淺析電力自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

摘要電力自動(dòng)化技術(shù)是一種基于先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，為用戶提供現(xiàn)代化的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)視管理的服務(wù)的一種重要途徑。電力系統(tǒng)自動(dòng)化的出現(xiàn)，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)和經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，可以說(shuō)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)沒(méi)有電力自動(dòng)化技術(shù)是無(wú)法運(yùn)行的。隨著科技的高速發(fā)展，電子工業(yè)的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，電力公司也能夠更多、更好的服務(wù)于用電系統(tǒng)。本文通過(guò)對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求也日益提高。科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使得電力自動(dòng)化系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，它借助現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)記錄數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳送至電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)，使運(yùn)行管理人員可以通過(guò)監(jiān)控中心全面了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況，準(zhǔn)確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡(jiǎn)易地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析并實(shí)施遙控命令。①自動(dòng)化技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，它和信息論、控制論、系統(tǒng)工程、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有十分密切的關(guān)系。隨著電力自動(dòng)化技術(shù)水平的不斷提高，電力工業(yè)解決了很多能源資源和環(huán)境約束的矛盾。隨著社會(huì)和電力工業(yè)的發(fā)展，電力自動(dòng)化的重要性與日劇增，傳統(tǒng)的信息與現(xiàn)代通信和自動(dòng)化技術(shù)之間的障礙正在逐漸消失。

1 電力自動(dòng)化的發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代以前，我國(guó)電力系統(tǒng)容量在幾百萬(wàn)千瓦左右，單機(jī)容量不超過(guò)10萬(wàn)千瓦，電力系統(tǒng)自動(dòng)化多限于單項(xiàng)自動(dòng)裝置，且以安全保護(hù)和過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)為主。60年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始自行研究開(kāi)發(fā)變電力自動(dòng)化技術(shù)。自此，我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模發(fā)展到上千萬(wàn)千瓦，單機(jī)容量超過(guò)20萬(wàn)千瓦，并形成區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)調(diào)度和綜合自動(dòng)化方面提出了新的要求。到了70年代，又先后研制出集控制、保護(hù)、信號(hào)為一體的裝置以及電氣集中控制裝置。到了80年代中期，又研發(fā)出變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)、自動(dòng)化系統(tǒng)。此外，國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)也在這方面做了大量的工作 ，推出一些功能各異類型不同的電力自動(dòng)化系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)為主體配有功能齊全的整套軟硬件的電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) (SCADA)開(kāi)始出現(xiàn)。20萬(wàn)千瓦以上大型火力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始采用實(shí)時(shí)安全監(jiān)控和閉環(huán)自動(dòng)起停全過(guò)程控制。為國(guó)內(nèi)的變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展起到了卓有成效的推動(dòng)作用。進(jìn)入90年代，變電站綜合自動(dòng)化已成為熱門(mén)話題，研究單位和產(chǎn)品如雨后春筍般的發(fā)展。②1998年全國(guó)裝機(jī)容量超過(guò)277GW，躍居世界第2 位，自此以后，我國(guó)電力仍保持著高速發(fā)展，預(yù)計(jì)我國(guó)電力裝機(jī)總?cè)萘繉⒃诮衲甑字撩髂瓿跬黄?00G W。隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、功率電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，電力自動(dòng)化技術(shù)也進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。③考慮電力自動(dòng)化的通信需求時(shí)，Internet也可提供一種可供選擇的通信網(wǎng)絡(luò)，以其現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施以節(jié)省成本的方式對(duì)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。主要從電網(wǎng)調(diào)度、變電站和配電網(wǎng)這三部分自動(dòng)化來(lái)分別說(shuō)明:

1.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

現(xiàn)代的電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，它是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括實(shí)時(shí)信息收集、顯示系統(tǒng)，以及供實(shí)時(shí)計(jì)算、分析、控制用的軟件系統(tǒng)。包括遠(yuǎn)動(dòng)裝置和調(diào)度主站系統(tǒng)，是用來(lái)監(jiān)控整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的。為使調(diào)度人員統(tǒng)觀全局，運(yùn)籌全網(wǎng)，有效地指揮電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主要有以下幾個(gè)作用:第一，在電網(wǎng)安全運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使其保持在正常范圍之內(nèi)，從而保證電能質(zhì)量和用戶計(jì)劃用電要求;第二，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)行基于電網(wǎng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)度自動(dòng)化的手段實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，以達(dá)到節(jié)省能源、降低損耗，多發(fā)電、多供電的目的;第三，由于電分析和處理導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生故障或異常運(yùn)行的事故的因素非常復(fù)雜，如果判斷失誤或是處理不當(dāng)，不但可能危及設(shè)備安全和人身安全，甚至?xí)闺娋W(wǎng)瓦解崩潰，大面積停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。因此，必須增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化能力，加強(qiáng)監(jiān)控手段、增強(qiáng)突發(fā)事故處理的能力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)了二十余年，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)也越來(lái)越完善，為電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮著非常重要的作用。

1.2 變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備(包括繼電測(cè)量、控制、保護(hù)、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制、協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。④變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以收集較為齊全的數(shù)據(jù)信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力進(jìn)行判斷，監(jiān)控變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作情況。

1.3 配電網(wǎng)自動(dòng)化

配電網(wǎng)自動(dòng)化的新進(jìn)展配電自動(dòng)化技術(shù)是服務(wù)于城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造建設(shè)的重要技術(shù)，科技的迅猛發(fā)展也推動(dòng)配電網(wǎng)自動(dòng)化的進(jìn)步。隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，配電網(wǎng)的網(wǎng)格化程度越來(lái)越高，單純依靠人傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，難免會(huì)造成顧此失彼的局面。目前，我國(guó)配電自動(dòng)化進(jìn)行了較多試點(diǎn)，由配電主站、子站和饋線終端構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)已得到普遍認(rèn)可，光纖通信作為主干網(wǎng)的通信方式也得到共識(shí)。饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)也完全能夠建立在光纖通信的基礎(chǔ)上，這使得饋線終端能夠快速地彼此通信，共同實(shí)現(xiàn)具有更高性能的饋線自動(dòng)化功能。于是新一代的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，即智能配電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2 電力自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

(1)系統(tǒng)集成分布。系統(tǒng)集成的綜合自動(dòng)化，是以整體優(yōu)化為基礎(chǔ)、力求信息共享、功能互補(bǔ)，并隨技術(shù)的進(jìn)步而提高其集成度。以后的電力自動(dòng)化發(fā)展會(huì)朝這一方向發(fā)展，⑤將原本分散的、功能單一的系統(tǒng)集成為綜合的、信息共享、功能互補(bǔ)的一體化系統(tǒng)，即把數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、高級(jí)應(yīng)用軟件包以及變電站綜合自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化和通信系統(tǒng)集成為一個(gè)體系結(jié)構(gòu)良好平臺(tái)統(tǒng)一、信息共享、高效靈活的信息系統(tǒng)。

(2)在控制策略上日益向適應(yīng)化、協(xié)調(diào)化、智能化、最優(yōu)化、區(qū)域化發(fā)展;由單個(gè)元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展。要求使用多機(jī)系統(tǒng)模型來(lái)處理問(wèn)題，也要借助于現(xiàn)代控制理論對(duì)電力自動(dòng)化的模型進(jìn)行優(yōu)化。

(3)基于開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的分層分布配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化，適應(yīng)當(dāng)代系統(tǒng)集成和電力市場(chǎng)的發(fā)展方向，性價(jià)比好、伸縮性強(qiáng)。用戶可以任意分步實(shí)施其配電自動(dòng)化規(guī)劃，所投入的系統(tǒng)或設(shè)備不會(huì)因系統(tǒng)的發(fā)展或技術(shù)的進(jìn)步而導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)甚至推倒重來(lái)。雖然，當(dāng)前電力系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化已經(jīng)進(jìn)入以計(jì)算機(jī)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)開(kāi)發(fā)為主要標(biāo)志內(nèi)的階段，但對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)電力需求大、電網(wǎng)建設(shè)復(fù)雜而電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化改革開(kāi)始較晚的國(guó)家來(lái)說(shuō)，在追趕先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，還必須要注重對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，只有這樣才能保證電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的早日全面實(shí)現(xiàn)。

注釋

①王懷喜.電力自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].科技資訊，2009(1).

②王海燕.淺談電力自動(dòng)化[J].現(xiàn)代企業(yè)文化，2009:33.

③徐倩倩.電站自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].低壓電器，2008(2) .

④張雷，李大偉.電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J].職業(yè)技術(shù)，2008(7).

⑤吳永晨.電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展[J].中國(guó)高新企業(yè)，2010(6).