)連接負載到電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)負載連接。負載管理系統用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域已有時(shí)日。然而，隨著(zhù)智能電網(wǎng)管理系統現今正逐漸進(jìn)入家用和商用內部控制設備的階段，這些設備的可靠性、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(kāi)已焊接接觸器的強大 DC 電流能力與過(guò)濾噪聲的精確定時(shí)功能、繼電器功能和兼容性結合起來(lái)，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(kāi)發(fā)中的實(shí)現方式。本文還介紹智能電網(wǎng)系統負載管理建議以及各新興市場(chǎng)中所需的開(kāi)關(guān)。對機械型雙線(xiàn)圈繼電器進(jìn)行了測驗，以定義可提供所需功能的已優(yōu)化驅動(dòng)器電路。

　　本文最后還討論了驅動(dòng)連接繼電器所需的電力系統以及滿(mǎn)足建議性能規格的驅動(dòng)器權衡。

　　智能電網(wǎng)的影響

　　智能電網(wǎng)舉措孕育出了負載管理的新方法。遠程控制器基本技術(shù)以及負載基本形態(tài)的排序已在工業(yè)市場(chǎng)上活躍了很長(cháng)時(shí)間，并且一直吸引著(zhù)各種業(yè)務(wù)的加入。最初，主要通過(guò)連接至公共電力的單獨電話(huà)線(xiàn)設備以及通過(guò)電話(huà)通信設備機制實(shí)現的告警及請求系統完成。通過(guò)引入無(wú)線(xiàn)及電力線(xiàn)載波 （PLC） 通信技術(shù)以及健康的競爭機制，成本已顯著(zhù)降低，實(shí)現了成本不斷降低且性能得以提高。不依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)實(shí)現中的直連電路安裝和內在安全性，從而大幅降低安裝過(guò)程成本和復雜性。

　　家用電表市場(chǎng)

　　對經(jīng)濟型連接/斷連解決方案的另一需求來(lái)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，能夠遠程開(kāi)啟電表負載，從而大大降低簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)中斷或業(yè)務(wù)恢復的成本。當客戶(hù)請求業(yè)務(wù)中斷和重連時(shí)，比如對于季節性度假和出租物業(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(wú)票據支付的問(wèn)題。類(lèi)似節約方法還適用于臨時(shí)搭建的場(chǎng)地和其他不需要持續使用業(yè)務(wù)的場(chǎng)地。遠程管理能力還能減少未使用場(chǎng)地的偷電情況并規避相關(guān)的電力損耗。

　　規避電表插座故障

　　最近，舊電表插座上安裝智能電表周?chē)l(fā)火災的事情，引起人們的擔憂(yōu)。在替換已經(jīng)使用很長(cháng)時(shí)間的舊電表時(shí)，問(wèn)題跟蹤顯示由于電表中的接觸器腐蝕導致電表插座變熱。插座發(fā)熱是負載電流和腐蝕度共同作用的結果，主要由天氣帶來(lái)的損壞和滲水導致。斷開(kāi)負載連接并上報過(guò)溫狀況有助于電表安全避免受損。

　　損失電力后斷開(kāi)連接

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

　　工業(yè)市場(chǎng)

　　在工業(yè)市場(chǎng)上，接觸器功能已通過(guò)各種方式實(shí)現。電機可用來(lái)驅動(dòng)接觸器，但由于會(huì )產(chǎn)生電弧損壞，接觸器打開(kāi)速度很慢。對于較大的系統，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(kāi)關(guān)機械實(shí)現。這對于對較高成本敏感的市場(chǎng)而言不是很經(jīng)濟實(shí)用。因此，逐漸形成一種共識，即使用帶有兩個(gè)線(xiàn)圈的極化雙穩態(tài)閂鎖繼電器，一個(gè)線(xiàn)圈施加脈沖使繼電器從關(guān)閉位置移到開(kāi)啟位置，另一個(gè)線(xiàn)圈使繼電器從開(kāi)啟位置移到關(guān)閉位置。

　　驅動(dòng)器配置詳細信息

　　雙穩態(tài)、雙線(xiàn)圈閂鎖繼電器是最常見(jiàn)的配置。某些版本在開(kāi)啟位置包括內置彈簧和其它機械輔助設備，用于實(shí)現低功率運行。

　　典型的負載連接功能通過(guò)一個(gè)雙穩態(tài)接觸器實(shí)現，通過(guò)兩個(gè)或更多極點(diǎn)實(shí)現斷連。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(kāi)接觸器。使用永磁材料或機械閂鎖，確保接觸器在不開(kāi)關(guān)時(shí)就位。

　　為便于機械運動(dòng)，繼電器線(xiàn)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。

　　繼電器驅動(dòng)電路要求

　　
圖1： 簡(jiǎn)易繼電器驅動(dòng)電路

　　如圖所示，雙線(xiàn)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(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)進(jìn)行通電。兩個(gè)開(kāi)關(guān)不能總是處于開(kāi)啟狀態(tài)，否則會(huì )從電源電壓軌上取得過(guò)多電流，導致異常運行并會(huì )損壞繼電器。 另外，為了適應繼電器接觸器在其固定位置（開(kāi)/關(guān)位置）之間移動(dòng)所需的相對較長(cháng)時(shí)間，脈沖須比繼電器規格中規定的最小間隔長(cháng)。為了防止繼電器繞組電勢飽和并避免線(xiàn)圈和驅動(dòng)電子器件過(guò)熱，還需要限制驅動(dòng)脈沖的最大長(cháng)度。 控制信號還應兼容于支持 CMOS 和 TTL 輸入電平的最新一代微處理器。

　　繼電器規格還定義了接觸器可靠運行所需的最大和最小工作電壓。接觸器的電壓要求視應用而定，應用受電表要求權衡驅動(dòng)。 較低的電壓多用于成本較低、功率較低的應用，這些應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(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。 因此，驅動(dòng)電流應監控繼電器偏壓，確保足夠的電平。 驅動(dòng)電路還需要一個(gè)欠壓鎖定功能，便于在電路初始化過(guò)程中實(shí)現平滑啟動(dòng)。

　　首選集成解決方案提供控制信號的輸入資格認證、防止兩個(gè)繼電器線(xiàn)圈同時(shí)啟動(dòng)、限制最大驅動(dòng)脈沖間隔，并提供其他功能如偏壓監控、驅動(dòng)器使