電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的“全景”透析

周曉麟

浙江省電力公司衢州電力局，浙江衢州 324000

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化工作流程就是在中心地帶安裝計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)施對(duì)中心發(fā)電站和變電站周圍系統(tǒng)的監(jiān)控，形成立體的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，使信息的傳達(dá)和指令的傳輸能夠及時(shí)、暢通。中心計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)總體的指揮和調(diào)控，以及各種數(shù)據(jù)的處理、異常事故的自動(dòng)回復(fù)等，通過計(jì)算機(jī)與軟件之間的結(jié)合，使自動(dòng)化的程度不斷的加深，達(dá)到系統(tǒng)合理可靠的運(yùn)行目的[1]。隨著技術(shù)發(fā)展，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)整合能力，安全監(jiān)視、安全保障能力得到提高，日漸成熟的電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)改變了電力行業(yè)的舊有格局，開辟著電力行業(yè)的現(xiàn)代化新篇：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的安全性能和穩(wěn)定性的提高滿足著老百姓的高要求的同時(shí)，也因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化插上了信息化的翅膀，實(shí)現(xiàn)了電力工作人員對(duì)電網(wǎng)及電力系統(tǒng)的有效實(shí)時(shí)監(jiān)控，電力故障能得到及時(shí)排除解除，電力系統(tǒng)有更足夠的安全保障。但是就中國(guó)的情況講，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的方向是全面布局DMS系統(tǒng)，高效提高電氣管理水平，適應(yīng)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。為此，本文就電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化從規(guī)劃與設(shè)計(jì)到建成后的科技投入與管理及要放長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光考慮的“多重效益”進(jìn)行“全景”式透析，力求解讀出個(gè)中味道。

1 “近景”：規(guī)劃與設(shè)計(jì)奠基電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化與電能生產(chǎn)、輸送及分配密切相關(guān)，通過對(duì)電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的規(guī)劃與設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的效率的最高化，設(shè)備功能的全面釋放，使電力系統(tǒng)對(duì)電能傳輸?shù)男实玫教嵘瑸閲?guó)家創(chuàng)造電能利用的隱形財(cái)富。因此，規(guī)劃與設(shè)計(jì)是布局一個(gè)新的電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化最首要考慮的一個(gè)問題，不然等工程上馬，系統(tǒng)正常投入運(yùn)行就得不償失了。

首先，為滿足社會(huì)企業(yè)及用戶對(duì)電能的高需求狀況 ，對(duì)早期電力系統(tǒng)重新規(guī)劃是一項(xiàng)綜合性的改造活動(dòng) ，可顯著提高原先系統(tǒng)的運(yùn)行功能[2]。在我國(guó)，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)就擔(dān)負(fù)著這樣一個(gè)歷史包袱：這就是我國(guó)幅員遼闊，電網(wǎng)建設(shè)極為復(fù)雜，電力需求量也極大，還有不可繞過的一點(diǎn)是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化改革晚，傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備仍舊掣肘著我國(guó)的電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的步伐。如此，在追趕美英等先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的再規(guī)劃與設(shè)計(jì)也成為奠基我們現(xiàn)代電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的重要課程；

其次，包括對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的再規(guī)劃與設(shè)計(jì)在內(nèi)，電力系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)包含了發(fā)電、輸電、變電與配電、用電等多環(huán)節(jié)，通過對(duì)風(fēng)能、核能、熱能、潮汐能等電能生產(chǎn)方式產(chǎn)生的原始電能的轉(zhuǎn)化及供應(yīng)輸送做電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的科學(xué)高效綠色生態(tài)設(shè)計(jì)與規(guī)劃，滿足用戶對(duì)用電、用電設(shè)備的運(yùn)行要求，同時(shí)也減少資源消耗。例如，這種規(guī)劃與設(shè)計(jì)的過程可體現(xiàn)在電力系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)或者不同層次都具有的信息控制系統(tǒng)，為電能的生產(chǎn)進(jìn)行測(cè)量、控制、調(diào)節(jié)、通信、保護(hù)及調(diào)度；

第三，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的規(guī)劃設(shè)計(jì)還與電力工程的打造緊密相關(guān)，電力工程是融合電工技術(shù)、電工理論及有關(guān)技術(shù)、工藝、材料、制造因素的集中反映，是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化先進(jìn)不先進(jìn)的決定性元素。電力工程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)重點(diǎn)在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷中心，為了打造優(yōu)質(zhì)的電力工程項(xiàng)目，設(shè)計(jì)時(shí)就可以用計(jì)算機(jī)作控制中心，對(duì)電力工程各個(gè)部分進(jìn)行全面調(diào)控，保證其可行，經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)；

最后，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的規(guī)劃與設(shè)計(jì)需要遵循成本原則，以少投入，從元件、設(shè)備等方面控制造價(jià)，成本原則直接影響到產(chǎn)品的定價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益高是客戶接受的必然因素；堅(jiān)持安全原則，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化首要考慮的要素就是安全，其安全性和穩(wěn)定性涉及電力設(shè)備、電力設(shè)備的安全使用，網(wǎng)絡(luò)的操作安全及數(shù)據(jù)安全方面。此外，電力系統(tǒng)還應(yīng)堅(jiān)持配備系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的模塊等措施以落實(shí)安全性的要求；堅(jiān)持周期原則，在規(guī)定期間內(nèi)完成，考慮詳細(xì)，有嚴(yán)格方案，不影響用戶對(duì)產(chǎn)品的使用。

2 “中景”：科技與管理提質(zhì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

電力系統(tǒng)的集成度提高，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的形成發(fā)展由市場(chǎng)需求所驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)需求對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的質(zhì)量提升起著關(guān)鍵性作用。為此，打破傳統(tǒng)的信息孤島，進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的整合與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息與多源信息的無縫對(duì)接，多維度多側(cè)面展示數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，成為電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化未來的發(fā)展趨勢(shì)。這就趨勢(shì)的破冰與形成是一種對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化大幅提質(zhì)的過程。這其中莫不與電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)人才的培養(yǎng)，專業(yè)的改革與實(shí)踐相關(guān)。就人才培養(yǎng)與專業(yè)課程的而言，筆者認(rèn)為，要應(yīng)用課程學(xué)建設(shè)思路，加強(qiáng)應(yīng)用型教學(xué)、減少對(duì)理論的依賴，對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的專業(yè)的建設(shè)方案系統(tǒng)性和創(chuàng)新性的改革；類似衢州這類浙江省的欠發(fā)達(dá)地區(qū)還應(yīng)該充分運(yùn)用仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源教學(xué)及當(dāng)?shù)厮髽I(yè)的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)專業(yè)的“接地氣效應(yīng)”。但科技與管理更是電力系統(tǒng)及自動(dòng)化提質(zhì)的兩把利劍。

2.1 技術(shù)科技化——提質(zhì)“硬劍”

1）先進(jìn)化的科技裝備。先進(jìn)技術(shù)裝備為我國(guó)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供了良好平臺(tái)，給予了很大支撐。可控硅整流裝置的問世，代表了電力系統(tǒng)傳動(dòng)技術(shù)的一次巨大的跨越，從此以后，電能的變換和控制正式步入了電力電子器件構(gòu)成的變流器時(shí)代[3]。以電力電子器件變革經(jīng)歷的三個(gè)階段為契機(jī)，電力科技裝備一次比一次先進(jìn)，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的裝備已經(jīng)呈現(xiàn)高頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，不僅自動(dòng)化的色彩越發(fā)濃厚，更增加了環(huán)保、節(jié)能、智能化等特點(diǎn)。以電力科技裝備在風(fēng)力發(fā)電中的運(yùn)用為例，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)組的設(shè)備對(duì)發(fā)電量損耗大，出于節(jié)約能源的出發(fā)點(diǎn)，在高低壓電的轉(zhuǎn)化中，用風(fēng)機(jī)水泵變頻機(jī)替代原先使用的變頻器，就改變了電能轉(zhuǎn)化中耗能大、效率低等問題?？傊?，我們要從電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的科技設(shè)備革新和技術(shù)的不斷發(fā)展上謀求新路，探索發(fā)展科技設(shè)備對(duì)提高電力的生產(chǎn)質(zhì)量；

2）科技裝備的信息化。電網(wǎng)的壯大，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)高效地實(shí)時(shí)監(jiān)控需要憑借電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化所用科技裝備的信息化水準(zhǔn)。依托電力裝備的信息化，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的綜合監(jiān)控不說，電站工作人員能更加詳細(xì)準(zhǔn)確地了解電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況，快速準(zhǔn)確判斷故障位置及故障原因，遙控操作變的容易，對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析變得簡(jiǎn)便。電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化在科技裝備的信息化的各種案例，如體現(xiàn)在對(duì)包括測(cè)量?jī)x表、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行組合和優(yōu)化，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站輸、配電線路，設(shè)備的監(jiān)視、測(cè)量、控制等。

2.2 管理現(xiàn)代化——提質(zhì)“軟劍”

一方面是日常管理要做到“優(yōu)化提質(zhì)”。電網(wǎng)的發(fā)展帶來企業(yè)管理思想、管理方法的創(chuàng)新，及其在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的應(yīng)用，促進(jìn)電力系統(tǒng)管理水平的提升。換句話說，如何提高電網(wǎng)信息的采集、加工等環(huán)節(jié)的速度及準(zhǔn)確性需要管理；電力工程的施工、監(jiān)管過程涉及的部門多，電力施工人員的工作技能參差不齊，工程選用什么樣的物料、工程的進(jìn)度有什么安排，工程技術(shù)管理的流程等很多方面需要管理； 在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的具體運(yùn)用中，繼電保護(hù)的保護(hù)元件經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常情況，影響供電秩序，產(chǎn)生安全隱患甚至安全事故，這就需要對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效地安全管理。這些都是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化日常涉及到得一些管理，對(duì)這些日常管理就要做到“優(yōu)化提質(zhì)”。

另一方面是應(yīng)急管理要做到“優(yōu)中見質(zhì)”。電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的發(fā)展， 電網(wǎng)的規(guī)模獲得擴(kuò)大，電網(wǎng)的緊密度比以往更令人咋舌，由此也帶來了電網(wǎng)的穩(wěn)定問題，一些小概率的聯(lián)級(jí)事故、外部災(zāi)害也可能引起系統(tǒng)失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)癱瘓，造成不必要災(zāi)難性停電事故。為此，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的應(yīng)急管理考驗(yàn)著管理者的管理智慧。如何做到應(yīng)急管理的“優(yōu)中見質(zhì)”，例如，電力系統(tǒng)故障后，工作人員應(yīng)就近在故障元件邊上的區(qū)域搜索緩解故障情況的負(fù)荷削減節(jié)點(diǎn)，幫助系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài)，并將故障影響降低到最小范圍。而工作人員采取的方法可以很多：利用慢同調(diào)分群算法將系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組聚合成若干虛擬發(fā)電機(jī)群節(jié)點(diǎn)，最大限度地減小割集的搜索空間，在考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)向虛擬發(fā)電機(jī)群節(jié)點(diǎn)聚合，并在 Laplace分區(qū)策略的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)新的權(quán)重指標(biāo)來衡量?jī)蓚€(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的“距離”，以改進(jìn) Laplace 分區(qū)策略[4]。這就是一種有效應(yīng)急“優(yōu)中見質(zhì)”的方法。

3 “遠(yuǎn)景”：多重效益注腳電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化“近景”與“中景”的布局都是為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的“多重效益”，環(huán)保效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益多多重效益并重是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的最好注腳，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化之于經(jīng)濟(jì)的功效自不必多言，它對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型都有特殊的意義，本文就“碳排放”和“可再生”兩個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行簡(jiǎn)述。

3.1 關(guān)鍵詞“碳排放”——重構(gòu) “綠色目標(biāo)”

2006年來，我國(guó)碳排放超美國(guó)成為世界第一碳排放大國(guó)，在能源保障供應(yīng)充足及為社會(huì)提供強(qiáng)勁發(fā)展動(dòng)力的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)低碳可持續(xù)發(fā)展成為各方共識(shí)，可持續(xù)發(fā)展意味著作為碳排放最大部門電力行業(yè)的需要轉(zhuǎn)型。換句話說，全球多變的氣候和焦灼的能源問題為電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的“綠色重構(gòu)”提供了歷史性的機(jī)遇。怎樣實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化對(duì)電力產(chǎn)業(yè)的“綠色重構(gòu)呢”？電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化首先依據(jù)電力碳排放及強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)各地電力低碳發(fā)展。但是僅以碳排放強(qiáng)度及碳排放總量不能客觀評(píng)價(jià)各地電力低碳工作，還需要根據(jù)各地的能源特征、電源機(jī)構(gòu)、居民用電習(xí)慣等特點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的碳排放做結(jié)構(gòu)分解，透徹分析各地電力碳排放的成因等因素，最后依據(jù)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的系統(tǒng)特點(diǎn)和自動(dòng)化的程度對(duì)各地低碳發(fā)展線路做針對(duì)性部署。

3.2 關(guān)鍵詞“可再生”——造?！皬V普大眾”

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化在其建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，投資、成本、產(chǎn)量等因素會(huì)因?yàn)閮?nèi)外環(huán)境的變化而變化，進(jìn)而與我們對(duì)其所作出經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的預(yù)測(cè)值有一定差異，對(duì)項(xiàng)目能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響。但是基于利用“可再生”能源基礎(chǔ)上的電力系統(tǒng)及自動(dòng)化，無疑能造福到“廣普大眾”。這是因?yàn)榭稍偕茉吹哪茉疵芏鹊停Y源分布廣，適宜小規(guī)模開發(fā)利用。比如，在資源、條件允許的情況下，電力用戶能安裝小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，在城市的空閑場(chǎng)地和建筑屋面，農(nóng)村荒山荒坡，農(nóng)民房前屋后都可利用光伏電站發(fā)電，按人均1千瓦光伏發(fā)電，全國(guó)超過10億千瓦，看上去數(shù)字有點(diǎn)大，但是每千瓦的光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝個(gè)位數(shù)的太陽能電板就行，利用好這樣的可再生能源是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化未來的額一個(gè)方向。

[1]王四明.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用探析[J].現(xiàn)代閱讀，2012(7)：18.

[2]許文杰.電力系統(tǒng)規(guī)劃與電力工程設(shè)計(jì)的研究[J].科技傳播，2012(1)：13.

[3]萬鑫.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及發(fā)展[J].電工研究，2012(2)：69-71.

[4]宋洪磊，吳俊勇，吳林峰.電力系統(tǒng)緊急情況下的動(dòng)態(tài)分區(qū)和自主解列策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012(27)：224-230.