專家支招：如何優化智能電網電力連接功能

　　引言

　　在使用需求量較高時段或可用資源短缺時段，對改善系統級智能電網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連接負載到電網或從電網斷開負載連接。負載管理系統用于商業和工業領域已有時日。然而，隨著智能電網管理系統現今正逐漸進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境的功能。最佳解決方案是將打開已焊接接觸器的強大 DC 電流能力與過濾噪聲的精確定時功能、繼電器功能和兼容性結合起來，從而優化微處理器的時鐘周期。

　　本文綜述目前正在使用和仍在開發中的實現方式。本文還介紹智能電網系統負載管理建議以及各新興市場中所需的開關。對機械型雙線圈繼電器進行了測驗，以定義可提供所需功能的已優化驅動器電路。

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

　　智能電網的影響

　　智能電網舉措孕育出了負載管理的新方法。遠程控制器基本技術以及負載基本形態的排序已在工業市場上活躍了很長時間，并且一直吸引著各種業務的加入。最初，主要通過連接至公共電力的單獨電話線設備以及通過電話通信設備機制實現的告警及請求系統完成。通過引入無線及電力線載波 （PLC） 通信技術以及健康的競爭機制，成本已顯著降低，實現了成本不斷降低且性能得以提高。不依賴于無線實現中的直連電路安裝和內在安全性，從而大幅降低安裝過程成本和復雜性。

　　家用電表市場

　　對經濟型連接/斷連解決方案的另一需求來自家用電表市場。由于與單個電表和局部控制功能的及時通信得到改善，能夠遠程開啟電表負載，從而大大降低簡單業務中斷或業務恢復的成本。當客戶請求業務中斷和重連時，比如對于季節性度假和出租物業，不再需要進行業務中繼。 還能夠最大限度地減少個人業務交易時無票據支付的問題。類似節約方法還適用于臨時搭建的場地和其他不需要持續使用業務的場地。遠程管理能力還能減少未使用場地的偷電情況并規避相關的電力損耗。

　　規避電表插座故障

　　最近，舊電表插座上安裝智能電表周圍引發火災的事情，引起人們的擔憂。在替換已經使用很長時間的舊電表時，問題跟蹤顯示由于電表中的接觸器腐蝕導致電表插座變熱。插座發熱是負載電流和腐蝕度共同作用的結果，主要由天氣帶來的損壞和滲水導致。斷開負載連接并上報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。在控制諸如壓縮機等具有高啟動沖擊電流并且在沒有最小關斷周期時最好不進行循環的設備（壓縮機以短周期循環時會產生過高熱量）時，這一點顯得尤為重要。通過延遲開啟時間和對負載進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。基于電表和負載的接觸器可以提供此功能，帶有一個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接觸器。智能電網研究顯示了使用這些類型的策略時設備可靠性和穩定性方面的顯著優勢。

　　工業市場

　　在工業市場上，接觸器功能已通過各種方式實現。電機可用來驅動接觸器，但由于會產生電弧損壞，接觸器打開速度很慢。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關機械實現。這對于對較高成本敏感的市場而言不是很經濟實用。因此，逐漸形成一種共識，即使用帶有兩個線圈的極化雙穩態閂鎖繼電器，一個線圈施加脈沖使繼電器從關閉位置移到開啟位置，另一個線圈使繼電器從開啟位置移到關閉位置。

　　驅動器配置詳細信息

　　雙穩態、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置彈簧和其它機械輔助設備，用于實現低功率運行。

　　典型的負載連接功能通過一個雙穩態接觸器實現，通過兩個或更多極點實現斷連。接觸器通常纏繞有兩個繞組，一個用于關閉接觸器，另一個用于打開接觸器。使用永磁材料或機械閂鎖，確保接觸器在不開關時就位。

　　為便于機械運動，繼電器線圈需要通電一定的時間。一旦接觸器更換了位置，繼電器繞組中的電壓應該移除。圖例顯示一個簡易的典型電路圖，包括波形實例。

　　繼電器驅動電路要求

　　
圖1： 簡易繼電器驅動電路

　　如圖所示，雙線圈繼電器連接至兩個繼電器繞組中點的電源電壓軌。每個繞組由連接至繼電器線圈的開關進行通電。兩個開關不能總是處于開啟狀態，否則會從電源電壓軌上取得過多電流，導致異常運行并會損壞繼電器。 另外，為了適應繼電器接觸器在其固定位置（開/關位置）之間移動所需的相對較長時間，脈沖須比繼電器規格中規定的最小間隔長。為了防止繼電器繞組電勢飽和并避免線圈和驅動電子器件過熱，還需要限制驅動脈沖的最大長度。 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。 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合，其中較大的接觸器需要更多的電力來進行開關操作。 因此，驅動電流應監控繼電器偏壓，確保足夠的電平。 驅動電路還需要一個欠壓鎖定功能，便于在電路初始化過程中實現平滑啟動。

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