電力系統(tǒng)及自動(dòng)化控制技術(shù)

寧?kù)o 樊晨曦 衛(wèi)學(xué)峰 郭偉亮

【摘? 要】變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是變電站的核心系統(tǒng)，自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性與先進(jìn)性對(duì)變電站及電網(wǎng)的影響深遠(yuǎn)，先進(jìn)穩(wěn)定的自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以保證電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率，而且能保證廣大用電戶利益。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)”等各項(xiàng)指標(biāo)的要求越來(lái)越高，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動(dòng)化提出更高的要求。電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)不斷地由低到高、由局部到整體發(fā)展，本文對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);自動(dòng)化;控制技術(shù)

1 前言

變電站電力系統(tǒng)是把一些設(shè)備組裝起來(lái)，用以切斷或接通、改變或者調(diào)整電壓，在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)，變電站主要分為：升壓變電站，主網(wǎng)變電站，二次變電站，配電站。電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化是基于科技發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)而逐步形成的一個(gè)概念，是一個(gè)綜合發(fā)電廠、變電站、輸配網(wǎng)絡(luò)和用戶的集成概念，其概念研究和實(shí)現(xiàn)的主要目的就是如何更好地掌控和監(jiān)視電力從出廠到供應(yīng)的全過(guò)程，使輸配過(guò)程更有效和通暢。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的概念

電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)一般是指電工二次系統(tǒng)，即電力系統(tǒng)自動(dòng)化指采用各種具有自動(dòng)檢測(cè)、決策和控制功能的裝置并通過(guò)信號(hào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方自動(dòng)監(jiān)視、協(xié)調(diào)、調(diào)節(jié)和控制以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定健康地運(yùn)行和具有合格的電能質(zhì)量。

3 電力自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化

電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是當(dāng)前電力系統(tǒng)中發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域之一，它的主要功能構(gòu)成為：電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，其是實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)和前提;電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與調(diào)度、電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)與可靠性、發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)決策等;變電站綜合自動(dòng)化等[2]。電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的核心與關(guān)鍵，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的質(zhì)量與穩(wěn)定性有著重要影響。

3.2變電站自動(dòng)化

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、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、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)[3]。變電站綜合自動(dòng)化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。

3.3配電網(wǎng)自動(dòng)化

配電網(wǎng)長(zhǎng)期以來(lái)只能采用手工操作進(jìn)行控制，自90年代開(kāi)始逐步發(fā)展實(shí)現(xiàn)了一批功能獨(dú)立的孤島自動(dòng)化，其今后的發(fā)展趨勢(shì)必然走向基于先進(jìn)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化。配電網(wǎng)自動(dòng)化主要包括饋線自動(dòng)化、自動(dòng)制圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)及配電網(wǎng)分析軟件，它是配電自動(dòng)化的基礎(chǔ)部分。與傳統(tǒng)的孤島自動(dòng)化相比，基于信息技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵在于以下三點(diǎn)：大量的智能終端、通信技術(shù)和豐富的后臺(tái)軟件[4]。針對(duì)我國(guó)配電網(wǎng)的具體情況，配電網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)當(dāng)分期分批逐步發(fā)展完善，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)資源的綜合利用。

4 電力系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)

4.1電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主要組成部分，由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備等，其主要是通過(guò)電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的，下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備（如測(cè)量控制等裝置）等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的主要功能是：電力生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、自動(dòng)發(fā)電控制（省級(jí)電網(wǎng)以上）、自動(dòng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度（省級(jí)電網(wǎng)以上）并適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的需求等。

4.2 變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對(duì)變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運(yùn)行水平。變電站自動(dòng)化的內(nèi)容就是對(duì)站內(nèi)運(yùn)行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點(diǎn)是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備;二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計(jì)算機(jī)電纜或光纖代替電力信號(hào)電纜;操作監(jiān)視實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)屏幕化：運(yùn)行管理、記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化除了滿足變電站運(yùn)行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4.3 發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過(guò)程控制單元（PCU）、運(yùn)行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）組成。過(guò)程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能I/0模件組成。MCU模件通過(guò)冗余的I/0總線與智能FO模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過(guò)程，接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和打印以及輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。

運(yùn)行員工作站（0S）和工程師工作站（ES）提供了人機(jī)接口。運(yùn)行員工作站接收PCU發(fā)來(lái)的信息和向PCU發(fā)出指令，為運(yùn)行操作人員提供監(jiān)視和控制機(jī)組運(yùn)行的手段，工程師工作站為維護(hù)工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護(hù)等手段。

5 電力系統(tǒng)自動(dòng)化總的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 當(dāng)今電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)正趨向于：

①在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。②在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對(duì)多機(jī)系統(tǒng)模型來(lái)處理問(wèn)題。③在理論工具上越來(lái)越多地借助于現(xiàn)代控制理論。④在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用。⑤在研究人員的構(gòu)成上益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。

5.2 整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展則趨向于：

①由開(kāi)環(huán)監(jiān)測(cè)向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）。②由高電壓等級(jí)向低電壓擴(kuò)展，例如從EMS（能量管理系統(tǒng)）到DMS（配電管理系統(tǒng)）。③由單個(gè)元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如SCADA（監(jiān)測(cè)控制與數(shù)據(jù)采集）的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展。④由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展。⑤裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護(hù)技術(shù)的演變。⑥追求的目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵(lì)磁控制、潮流控制。⑦由以提高運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)、效率為完成向管理、服務(wù)的自動(dòng)化擴(kuò)展，例如MIS（管理信息系統(tǒng)）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

近20年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已成為一個(gè)計(jì)算機(jī)（Computer）、控制（Control）、通信（Communication）和電力裝備及電力電子（Power System Equiqments and Power Electronics）的統(tǒng)一體，簡(jiǎn)稱為“CCCP”。其內(nèi)涵不斷深入，外延不斷擴(kuò)展。電力系統(tǒng)自動(dòng)化處理的信息量越來(lái)越大，考慮的因素越來(lái)越多，直接可觀可測(cè)的范圍越來(lái)越廣，能夠閉環(huán)控制的對(duì)象越來(lái)越豐富。

6 結(jié)束語(yǔ)

電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)了電力部門(mén)生產(chǎn)工作的平穩(wěn)、安全和高效率的開(kāi)展。傳統(tǒng)的電力部門(mén)融入高科技技術(shù)，不僅能夠有效地提升生產(chǎn)力，而且還能夠解放大量人力勞動(dòng)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的良性健康發(fā)展，符合新時(shí)代的發(fā)展理念。因此，目前要對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)與電力部門(mén)的融合發(fā)展，這是符合時(shí)代要求的舉措。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司陽(yáng)城縣供電公司）