電廠電氣自動化控制技術(shù)探討

摘要：文章以電氣自動化控制技術(shù)為切入點(diǎn)，就其自動化控制的含義、特性與主要技術(shù)進(jìn)行探討，并分析了該技術(shù)在水力發(fā)電廠中的應(yīng)用方式，期望通過對電廠電氣自動化控制技術(shù)的探究研討，為自動化控制技術(shù)的應(yīng)用推廣與提升電廠發(fā)電效率，提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；控制技術(shù)；水力發(fā)電；電力能源；電力生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM763 文章編號：1009-2374（2016）34-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.071

伴隨我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平的提升，社會電力消耗量逐年上升，企業(yè)與人民對電力能源的需求也逐漸提高。在此社會需求背景下，電廠就需不斷改革自身發(fā)電技藝與設(shè)施，提升電力生產(chǎn)效率與水平，以此滿足社會對電力資源的需求缺口。而電氣自動化控制技術(shù)就是發(fā)電技術(shù)改革進(jìn)程中的重要產(chǎn)物，其技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，將對電廠發(fā)電成效的優(yōu)化改進(jìn)起著關(guān)鍵影響。因此本文以水電廠電氣自動化控制技術(shù)為研究出發(fā)點(diǎn)，對其技術(shù)的概念、特點(diǎn)與內(nèi)容做逐一分析研究，并探究自動化控制技術(shù)在水力發(fā)電廠的具體應(yīng)用措施。

1 電氣自動化控制技術(shù)概述

電氣自動化控制技術(shù)是指將網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)相互結(jié)合，由此形成的一類新型綜合化控制技術(shù)，其技術(shù)的研究應(yīng)用目的在于提升電氣技術(shù)工藝的自動化生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動化與智能化目標(biāo)。因此電氣自動化控制技術(shù)的關(guān)鍵在于電子技術(shù)，其技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提升效率質(zhì)量的重要措施，被應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。

電氣自動化控制技術(shù)的特點(diǎn)主要有兩個方面：

1.1 技術(shù)覆蓋面廣

即控制技術(shù)本身為融合了多類學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù)，所用科學(xué)知識與技術(shù)極為廣泛。因此在技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用上的要求相對較高，電氣自動化控制技術(shù)的研究需要多種技術(shù)的配合發(fā)展，任一軟硬件技術(shù)的缺失都會影響電氣自動化控制技術(shù)的水平與使用。

1.2 控制技術(shù)的電子化程度較高

電氣自動化控制技術(shù)的關(guān)鍵在于電子技術(shù)，其技術(shù)的主要實(shí)踐、應(yīng)用方式即是經(jīng)由電子信號的傳輸、處理來對工業(yè)生產(chǎn)做自動化管理與控制，因此控制技術(shù)具有較強(qiáng)的電子性，其電子技術(shù)的水平將直接影響整個自動化控制技術(shù)的成效與質(zhì)量，對電氣自動化控制技術(shù)的研究應(yīng)用，關(guān)鍵在于及時發(fā)展其電子技術(shù)，優(yōu)化控制技術(shù)的電子水平。

2 電廠主要電氣自動化控制技術(shù)分析

2.1 電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)

電廠電氣自動化控制技術(shù)的一大應(yīng)用項(xiàng)目，就是電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)，該技術(shù)通過計(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的輔助，對電廠電網(wǎng)中各個部分、構(gòu)件的運(yùn)行情況做實(shí)時收集與了解，進(jìn)而掌握到電網(wǎng)整體的運(yùn)行情況，并為調(diào)度人員的決策提供電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與信息支持。作為電力系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)能夠有效調(diào)控電廠發(fā)電系統(tǒng)，保證其正常運(yùn)行與發(fā)電質(zhì)量，并能顯著優(yōu)化電網(wǎng)的工作調(diào)配效率，以處理電廠發(fā)電系統(tǒng)因發(fā)電工作調(diào)度不佳出現(xiàn)的發(fā)電故障問題，進(jìn)而保障電廠發(fā)電的持續(xù)穩(wěn)定。

2.2 ECS系統(tǒng)

ECS系統(tǒng)伴隨電廠電氣工藝技術(shù)改革發(fā)展，研制出的新型電氣自動化控制技術(shù)，該技術(shù)主要使用計(jì)算機(jī)與電子信號處理等手段，對電廠的各個器械設(shè)施做監(jiān)控、維護(hù)與管理工作。ECS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用分層分布式架構(gòu)，該架構(gòu)共分為三層（站控層、通信管理層與間隔層），此三層結(jié)構(gòu)的構(gòu)成與功用各有不同，這其中站控層主要由硬件構(gòu)成，負(fù)責(zé)各類應(yīng)用軟件與控制系統(tǒng)間的通信傳輸。通信管理層主要由通信網(wǎng)與通信管理設(shè)備構(gòu)成，發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)做聯(lián)系銜接的作用。間隔層由各類專業(yè)化功能設(shè)備構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對電廠發(fā)電系統(tǒng)電壓保護(hù)、電流切換、自動控制等功能。具體ECS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

電廠傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要為集散控制系統(tǒng)（DCS），此系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，對發(fā)電廠的各個主要工作設(shè)施進(jìn)行分散控制與分級管理。但該系統(tǒng)線路較為單一，極大地影響了輸電效率，無法滿足人們的用電需求，并且DCS系統(tǒng)可控的信號種類不足，若要增加可控信號種類，就需增設(shè)電纜、變送器等設(shè)備，抬升電廠的自動化控制成本。目前ECS系統(tǒng)在DCS中的主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用方法主要有以下兩種：

2.2.1 部分DCS法。該方法是僅使用DCS系統(tǒng)軟件來進(jìn)行電氣自動化控制，系統(tǒng)控制指令信號經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通信，或是DCS系統(tǒng)的I/O通道直接傳輸?shù)诫姎饪刂圃O(shè)備上，由此達(dá)到對各個電氣控制設(shè)備開啟停止、分合閘門等使用目的。而繼電保護(hù)等裝置設(shè)備的控制則僅由DCS系統(tǒng)進(jìn)行操控，此類裝置設(shè)備的功能發(fā)揮并不依賴DCS系統(tǒng)，即使系統(tǒng)停止作用仍然能夠發(fā)揮裝置作用。

2.2.2 完全DCS法。該方法是完全由DCS系統(tǒng)軟硬件做電氣自動化控制的方式，將系統(tǒng)硬件與軟件結(jié)合來發(fā)揮部分電氣控制設(shè)備的作用，兩類方法的優(yōu)劣對比如表1所示：

通過將ECS系統(tǒng)與DCS的結(jié)合改進(jìn)，能彌補(bǔ)DCS系統(tǒng)本身存在部分缺陷，并改變原本DCS系統(tǒng)單一的線路情況，令其電路更趨多元化。ECS系統(tǒng)的建立也能令發(fā)電系統(tǒng)的用電維持在均衡狀態(tài)，同時對線路設(shè)置的優(yōu)化改進(jìn)，也有利于系統(tǒng)管理、維護(hù)工作的有效開展。

3 電廠電氣自動化控制技術(shù)在水力發(fā)電廠的應(yīng)用研究

水力發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要應(yīng)用目的在于對發(fā)電裝置設(shè)施做操控管理、自動發(fā)電并管理電壓、對發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行自診處理、傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息、報(bào)警等功能。當(dāng)前我國大部分的水力發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均為H90000V4.0系統(tǒng)，比如大唐國際長河壩水電站監(jiān)控系統(tǒng)就是H90000V4.0。此系統(tǒng)將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做整合統(tǒng)一，設(shè)計(jì)出開放化分層分布式結(jié)構(gòu)體系。長河壩水電站H90000V4.0監(jiān)控系統(tǒng)分為兩層結(jié)構(gòu)：一層為場站控制層；一層為現(xiàn)地控制層。這其中場站控制是對整個水電廠裝置設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控管理，其主要由操作站、采集服務(wù)器、通訊服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。而現(xiàn)地控制層則主要由各個水電廠裝置設(shè)施中的現(xiàn)地控制單元組成，以對各個裝置設(shè)施做實(shí)施監(jiān)管控制。

H90000V4.0系統(tǒng)同時也可依照其部件功能的不同劃分為各個模塊部分，各模塊依照自身功能的差異位于不同的分層中，通過各模塊的作用銜接實(shí)現(xiàn)對水電廠整體的監(jiān)管控制。例如LCU單元位于LCU層之中，負(fù)責(zé)各個裝置設(shè)施數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)督作用。而主站監(jiān)控功能模塊與水電廠數(shù)據(jù)庫則主要位于場站控制層之中，以控制所用電廠裝置設(shè)施完成自身的功能作用。

要確保水力發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與安全性，就應(yīng)提升其系統(tǒng)的運(yùn)行安全與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過為H90000V4.0系統(tǒng)增加部分冗余手段保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。比如對系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)均加裝冗余配備，從而在主機(jī)裝置出現(xiàn)故障問題時，冗余配備能確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，防止因主機(jī)故障影響監(jiān)控系統(tǒng)的整體功能發(fā)揮。同時也可對場站控制層與現(xiàn)地控制層使用雙冗余結(jié)構(gòu)予以銜接，令其互為備用網(wǎng)絡(luò)，防止在網(wǎng)絡(luò)通信出現(xiàn)故障問題時，缺少備用網(wǎng)絡(luò)引發(fā)信息數(shù)據(jù)傳輸問題。

由于H90000V4.0系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用開放化架構(gòu)，因此可方便進(jìn)行系統(tǒng)功能擴(kuò)充，依據(jù)各水力發(fā)電廠的實(shí)際需求來配置系統(tǒng)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)使用者所需的功能用途，進(jìn)而減少水電廠的設(shè)備采購成本與重復(fù)投資費(fèi)用，節(jié)省發(fā)電企業(yè)的自動化控制成本。例如長河壩水電站H90000V4.0系統(tǒng)的操作系統(tǒng)即為標(biāo)準(zhǔn)漢化版的UNIX，同時使用較少節(jié)點(diǎn)設(shè)置WINDOWS系統(tǒng)，使得整個計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展或是維護(hù)工作都較為簡便可行。

4 結(jié)語

綜上所述，電氣自動化控制技術(shù)伴隨各類技術(shù)工藝，特別是電子技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，其自動化控制水平與成效逐漸提高，并已成為電廠的重要應(yīng)用技術(shù)。而隨著電廠電量供應(yīng)需求的提升，電廠的發(fā)電壓力與技術(shù)要求愈發(fā)提高，電氣自動化控制技術(shù)的選用與改進(jìn)也應(yīng)隨之加強(qiáng)，各水力發(fā)電廠應(yīng)結(jié)合自身的發(fā)電需求與技術(shù)特點(diǎn)，引入適合于本電廠的自動化控制技術(shù)，以優(yōu)化電廠的發(fā)電效率與質(zhì)量，滿足社會對電力資源的需求。

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作者簡介：高家奇（1987-），男，江蘇徐州人，大唐四川發(fā)電有限公司助理工程師，研究方向：電力生產(chǎn)管理。

（責(zé)任編輯：小 燕）