圖為冶金自動化研究設(shè)計院 總工程師、博士李崇堅
由中國機械工業(yè)聯(lián)合會指導(dǎo)，中國電器工業(yè)協(xié)會、機械工業(yè)信息研究院、上海電器科學(xué)研究所主辦，浙江正泰電器股份有限公司承辦，機工傳媒《電氣時代》雜志社協(xié)辦的“智能電器與裝備制造論壇”于2009年11月14日在溫州舉行。中國低壓電器網(wǎng)進(jìn)行獨家圖文直播。上圖為冶金自動化研究設(shè)計院 總工程師、博士李崇堅
首先感謝大會，給我一個機會，也感謝正泰集團(tuán)，向大家匯報一下關(guān)于智能電器和電氣傳動節(jié)能的一些體會。我的專業(yè)是電氣傳動，同時我又身處冶金行業(yè)，我想把這些方面的東西向大家介紹下。
今天主要談幾個方面：一、智能技術(shù)的發(fā)展歷程；二、電氣傳動系統(tǒng)的智能化；三、電機系統(tǒng)節(jié)能與智能化；四、鋼鐵生產(chǎn)流程的電氣裝備；五、電機變頻節(jié)能的一些問題。
智能技術(shù)的發(fā)展歷程
我們現(xiàn)在談的智能技術(shù)，其實是廣義智能控制，由三個部分組成：檢測（儀表）、控制（計算機）、執(zhí)行（電力電子與電氣傳動）。
我國自動化技術(shù)的發(fā)展，是從工業(yè)改革開始。從時鐘、風(fēng)車的控制，到蒸汽機和速度控制，到天文望遠(yuǎn)鏡和水利發(fā)電，最后認(rèn)識到反饋控制。20世紀(jì)40~60年代，經(jīng)典控制理論出現(xiàn)。它主要是通過數(shù)學(xué)方程來描述。20世紀(jì)60~70年代，出現(xiàn)了現(xiàn)代控制理論，強調(diào)非線性時變系統(tǒng)和時域分析。1956年，美國心理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，計算機科學(xué)家和信息論學(xué)家通過共同討論，建立起了智能科學(xué)。智能控制強調(diào)三點：非結(jié)構(gòu)化、不確定性、高度自主。
自動化系統(tǒng)硬件的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段。第一階段，1900年，電氣時代開始；第二階段，1941年，世界上第一臺電子計算機這個龐然大物誕生；第三階段，模擬系統(tǒng)，人工記錄；第四階段，現(xiàn)代個人電腦。
當(dāng)前電力、電子面臨技術(shù)與應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。能源是當(dāng)今人類面臨的重大問題，而信息技術(shù)發(fā)展最快，電力電子是能源變換與信息控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，電力電子得到高度重視和發(fā)展?，F(xiàn)在主要的問題，不同的國家和不同的領(lǐng)域，對智能電網(wǎng)的認(rèn)識不同。但是總體來說，對我們電工行業(yè)來說，是一個非常大的發(fā)展商機。
電氣傳動系統(tǒng)的智能化
隨著單臺計算機數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的完善化、成熟化，現(xiàn)代自動化系統(tǒng)工程開始加強與數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的通訊聯(lián)網(wǎng)，國際上的電氣傳動產(chǎn)品都要求具有與基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)的功能。電氣傳動作為自動化系統(tǒng)的執(zhí)行部分，隨著計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動成為自動化網(wǎng)絡(luò)的智能終端。自動化系統(tǒng)在過去100多年來不斷發(fā)展，繼電器邏輯控制已逐步發(fā)展到可編程控制即PLC。另外，化工、石油化工儀表控制系統(tǒng)逐步發(fā)展為集散控制系統(tǒng)即DCS。電氣傳動實現(xiàn)了數(shù)字調(diào)速控制即DSC。今年，這三種控制系統(tǒng)開始逐步融合。
現(xiàn)場總線實現(xiàn)了這種聯(lián)網(wǎng)控制。特別是最近發(fā)展的能源互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，為電工行業(yè)提供了一個發(fā)展的空間。我認(rèn)為，在不同的行業(yè)，對現(xiàn)場總線有不同的認(rèn)識。
現(xiàn)在已經(jīng)有了專門做現(xiàn)場總線互換的公司，例如正泰電器。這些行業(yè)上的發(fā)展，需要我們認(rèn)真去研究。
特別值得一提的是電氣傳動系統(tǒng)，發(fā)生了根本性的變革?，F(xiàn)在的功能柜里面就是計算機，這也是智能的，用光纖連接在一起的。電氣傳動系統(tǒng)在不斷智能化，然后用光纖進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。即使在外行看來只可能是一個普通的分流器，實際上卻是一個電壓檢測儀。
美國提出，智能功率模塊中，點的接口叫做PEBB。發(fā)展更進(jìn)一步的，是器件一體化（IPM），將功率芯片和控制電路集成一體化，滿足低成本、小型化、高可靠性和易使用的要求。
電氣傳動系統(tǒng)配套智能電器，應(yīng)該是具有自動化控制與信息聯(lián)網(wǎng)功能的電器設(shè)備。還有就是智能電機。智能電機將變頻器、電機、控制系統(tǒng)集成一體，形成信息傳遞、能量變換、運動控制一體的智能電機。
電機系統(tǒng)節(jié)能與智能化
2006年國家發(fā)改委啟動規(guī)劃提出的十大重點節(jié)能工程，其中第五項巍峨電機系統(tǒng)節(jié)能。每年國家資助約100個電機系統(tǒng)節(jié)能項目?！笆晃濉币?guī)劃目標(biāo)“電機系統(tǒng)運行效率提高2個百分點，年節(jié)電200億千瓦時（相當(dāng)于兩個三峽電站發(fā)電量）。電機系統(tǒng)節(jié)能。我本人也是參加電機轉(zhuǎn)化的一員。
這是一個整體電機系統(tǒng)，主要采用變頻調(diào)速方式，改變風(fēng)機、水泵、壓縮機等驅(qū)動電機運行速度，效率可提高15—30% 從電網(wǎng)供電給變壓器，然后實現(xiàn)風(fēng)機。這是一個廣義的階段，以最小的電能完成最大的功效。我們要根據(jù)這個工藝的變化，不斷來調(diào)整電機系統(tǒng)效率。煤礦的通風(fēng)機是設(shè)計在15年以后，這個風(fēng)道的風(fēng)級需要2千千瓦。在15年以后，才大了3千千瓦，前15年，我們大量的風(fēng)機都是這么用的。還有一個就是風(fēng)力也有變化。夏天和冬天的情況都是不一樣的。但是設(shè)計的時候都是按照最復(fù)雜的情況設(shè)計的。
從存在問題來看，有四點。一、目前，我國電機系統(tǒng)運行效率低、能耗高，主要是電動機及被拖動設(shè)備本身效率低，另外系統(tǒng)匹配和調(diào)節(jié)方式不合理造成系統(tǒng)效率低。二、設(shè)備陳舊、效率低。電動機、風(fēng)機、水泵等設(shè)備落后，效率比發(fā)達(dá)國家平均低3-5個百分點。三、“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重。由于我國設(shè)備可靠性差，設(shè)計選型富裕量大，設(shè)備長期字低負(fù)荷區(qū)運行。四、系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后。風(fēng)機、泵類調(diào)節(jié)大部分仍采用機械節(jié)流方式。我國中小電機設(shè)計與制造能力強，產(chǎn)品已能批量出口。按照國際IEC電機標(biāo)準(zhǔn)，高效電機效率為91—96%，低效電機為75—89%。
目前我國實際運行中的電動機主要集中在為0.55KW———100 KW功率等級，為總運行臺數(shù)的95%以上，平均 效率為89.3%。
我國已能生產(chǎn)6英寸晶閘管，達(dá)到國際先進(jìn)水平。 以晶閘管為功率器件的大功率交交變頻、高壓同步電機軟起動等技術(shù)已有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，已可以實現(xiàn)國產(chǎn)化，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山等領(lǐng)域。但應(yīng)用范圍局限，國家重大工程的大功率變頻調(diào)速依賴國外。高壓變率是當(dāng)前電機節(jié)能的重點，國產(chǎn)化已占領(lǐng)市場60%以上，在高壓方面，我們的國家還是取得很大的成績。
我國電機系統(tǒng)節(jié)能產(chǎn)業(yè)存在諸多問題。我國電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與裝備水平距離節(jié)能的目標(biāo)相差很遠(yuǎn)，才用變頻調(diào)速的電機系統(tǒng)仍為少數(shù)，不到總量的10%；技術(shù)與產(chǎn)品落后與迅速發(fā)展的節(jié)能市場需求反差巨大，嚴(yán)重制約了我國電機系統(tǒng)節(jié)能的實現(xiàn)。國家還沒有形成電力電子及變頻調(diào)速領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)的平臺，無法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。我國該領(lǐng)域技術(shù)在總體上與國際水平相差10年。
近年來，我國政府對電機系統(tǒng)節(jié)能及電力電子十分重視，給以政策、科研項目、節(jié)能資金等支持。
關(guān)于鋼鐵生產(chǎn)流程的電氣裝備
鋼鐵工業(yè)是重要的技術(shù)原材料工業(yè)，中國的鋼產(chǎn)量連續(xù)十幾年位居世界第一，2008年中國鋼鐵產(chǎn)量達(dá)5億噸。經(jīng)濟(jì)危機預(yù)計造成2009年全球鋼鐵產(chǎn)量將減少8.6億噸。但中國鋼產(chǎn)量仍預(yù)計增長18%。2009年達(dá)到5.5億噸。鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩，面臨的主要任務(wù)是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
新一代鋼鐵生產(chǎn)流程循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈?zhǔn)菄铱萍疾恐攸c項目。具體內(nèi)容是，利用煤氣建設(shè)120萬千瓦的發(fā)電廠，利用廢氣建設(shè)500萬噸的水泥廠。
現(xiàn)在，我國主要發(fā)展低炭經(jīng)濟(jì)，要減少二氧化碳的排放，我們還要關(guān)注環(huán)保與余熱回收的問題。
鋼鐵循環(huán)經(jīng)濟(jì)，廢鋼比例增加，電爐煉鋼隨之增加，要求大功率電力電子變換器，解決電網(wǎng)沖擊的無功補償器SVC。大型熱軋機已經(jīng)得到了很快的發(fā)展，國產(chǎn)化設(shè)備市場占有率達(dá)到70%。大型的熱軋機已經(jīng)飽和了。冷軋機大部分是進(jìn)口的，國產(chǎn)化設(shè)備技術(shù)還不過硬。國內(nèi)變頻器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但技術(shù)性能，可靠性達(dá)不到軋機轉(zhuǎn)動要求。
關(guān)于電機變頻節(jié)能遇到的一些問題
隨著泵與變速泵的并聯(lián)運行，泵的并聯(lián)運行要分析阻力驅(qū)線，如果管網(wǎng)壓力有要求，并聯(lián)運用分析要慎重。某些條件下，變速要與定速并聯(lián)運行，不一定能達(dá)到節(jié)能效果。電機中斷的共模電壓，交直交變率其輸出PWW波形的問題。共模反射電壓引起過電壓，造成電機、電纜過電壓擊穿。
謝謝大家。
（轉(zhuǎn)載）
