電氣自動化控制技術在電力系統中的應用

戚新軍

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引 言

隨著相關系統建設戰略和先進電力的研發，全球發電技術、輸電技術、電力系統調度技術以及電氣自動化技術不斷進步。其中，電氣自動化技術是電力系統運行的主要技術，既確保了電力系統運行的穩定性，又提高了電力系統運行的智能化程度。電氣自動化控制技術是目前電力系統運行控制和監視的重要技術，并逐漸代替了傳統一對一的控制方式，實現了工作人員在集中控制中心對電力系統各種參數的事故處理和集中控制[1]。

電氣自動化控制技術采用十分先進的信息技術，維護電力系統的穩定運行。其作為高新技術產業的重要組成部分是工業現代化的重要標志，能夠在無人操作的情況下，按照預先設定的計劃或程序獨立完成工作。因此，電力自動化技術在電力系統中的應用，對提高供電穩定性和工作效率具有重要意義。

電力企業在日常對電力系統的經營和管理上都會采用信息技術，用于提高電力企業各個方面運行的穩定性和高效性。電力企業中最主要的組成部分是電力系統。在電力系統管理和維修保護的過程中，利用現代化的網絡技術檢測運行狀態，可以提高電力系統管理和維護的安全性。電氣自動化技術在電力系統中的應用，為電力企業的持續穩定發展做出了貢獻[2]。

智能技術包括專家系統控制技術、模糊控制技術、人工智能技術、線性最優控制技術以及綜合智能化監測技術等[3]。文獻[4]利用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）執行運算、控制、定時以及記數等操作指令和程序，與傳統自動化控制技術相比，能夠節省較多的人力和物力資源，提升電氣自動化控制的效率。

電氣自動化控制技術會直接影響到電力供應系統的穩定性。在此通過介紹電氣自動化控制技術的發展情況，分析其在電力系統中的應用可知，電氣自動化控制技術不僅需要使傳統技術控制方法逐漸向著便捷且多樣化的方向發展，還需要在應用上不斷向著國際化水平的方向進步，以提高電力系統的運行質量。

本文展開研究電氣自動化控制技術在電力系統中的應用，首先構建電力自動化控制約束模型，對電力系統的電量進行自適應調節，其次依據該模型描述逆變裝置在電力系統輸出時的增益調節控制對象，設計電力系統動態前饋自動化控制系統，最后實現對電力系統多方位和多角度的綜合控制處理。

1 實現電力自動化控制 的方法

電氣自動化控制技術在電力系統中應用時，在控制前利用電力系統電氣自動化控制的輸出敏感度參數對其電量進行有效的自適應調節，并根據調節情況建立電力自動化控制約束函數[5]。采用輸出穩態增益補償的控制方法，控制電力系統中的電磁耦合問題，得出電氣自動化控制在直流和交流逆變器中的約束函數為：

式 中，Q(x)表示為電力自動化控制約束函數；x表示為電氣自動化控制的初始經驗模態信號；T表示為電氣自動化控制技術的時間延遲常數；f表示為電氣自動化控制技術的穩態開關頻率。為了方便控制電力系統，可采用高階滑模控制算法，其給出約束函數的非線性方程為：

式中，f1(s,k)、g1(s,k)、f2(s,k)以及g2(s,k)是電氣自動化控制過程中電力系統產生的干擾項；s1、s2、s3以及s4是電氣自動化控制的不同經驗模態信號。根據電氣自動化控制技術的電磁耦合現象特點，補償控制電力系統的內環，安裝對應的內環補償裝置，并分析得出電力系統的具體輸出電壓特征量[6]。電力系統電氣自動控制技術采用多進多出辨識法進行內環控制的過程包括4步。首先將電力系統的輸出電流看作控制基準，其次采用并網控制技術和計算機程序控制技術相結合的方式得到電力系統具體輸出電壓，再次通過d-p坐標轉換電力系統的電壓，從而得到電力系統輸出電壓參數的模態識別量參數數值，最后采用相關性檢測的控制方法，分析電力系統中的約束參量。通過上述流程得出電氣自動化控制的自適應逆變輸出值，實現內環積分的自動化控制。

2 實現電力系統控制對象的描述

根據前文設置的 電力自動化控制約束函數，構建逆變裝置描述電力系統輸出時的增益調節控制對象，得出如圖1所示的電氣自動化控制技術在電力系統中的電壓補償控制系統流程圖。

圖1 電壓補償控制系統流程圖

圖1中，Q表示為控制電力系統的 約束函數；T表示為電力系統的電壓參數采集時間；1/（1+0.5T）表示為用于描述控制延遲環節的控制對象；i1表示為電力系統在基準坐標系中的d軸分量；i2表示為電力系統在基準坐標系中的q軸分量。

電力系統控制目標函數描述為：

式中，Qd(x)和Qq(x)分別表示為 電力系統在基 準坐標下d軸和q軸控制目標函數的描述對象；Kd1、Kd2、Kq1以及Kq2表示為電力系統的穩態參數，對電力系統控制的影響效果如表1所示。

表1 電力系統的穩態參數對電力系統的影響

由表1可知，式（4）和式（5）中的參數Kd1、Kd2、Kq1以及Kq2均可通過參數調節和傳感器裝置信息采集的方式獲取，且會對電力系統起到不同的影響效果，實現對電力系統控制對象的描述。

3 電力系統自動化控制實現

3.1 設計電力系統動態前饋自動化控制

根據前文設置的電氣自動化控制約束函數，結合對電力系統控制對象的描述，設計電力系統動態前饋信號的自動化控制。設定電力系統的非負數據序列為：

將式（6）結合電力系統中三段集成穩壓裝置的整流性能，得到電氣自動化控制技術的輸出控制參數，并獲取電氣自動化控制的每個傳輸調度集合為Fi，其中i=1,2,3,…,n。通過上述方式控制后的電力系統在實際控制中輸出的整流電路仍然存在脈動成分影響。

在脈動成分的作用下，電力系統負載供電會對不同用電設備造成嚴重的諧波干擾，從而影響各個用電設備的穩定運行[7]。因此，在應用電氣自動化控制技術時可采用動態前饋神經網絡控制方法，并在電力系統運行過程中獲取穩態點。動態前饋神經網絡控制方法如圖2所示。

圖2 動態前饋神經網絡控制方法示意圖

圖2中，r1和r2分別表示為兩個電力系統中前饋神經網絡的輸入量和輸出量，即控制電流幅值的輸入值和輸出值，v1和v2分別表示為生成控制目標的輸入電壓和輸出電壓[8]。對于電力系統接收線圈接收到的相關頻率的干擾，應當消除相同頻率中的噪聲，得到穩定工作點的電勢特征序列，并將其與權重值相乘，得到電力系統的穩態輸出數值，最后調節傳動系數，控制電力系統的穩定運行。

3.2 電力系統實現自動化控制運行穩定的方法

電氣自動化控制技術可以為電力系統的故障處理提供保障。通過相應的控制設備獲取到電力系統中各電氣設備的控制參數后，利用自動化控制技術計算各參數。電力系統中出現故障問題時，通過電氣自動化控制技術對系統中各設備進行閉環控制。閉環控制結構如圖3所示。

圖3 閉環控制結構圖

閉環結構中，控制裝置的作用是根據偏差的大小、正負、變化情況以及預定的控制規律得出控制作用。比較機構和控制裝置合并稱為控制器。變送器與檢測元件的作用是將被控變量轉化為測量值，比較機構的作用是比較測量值與設定值并輸出其差值，執行器接收控制器的輸出量，然后相應地改變操縱變量。閉環控制主要采用分段的方式，可以有效降低誤差變動帶來的控制參數延后。閉環控制結構中的控制方法根據不同的誤差確定控制參數，如果誤差超過了限制，控制裝置就會快速運用模糊控制策略調動電機的運動速度，降低誤差，有效縮短調整時間。

設備正常運行時，分別賦予其不同的理想運行效果參數，并給自動化控制技術一個已知的定量。利用該定量值，控制裝置自動向各設備給出對應的初始數據，即恒定運行速率。待各設備運行一段時間后，通過獲取上述參數信息，將其與給定的數值進行比較。若參數超出設定的數值范圍，考慮到電力企業的安全運行，應降低各設備的輸出頻率，從而進一步降低電力系統中各設備的運行速率，若參數未超出設定的數值范圍，從電力企業的運營角度考慮，可適當提高各電力設備的輸出頻率，從而保證企業的工作效率。此外，運用電氣自動化控制技術，將電力系統控制中間的上位機作為監控機。電力監控系統的控制結構如圖4所示。

圖4 電力監控系統的控制結構圖

上述系統將電力系統運行過程中的參數信息經過處理后傳輸到各個具備監視權限的上位機中，實現對電力系統多方位和多角度的綜合控制管理。

4 結 論

本文通過詳 細研究電氣自動化控制技術在電力系統中的應用得出，利用電氣自動化控制技術控制電力系統可以有效提高電力系統中電機的輸出功率和增益效果。電氣自動化控制技術綜合利用模糊參數辨識函數、內環控制以及外環控制等相關技術和方法，確保電力系統控制過程的穩定性，并提高輸出電壓與輸出電流的穩定性。此外，在未來的發展過程中，電力系統的控制將不僅僅局限于對電氣設備的控制，而會進一步向電力生產過程和人事管理等方向擴展，使得電力企業的發展更加全面化。