電力系統(tǒng)中綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要 20世紀(jì)60年代，我國(guó)電力系統(tǒng)中開始出現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，從90年代初期開始，電力系統(tǒng)中的綜合自動(dòng)化技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。本文將簡(jiǎn)要介紹自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程，并對(duì)該領(lǐng)域今后的技術(shù)發(fā)展方向做出預(yù)期和探討。

關(guān)鍵詞 綜合自動(dòng)化；變電站；電力系統(tǒng)

中圖分類號(hào)TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673—9671—(2009)122—0011—01

隨著計(jì)算機(jī)和電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在電力建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，起到的作用也越來(lái)越大。從不同裝機(jī)容量的發(fā)電廠，到各種不同用途的變電站，以及各式各樣的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，幾乎都有綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。這一技術(shù)的推廣應(yīng)用確實(shí)提高了我國(guó)電力系統(tǒng)的整體技術(shù)水平，確保了發(fā)、輸、配電的可靠性與安全性。

1 自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過程

1.1 變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 在電力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，要求各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息量迅速增長(zhǎng)，僅依靠手工操作是難以解決的。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，為上述問題提供了解決方案。變電站自動(dòng)化的發(fā)展可以分為以下三個(gè)階段。

1.1.1 由分立元件構(gòu)成的遠(yuǎn)動(dòng)裝置 最早研發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要是遠(yuǎn)程控制裝置，主要采用模擬電路，由電話繼電器、電子管等分立元件組成。這一階段的自動(dòng)控制系統(tǒng)不涉及軟件。主要由硬件來(lái)完成數(shù)據(jù)收集和判斷，無(wú)法完成自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程調(diào)解。它們對(duì)提高變電站的自動(dòng)i-Ok平，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，發(fā)揮了一定的作用，但是由于這些裝置，相互之間獨(dú)立運(yùn)行，沒有故障自診斷能力，在運(yùn)行中若自身出現(xiàn)故障，不能提供告警信息，有的甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)安全。同時(shí)，分立元件的裝置可靠性不高，維護(hù)工作量大，裝置本身體積大，不夠經(jīng)濟(jì)。

1.1.2 以微處理器為核心的監(jiān)控裝置

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，微處理器芯片(cPU)和各種作為外圍電路的大規(guī)模集成電路開始出現(xiàn)并大量運(yùn)用。在變電站自動(dòng)化方面，大規(guī)模集成電路或微處理機(jī)代替了原來(lái)的繼電器晶體管等分立元件，產(chǎn)生了具有計(jì)算能力的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置。由于微處理器的智能性和強(qiáng)大的計(jì)算能力，使這一裝置測(cè)量的準(zhǔn)確度和可靠性以及數(shù)據(jù)的傳輸速度都有了較大的提高；同時(shí)，還可以對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和正確性校驗(yàn)以及故障自診斷功能。

隨著PC技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了以串行接口技術(shù)為主的多CPU設(shè)計(jì)，主要采用集中式分布結(jié)構(gòu)，集中采集變電站的模擬和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。

1.1.3 現(xiàn)階段的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，集中式分布結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)的弊端逐漸顯露。國(guó)外在20世紀(jì)80年代已有分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)問世，我國(guó))，X90年代中期開始研制采用分層分布結(jié)構(gòu)的分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

分層分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為不同的層系，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I／O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，層與層之間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與傳輸并與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通信。分層分布式結(jié)構(gòu)層與層之間相對(duì)獨(dú)立，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行，各裝置功能獨(dú)立，可靠性高，有利于系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和檢修。

1.2 發(fā)電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)

電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過程與變電站基本類似，分為集中式和分層分布兩種模式。早期的自動(dòng)化系統(tǒng)主要是集中模式，即傳統(tǒng)的硬接線方式。其基本控制由DCS系統(tǒng)完成，保護(hù)由相關(guān)裝置獨(dú)立完成，但系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員關(guān)心的這些設(shè)備的測(cè)量、整理和事故追憶等信息無(wú)法在DCS系統(tǒng)得到。

隨著電氣綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，分層分布式的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)逐漸應(yīng)用于發(fā)電廠用電系統(tǒng)。分層分布式模式從邏輯上將ECS劃分為三層，即站級(jí)監(jiān)控層、通信層和間隔層(間隔單元)，利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總、規(guī)約轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送和控制命令的傳達(dá)等功能。由DCS實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連鎖邏輯控制操作，廠用電自動(dòng)切換邏輯由專用電氣裝置實(shí)現(xiàn)。由ECS實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、故障錄波和事故追憶等功能的管理。

2 綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

由于我國(guó)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)技術(shù)起步較晚，在很多方面與國(guó)外技術(shù)水平還有很大差距，所以需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，研究和開發(fā)更加符合我國(guó)國(guó)情的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.1 保護(hù)、控制、測(cè)量一體化

鑒于目前的運(yùn)行體制、人員配備、專業(yè)分工，我國(guó)的自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用站內(nèi)監(jiān)控采集數(shù)據(jù)而保護(hù)相對(duì)獨(dú)立的模式，以提供較清晰的事故分析和處理的界面。但是從技術(shù)合理性、減少設(shè)備重復(fù)配置、簡(jiǎn)化維護(hù)工作量以及發(fā)展趨勢(shì)等方面考慮，將保護(hù)與控制、測(cè)量結(jié)合在一起會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楸Ｗo(hù)和控制、測(cè)量的信息源都是來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)：保護(hù)主要采集一次設(shè)備的故障異常狀態(tài)信息，通常要求測(cè)量范圍較寬，一般按額定值考慮，但測(cè)量精度要求較低；而控制和測(cè)量主要采集運(yùn)行狀態(tài)信息，要求測(cè)量范圍較窄，通常在測(cè)量額定值附近波動(dòng)，對(duì)測(cè)量精度要求較高?？偪?CPU)單元直接接受來(lái)自上位機(jī)(當(dāng)?shù)?或遠(yuǎn)方的控制輸出命令，經(jīng)必要的校核后可直接動(dòng)作至保護(hù)回路，省去了遙控輸出、遙控執(zhí)行等環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了設(shè)備，提高了可靠性。但是這種裝置的運(yùn)行可靠性必須很高。因此需要設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、管理部門打破專業(yè)界限，通力合作，以適應(yīng)這一變化。

2.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

近年來(lái)，IED電力自動(dòng)化方面有了廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)不同廠家tED設(shè)備的信息共享和互操作性，使廠站電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)成為開發(fā)系統(tǒng)，國(guó)際電工委員會(huì)制定了IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。為了與國(guó)際接軌，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始了基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)，相信這將是未來(lái)自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

2.3 以太網(wǎng)技術(shù)的興起

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來(lái)越多，對(duì)通訊的實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，以速度快、傳輸數(shù)據(jù)量大為特點(diǎn)的以太網(wǎng)滿足了這一要求。以太網(wǎng)最典型的應(yīng)用形式是Ethemet+TCP／IP。未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該是在繼承了以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)過程應(yīng)用，產(chǎn)生新一代以以太網(wǎng)為核心的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

3 結(jié)論

通過回顧電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程，我們可以看出，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛而深入，這也使電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生翻天覆地的變化。新技術(shù)、新理論的應(yīng)用使一些概念不斷被更新和修正，傳統(tǒng)的技術(shù)界線逐漸的模糊，各種原來(lái)看似不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)會(huì)彼此融合和滲透，推動(dòng)著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷發(fā)展和變化。