淺談電力系統(tǒng)自動(dòng)化

摘要：“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)”的電能供應(yīng)是現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力事業(yè)的要求，自動(dòng)化的電力系統(tǒng)成為現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，而且電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)也不斷地從低級(jí)到高級(jí)，從局部到整體。本文試對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)的應(yīng)用作簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)自動(dòng)化探討

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化總的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 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)模型來處理問題。③在理論工具上越來越多地借助于現(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)。

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

①由開環(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，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 Equiqmentsand 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越大，考慮的因素越來越多，直接可觀可測(cè)的范圍越來越廣，能夠閉環(huán)控制的對(duì)象越來越豐富。

2 具有變革性重要影響的三項(xiàng)新技術(shù)

2.1 電力系統(tǒng)的智能控制電力系統(tǒng)的控制研究與應(yīng)用在過去的40 多年中大體上可分為三個(gè)階段：基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制階段;線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制階段;智能控制階段。電力系統(tǒng)控制面臨的主要技術(shù)困難有：①電力系統(tǒng)是一個(gè)具有強(qiáng)非線性的、變參數(shù)(包含多種隨機(jī)和不確定因素的、多種運(yùn)行方式和故障方式并存)的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)。②具有多目標(biāo)尋優(yōu)和在多種運(yùn)行方式及故障方式下的魯棒性要求。③不僅需要本地不同控制器間協(xié)調(diào)，也需要異地不同控制器間協(xié)調(diào)控制。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新的階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題; 特別適于那些具有模型不確定性、具有強(qiáng)非線性、要求高度適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景，其具體應(yīng)用有快關(guān)汽門的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)控制，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁、電掣動(dòng)、快關(guān)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多機(jī)系統(tǒng)中的ASVG(新型靜止無功發(fā)生器)的自學(xué)習(xí)功能等。

2.2 FACTS 和DFACTS

2.2.1 FACTS 概念的提出在電力系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要先進(jìn)的輸配電技術(shù)來提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的時(shí)候，一種改變傳統(tǒng)輸電能力的新技術(shù)———柔性流輸電系統(tǒng)(FACTS)技術(shù)悄然興起。所謂“柔性交流輸電系統(tǒng)”技術(shù)又稱“靈活交流輸電系統(tǒng)”技術(shù)簡(jiǎn)稱FACTS，就是在輸電系統(tǒng)的重要部位，采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置，對(duì)輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)(如電壓、相位差、電抗等)進(jìn)行調(diào)整控制，使輸電更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將電力電子技術(shù)、微機(jī)處理技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可靠性、可控性、運(yùn)行性能和電能質(zhì)量，并可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。

2.2.2 FACTS 的核心裝置之一———ASVC 的研究現(xiàn)狀各種FACTS 裝置的共同特點(diǎn)是: 基于大功率電力電子器件的快速開關(guān)作用和所組成逆變器的逆變作用。ASVC 是包含了FACTS 裝置的各種核心技術(shù)且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的一種新型靜止無功發(fā)生器。ASVC 由二相逆變器和并聯(lián)電容器構(gòu)成，其輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。它不僅可校正穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓，而且可以在故障后的恢復(fù)期間穩(wěn)定電壓，因此對(duì)電網(wǎng)電壓的控制能力很強(qiáng)。與旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機(jī)相比，ASVC 的調(diào)節(jié)范圍大，反應(yīng)速度快，不會(huì)發(fā)生響應(yīng)遲緩，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械慣性、機(jī)械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲，并且因?yàn)锳SVC 是一種固態(tài)裝置，所以能響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)也能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化，因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機(jī)。

2.2.3 DFACTS 的研究態(tài)勢(shì)隨著高科技產(chǎn)業(yè)和信息化的發(fā)展，電力用戶對(duì)供電質(zhì)量和可靠性越來越敏感，電器設(shè)備的正常運(yùn)行甚至使用壽命也與之越來越息息相關(guān)?？梢哉f，信息時(shí)代對(duì)電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。DFACTS 是指應(yīng)用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)，它是Hingorani于1988 年針對(duì)配電網(wǎng)中供電質(zhì)量提出的新概念。其主要內(nèi)容是:對(duì)供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

2.3 基于GPS 統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS 和動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1 基于GPS 統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS 目前應(yīng)用的電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)。前者記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時(shí)間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對(duì)于系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)特性分析困難;后者數(shù)據(jù)刷新間隔較長(zhǎng)，只能用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。兩者還具有一個(gè)共同的不足，即不同地點(diǎn)之間缺乏準(zhǔn)確的共同時(shí)間標(biāo)記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對(duì)全系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的分析。

2.3.2 基于GPS 的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)基于GPS 的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是新動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與原有SCADA 的結(jié)合。電力系統(tǒng)新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要由同步定時(shí)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號(hào)處理機(jī)四部分組成。采用GPS 實(shí)現(xiàn)的同步相量測(cè)量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，為相量控制提供了實(shí)現(xiàn)的條件。GPS 技術(shù)與相量測(cè)量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物———PMU(相量測(cè)量單元)設(shè)備，正逐步取代RTU 設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓、電流相量測(cè)量(相角和幅值)。電力系統(tǒng)調(diào)度監(jiān)測(cè)從穩(wěn)態(tài)/ 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)向動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展是必然趨勢(shì)。GPS 技術(shù)和相量測(cè)量技術(shù)的結(jié)合標(biāo)志著電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制時(shí)代的來臨。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進(jìn)入電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，而信息技術(shù)的發(fā)展，不僅會(huì)推動(dòng)電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展，也會(huì)推動(dòng)電力系統(tǒng)控制向更高水平發(fā)展總之，影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的因素有很多，本文基于日常網(wǎng)絡(luò)安全管理經(jīng)驗(yàn)，從日常網(wǎng)絡(luò)管理的角度，提出一些安全防范措施，以期提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介：

趙海，男，研究方向：電氣檢修二次回路專業(yè)。