電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運用淺談

任 杰

內(nèi)蒙古開灤宏豐煤炭有限公司，河北唐山 063000

0 引言

伴隨著微電子信息技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電力拖動的控制業(yè)已走出了工廠，現(xiàn)代生產(chǎn)自動化系統(tǒng)當(dāng)中所承擔(dān)流水線工作的全部控制設(shè)備在傳統(tǒng)的電子拖動（電力傳動）控制下顯得很吃力。因此，運用電子技術(shù)及自動化技術(shù)，提高在交通、農(nóng)場、辦公室和家用電器等多個領(lǐng)域都獲得了較為廣泛的運用。

1 電力系統(tǒng)中電氣自動化技術(shù)應(yīng)用方向

1.1 電力系統(tǒng)自動化實時仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

該仿真系統(tǒng)在可提供大量實驗數(shù)據(jù)的前提下，還可多種電力系統(tǒng)的暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)實驗同步進(jìn)行，還能用以協(xié)助科研人員測試新裝置，且多種控制裝置都能與其構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，從而為靈活輸電系統(tǒng)及研究智能保護(hù)的控制策略提供了一流的實驗條件。電力系統(tǒng)數(shù)字模擬實時仿真系統(tǒng)的引進(jìn)，方便了對電力系統(tǒng)負(fù)荷動態(tài)特性監(jiān)測、電力系統(tǒng)實時仿真建模等方面進(jìn)行深入研究，從而建成具備混合實時仿真環(huán)境的實驗室。

1.2 綜合自動化技術(shù)與智能保護(hù)的應(yīng)用

目前，國內(nèi)的綜合自動化領(lǐng)域的研究已達(dá)到國際先進(jìn)水平，智能自動化保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域的研究相對處于國際領(lǐng)先水平，研制的分層式綜合自動化裝置能夠適用于各種電壓等級電站。將國內(nèi)外最新的人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信、微機新技術(shù)、自適應(yīng)理論、綜合自動控制理論等應(yīng)用于電氣自動化保護(hù)裝置中，對電力系統(tǒng)自動化保護(hù)的新原理進(jìn)行了研究，可以大大提高電力系統(tǒng)的安全水平，使得新型保護(hù)裝置具有智能控制的特點。

1.3 電力系統(tǒng)中人工智能的應(yīng)用

電力系統(tǒng)及其元件的故障診斷、運行分析、規(guī)劃設(shè)計等方面將模糊邏輯、專家系統(tǒng)以及進(jìn)化理論應(yīng)用到實際研究，并且結(jié)合電力工業(yè)發(fā)展的需要，開展了電力系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用的研究，同時也開展了在上述實用軟件研究的基礎(chǔ)上以提高電力系統(tǒng)運行與控制的智能化水平。

1.4 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化技術(shù)

該技術(shù)采用的模型為最新國際標(biāo)準(zhǔn)公共信息模型，輸電網(wǎng)的理論算法采用與配網(wǎng)實際與高級應(yīng)用軟件相結(jié)合，負(fù)荷預(yù)測時配合應(yīng)用人工智能灰色神經(jīng)元算法進(jìn)行，最后進(jìn)行潮流計算時采用配網(wǎng)遞歸虛擬流算法。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化技術(shù)取得了重大技術(shù)突破，主要表現(xiàn)在信息配網(wǎng)一體化、高級應(yīng)用軟件、配網(wǎng)模型、中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字方面，最終，解決了載波正在配電網(wǎng)上應(yīng)用的路由、衰耗等技術(shù)難題，正是因為采用數(shù)字信號處理技術(shù)，才得以提高了載波接收靈敏度。

2 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用

計算機控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用。這是由于隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)中用電等重要環(huán)節(jié)以及輸電、發(fā)電、配電、變電環(huán)節(jié)都需要計算機技術(shù)的支撐，這樣就會使得電力系統(tǒng)自動化技術(shù)同時得到了快速地發(fā)展。

2.1.1 智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

信息管理系統(tǒng)作為計算機技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，電力系統(tǒng)自動化技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合所形成針對整個全局進(jìn)行智能控制的技術(shù)，也就是智能電網(wǎng)技術(shù)，是一個最具典型性的技術(shù)，涵蓋了配電、輸變電和用戶以及調(diào)度、發(fā)電的各個環(huán)節(jié)。其中變電站自動化系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)等被廣泛應(yīng)用到計算機技術(shù)的系統(tǒng)中，同時一樣的還有諸如調(diào)度柔性交流輸電以及自動化系統(tǒng)等。目前這種數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)，一定程度上可以說是智能電網(wǎng)的雛形，實際上也為我國建設(shè)智能電網(wǎng)做著準(zhǔn)備工作。智能電網(wǎng)中較為典型的有智能電網(wǎng)的通信技術(shù)，同時在建設(shè)的過程中需要很多依托計算機的技術(shù)，需要具備實時性、雙向性、可靠性的特征，需要先進(jìn)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，而且該系統(tǒng)也是完全依托計算機技術(shù)而存在的，同時具有信息管理系統(tǒng)。

2.1.2 變電站自動化技術(shù)的應(yīng)用

可以說，變電站的自動化的實現(xiàn)又是依托計算機技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)的，要實現(xiàn)電力生產(chǎn)的現(xiàn)代化，一個不可缺少的、重要的環(huán)節(jié)就是實現(xiàn)變電站的自動化。變電站依賴計算機技術(shù)實現(xiàn)自動化，在實現(xiàn)的過程中計算機也得到了充分利用，二次設(shè)備也隨之實現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，完全是采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜。變電站實現(xiàn)自動化，實現(xiàn)計算機屏幕化以及運行管理和記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化，另外兩個組成部分是操縱以及監(jiān)視，變電站的整體自動化才得以實現(xiàn)，正是如此多的組成部分實現(xiàn)了計算機的自動化管理。為了聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶，變電站以及與之相關(guān)的輸配電線路必不可少。變電站自動化的實現(xiàn)，不僅組成電網(wǎng)調(diào)度自動化的一個重要組成部分，更是為了滿足變電站的運行操作任務(wù)。

2.1.3 電網(wǎng)調(diào)度自動化的應(yīng)用

電網(wǎng)調(diào)度自動化是電力系統(tǒng)自動化中最主要的組成部分，目前我國將電網(wǎng)調(diào)度自動化分為五級，其中各級電網(wǎng)的自動化調(diào)度都是與計算機技術(shù)的應(yīng)用分不開的，從高到低分別是：國家電網(wǎng)、大區(qū)、省級、地區(qū)以及縣級調(diào)度。其中最重要的組成部分就是電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些裝置在計算機系統(tǒng)的連結(jié)下形成一個自動化的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，將整個的結(jié)合起來。其他的主要組成部分有工作站、服務(wù)器、變電站終端設(shè)備、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電場、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備。計算機在電網(wǎng)調(diào)度自動化的作用不僅要實現(xiàn)對電網(wǎng)運行安全分析的監(jiān)控，還要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集，更要實現(xiàn)電力系統(tǒng)的電力負(fù)荷預(yù)測以及狀態(tài)估計等功能。因此種種這些，都是通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的測量控制以及下級電網(wǎng)調(diào)度控制中心等裝置。

2.2 電力系統(tǒng)自動化中PLC技術(shù)的應(yīng)用

PLC是計算機技術(shù)與繼電接觸控制技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，其存儲器采用了可編程序以實現(xiàn)在其內(nèi)部存儲進(jìn)行控制、運算、記錄等操作指令。該技術(shù)是為了在工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計的一種可編程邏輯控制器系統(tǒng)。該技術(shù)近年來被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動化中，解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)內(nèi)可靠性低、接線復(fù)雜、靈活性較差以及耗能高等缺點。

2.2.1 PLC技術(shù)的數(shù)據(jù)處理

PLC可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理，具有排序、查表、數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送以及位操作等功能。這些數(shù)據(jù)可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，可以完成一定的控制操作，與存儲在存儲器中的參考值比較，也或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)可用于過程控制系統(tǒng)，也可以處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)。

2.2.2 PLC技術(shù)的閉環(huán)過程控制

并過程控制是指對壓力、溫度、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制，PLC通過模擬量I/O模塊對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，并且實現(xiàn)數(shù)字量與模擬量之間的D/A、A/D轉(zhuǎn)換?？墒褂脤Ｓ玫腜ID模塊，也可用PID子程序來實現(xiàn)。

2.2.3 PLC技術(shù)的開關(guān)量控制

火力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)的輔助系統(tǒng)的工藝流程的控制多為順序控制和開關(guān)量控制兩種。用許多行業(yè)也應(yīng)用到PLC進(jìn)行開關(guān)量控制，如機床電氣控制、電機控制以及電梯運行控制、汽車裝配線和啤酒灌裝生產(chǎn)線等。PLC技術(shù)的輸出和輸入信號都是通/斷的開關(guān)信號。工業(yè)控制中應(yīng)用最多的控制是開關(guān)量的邏輯控制?？刂频妮敵觥⑤斎朦c數(shù)均可通過擴(kuò)展實現(xiàn)，從十幾個到成千上萬個點，不受限制。

2.2.4 PLC技術(shù)的順序控制

隨著國家對節(jié)能減排要求的逐步提高以及改革的深入，近年來大型火電企業(yè)的輔助系統(tǒng)均已由原來的繼電控制器升級成PLC控制系統(tǒng)，該行業(yè)在生產(chǎn)過程中降低資源損耗和提高效益，已成為各企業(yè)的管理最終目標(biāo)。因此隨著科技的進(jìn)步，各電廠對類似企業(yè)輔助車間的自動控制水平也提出了更高的要求，而采用PLC控制系統(tǒng)不僅可以通過信息模塊單獨控制某個工藝流程，并且可以與通信總線連接來協(xié)調(diào)全廠生產(chǎn)工作。

3 綜合自動化技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 保護(hù)、控制、測量一體化的應(yīng)用

目前，鑒于人員配備、運行體制、專業(yè)分工的不同，我國設(shè)計的自動化系統(tǒng)主要是采用在站內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)的，從而保護(hù)了系統(tǒng)的相對獨立的模式，用以提供較為清晰的事故分析與處理的相關(guān)界面。然而從減少設(shè)備重復(fù)配置、技術(shù)的合理性、簡化維護(hù)工作量以及系統(tǒng)的發(fā)展趨勢等多個方面來考慮，可以將保護(hù)和控制、測量等方面結(jié)合在一起，這樣會更能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。由于控制和保護(hù)、測量用到的信息源主要均是來自于現(xiàn)場：保護(hù)的是設(shè)備的主要故障的異常狀態(tài)信息的采集，這個一般主要是按照額定值來考慮的，通常是對測量精度的要求比較低，但是要求測量狀態(tài)信息的范圍比較寬；通常情況下在測量的額定值附近都會出現(xiàn)明顯的波動，然而控制和測量主要是采集運行的狀態(tài)信息，測量的精度要求則是較高，并要求測量的范圍比較窄。因此總控系統(tǒng)單元在經(jīng)過必要的校核之后可以直接執(zhí)行動作至回路保護(hù)，它之前可以直接地接受來自上位機或者是遠(yuǎn)方控制的輸出命令，這樣就簡化了不必要的設(shè)備投入，可以省去遙控執(zhí)行以及遙控輸出等多個環(huán)節(jié)，綜合來看則是提高了設(shè)備的可靠性。

3.2 國際標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用和現(xiàn)代計算機技術(shù)的推廣

近幾年來，開始越來越普及，IED 電力自動化方面也出現(xiàn)了廣泛地應(yīng)用。為了實現(xiàn)各個廠家的IED 設(shè)備的信息共享與互相操作，使得廠站的電氣綜合自動化系統(tǒng)成為主要的開發(fā)系統(tǒng)，而后國際的電工委員會也制定了IEC61850 國際標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范這一系統(tǒng)。為了使我國與國際接軌，國內(nèi)目前已經(jīng)開始了按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行的電氣綜合自動化系統(tǒng)的研發(fā)?，F(xiàn)代計算機技術(shù)作為信息處理技術(shù)當(dāng)中的一項主要技術(shù)。它包含在計算機技術(shù)當(dāng)中，它主要的表現(xiàn)是在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中， 它正沿著并行處理分布式的方向迅速發(fā)展。目前，計算機技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了智能建筑的當(dāng)中， 它以通信管理、信息、控制等多個方式在智能建筑OAS、CNS、BAS 當(dāng)中起到了重要作用，從而構(gòu)成了主干告訴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要有快速FDDI、以太網(wǎng)、ATM以及各種類型的快速網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備等等。一般的局域網(wǎng)主要是采用以太網(wǎng)或者是環(huán)型令牌網(wǎng)等為主的， 主要是用以滿足建筑物內(nèi)部多個業(yè)務(wù)的需要的信息傳輸與交換。智能建筑的對外界通信的主要網(wǎng)絡(luò)是運用局域網(wǎng)或者是Internet 等廣域網(wǎng)來共同承擔(dān)建筑的計算機網(wǎng)絡(luò)。多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)的結(jié)合技術(shù)正在向家庭辦公的方向邁進(jìn)。

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