論電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

高春芬

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其功能技術(shù)水平也得到了日益提高。我國電力自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用取得了顯著的效果，對(duì)提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平發(fā)揮了重要作用。本文主要介紹了電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展過程，并對(duì)未來的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；電力系統(tǒng)；電網(wǎng)供電

引言

科技進(jìn)步促進(jìn)了我國電力工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，尤其是將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到電力系統(tǒng)，大大提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理水平。它不僅可以降低系統(tǒng)負(fù)荷，提高系統(tǒng)運(yùn)行管理效率，而且可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的集約化、綜合化管理。智能化水平的提高促進(jìn)了我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，超越更高效、更安全、更可靠的發(fā)展方向。

1.自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

1.1 遠(yuǎn)程性監(jiān)控技術(shù)

在電氣工程中，采用合適的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以改善電氣行業(yè)的運(yùn)行模式，節(jié)約電纜成本、消耗品成本、人工成本等生產(chǎn)和使用成本。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，我們還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，盡可能節(jié)省勞動(dòng)力，并且為提高技術(shù)人員的工作效率提供技術(shù)保障。但在正常的應(yīng)用過程中，由于地形的復(fù)雜性、傳輸信號(hào)的距離等因素，信號(hào)接收狀態(tài)不理想，在很大程度上會(huì)減少部分遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

1.2 監(jiān)控技術(shù)的集中及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將監(jiān)控技術(shù)與電力系統(tǒng)結(jié)合能夠提高電力系統(tǒng)的可靠性，并且會(huì)在一定程度上降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本。監(jiān)控技術(shù)安裝使用后，可節(jié)省部分機(jī)械設(shè)備購置資金，更方便日常維護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)技術(shù)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，它采用串行通信線路，可以遠(yuǎn)距離統(tǒng)一控制生產(chǎn)過程中的基礎(chǔ)設(shè)施。這種監(jiān)測(cè)方式可以對(duì)不同的電氣工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各種設(shè)施之間不存在相互作用和干擾。通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與總監(jiān)控室直接相連，具有較強(qiáng)的靈活性和獨(dú)立性。

2.電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

2.1變換器電路從低頻向高頻方向發(fā)展

變換器電路是電力系統(tǒng)的主要組成部分之一，變換器電路的發(fā)展情況會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。通常來講，決定電氣自動(dòng)化發(fā)展速度的主要因素是電子元器件的更新周期。在以往廣泛應(yīng)用晶閘管時(shí)，直流電路并不能減少交流變頻帶來的危害。隨著電子元器件的快速發(fā)展，PWM開關(guān)逐漸取代了普通的晶閘管，使電力工業(yè)解決了電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)的正向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，電機(jī)的有效功率也明顯。然而，PWM開關(guān)的使用帶來了更大的振動(dòng)和噪聲。直到威斯康星大學(xué)研制出直流環(huán)逆變器，它才能實(shí)現(xiàn)電器元件功能的靈活轉(zhuǎn)換，不僅能在零電流下轉(zhuǎn)換，而且能完全消除開關(guān)損耗。利用本研究開發(fā)成果，有效降低了電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高了逆變器的集成度，也大大提高了電氣自動(dòng)化技術(shù)。

2.2交流調(diào)速控制理論

測(cè)量并控制異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量，進(jìn)而有效掌控勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩電流，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的有效控制。在上述理論知識(shí)的支撐下，可以將異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)與滯留電動(dòng)機(jī)類比，極大地提高了交流調(diào)速的性能，最終將異步電動(dòng)機(jī)的整體性能帶上新的臺(tái)階。

2.3智能保護(hù)與綜合自動(dòng)化技術(shù)

近年來，國內(nèi)電網(wǎng)機(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者都加大了對(duì)電力系統(tǒng)的研究力度，并且依據(jù)適應(yīng)國情的理論將最新技術(shù)及時(shí)應(yīng)用在國內(nèi)電力系統(tǒng)。因此，新型保護(hù)裝置已進(jìn)入智能化時(shí)代，大大提高了電力系統(tǒng)的安全可靠性。截至2011年底，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，國產(chǎn)產(chǎn)品已應(yīng)用于220千伏及以下電壓等級(jí)變電站的自動(dòng)化改造，再高層次的變電站還有別的選擇。目前，我國研究人員為我國電力系統(tǒng)開發(fā)的分層分布式綜合自動(dòng)化裝置已在我國35～500kV各級(jí)變電站還有新投入的變電站中運(yùn)行。

2.4電氣自動(dòng)化的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

為了保證檢測(cè)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)真實(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)。通過建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢詫?shí)時(shí)模擬電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)試驗(yàn)可以在不同的環(huán)境下進(jìn)行，為研發(fā)團(tuán)隊(duì)提供一手資料，同時(shí)也可以形成由控制數(shù)據(jù)組成的完整體系，進(jìn)而監(jiān)控整個(gè)電力系統(tǒng)設(shè)備。實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)還可以為電力系統(tǒng)智能保護(hù)和新輸電系統(tǒng)的研究提供實(shí)驗(yàn)條件。

2.5電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

中國的電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電和配電三部分組成：發(fā)電部分全部在電廠運(yùn)行過程中；輸電部分主要由高電壓輸電和變壓電兩部分；配電系統(tǒng)會(huì)直接面向具體的電力用戶。配電自動(dòng)化技術(shù)主要是面向城鄉(xiāng)配電網(wǎng)，它主要將電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，通過配電網(wǎng)潮流計(jì)算，將人工智能應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測(cè)。

2.6人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能浪潮的推進(jìn)使得研究人員致力于研究卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊邏輯和進(jìn)化理論應(yīng)用于電力系統(tǒng)的故障診斷、設(shè)計(jì)規(guī)劃和運(yùn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化。

3.電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)、控制和測(cè)量的信息源從信息流的角度出發(fā)，通過網(wǎng)絡(luò)與電力系統(tǒng)之間的通信都是來自現(xiàn)場(chǎng)。為了保護(hù)主采集設(shè)備的異常狀態(tài)信息，主控單元直接接收上位機(jī)或遙控器的控制輸出命令。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢查以后，會(huì)省去了遙控輸出、遙控執(zhí)行等環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化設(shè)備，提高可靠性。從電力自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控和遠(yuǎn)程調(diào)度兩方面考慮電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)系統(tǒng)的選擇。對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)，應(yīng)優(yōu)先選擇微機(jī)保護(hù)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用后增加的設(shè)備數(shù)量和類型應(yīng)在單線系統(tǒng)圖設(shè)備類型說明中注明，如電源轉(zhuǎn)換器、電源監(jiān)控器等。對(duì)于需要通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作的開關(guān)，必須選擇能夠執(zhí)行遠(yuǎn)程打開和打開功能的自動(dòng)開關(guān)。通常來講，應(yīng)該將合適的開觸點(diǎn)融入到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。在設(shè)計(jì)低壓自動(dòng)開關(guān)時(shí)，務(wù)必要滿足上述需求，并依據(jù)實(shí)際情況選取合適的觸點(diǎn)。在設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)繼電保護(hù)時(shí)，應(yīng)該予以足夠的變電保護(hù)，并且優(yōu)先選用綜合性的自動(dòng)化技術(shù)。

結(jié)論

作為整個(gè)國家的能源心臟，電力系統(tǒng)的發(fā)展水平很大程度上會(huì)決定一個(gè)國家的整體水平。將電氣自動(dòng)化技術(shù)充分融入到電力系統(tǒng)中，能夠協(xié)助電力系統(tǒng)走向更高水準(zhǔn)。除此之外，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)盛行的時(shí)代，電氣自動(dòng)化的應(yīng)用能有更好的天地。受到起步較晚的限制，國內(nèi)的部分技術(shù)與國外相比存在一定距離。因此，我們不僅要借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，還要注意自主研發(fā)能夠自主智能運(yùn)行的電力系統(tǒng)，為我國電力系統(tǒng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，從而將我國的電力事業(yè)帶向一流水準(zhǔn)。

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（作者單位：大連旭龍建設(shè)工程有限公司）