電力工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用探討

劉玉文

（廣東運(yùn)峰電力安裝有限公司，廣東 佛山 528251）

電力工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用探討

劉玉文

（廣東運(yùn)峰電力安裝有限公司，廣東 佛山 528251）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對電力的需求也在與日俱增，由于電力系統(tǒng)的規(guī)模、范圍都極為龐大，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備之間的聯(lián)系又極為復(fù)雜，因而要求電力系統(tǒng)必須納入高質(zhì)量的自動(dòng)化控制之下。本文探討了電力工程自動(dòng)化技術(shù)的概況、最新發(fā)展和應(yīng)用情況。

電力工程；自動(dòng)化；應(yīng)用

1 電力工程自動(dòng)化技術(shù)概況及最新發(fā)展

1.1 概況

電力系統(tǒng)自動(dòng)化，按其內(nèi)容一般可分為調(diào)度自動(dòng)化、發(fā)電廠自動(dòng)化和變電站綜合自動(dòng)化三部分，其中調(diào)度自動(dòng)化又可再細(xì)分為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化（即發(fā)電和輸電調(diào)度自動(dòng)化）和配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化（或配電自動(dòng)化）。

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是利用發(fā)電廠、變電站的終端（RTU）采集電網(wǎng)信息，再以通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)度中心主站系統(tǒng)（MS），MS通過對信息的分析、整理及負(fù)荷預(yù)測進(jìn)行調(diào)度，以確保整個(gè)電網(wǎng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

發(fā)電廠自動(dòng)化主要通過機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)發(fā)電量控制系統(tǒng)（AGC）和自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電廠汽輪機(jī)（水輪機(jī)）、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備的自動(dòng)化控制。

變電站綜合自動(dòng)化是通過利用信息技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對全站設(shè)備、線路的運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)測量、自動(dòng)保護(hù)和自動(dòng)通信等功能。

配電網(wǎng)自動(dòng)化由配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、開關(guān)站及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)、配電運(yùn)行管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）等組成，以實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)實(shí)施數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障隔離及恢復(fù)非故障區(qū)域供電等功能。

1.2 最新進(jìn)展

1.2.1 柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）

FACTS是采用電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，對輸電系統(tǒng)主要參數(shù)（如電壓、功率、相位差、電抗、潮流等）進(jìn)行靈活快速的控制，使系統(tǒng)具有更高的可靠性、更大的可控性和更高的效率。1988年美國科學(xué)家提出FACTS概念，至今已發(fā)展至第三代，其技術(shù)主要是將兩臺(tái)或多臺(tái)控制器復(fù)合為一組FACTS，使其成為共同的、統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。FACTS類型按接入系統(tǒng)方式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和串并聯(lián)綜合型，柔性直流輸電系統(tǒng)是其獨(dú)立分支。串聯(lián)型用于有功潮流控制、暫態(tài)穩(wěn)定控制和系統(tǒng)功率振蕩抑制等，典型裝置有 FCSC、FSC、SCCL、SSSC、DVR等。并聯(lián)型用于電壓控制、無功潮流控制、諧波控制等，典型裝置有SVC、SVG、APF、TC-RFD等。串并聯(lián)綜合型用于電壓控制、有功/無功潮流控制、暫態(tài)穩(wěn)定控制、系統(tǒng)功率振蕩抑制等，典型裝置是UPFC、TCPR。柔性直流輸電系統(tǒng)包括HVDC、HVDC Light。

1.2.2 功率半導(dǎo)體器件

功率半導(dǎo)體器件又稱為電力電子器件，是20世紀(jì)50年代末以晶閘管誕生為標(biāo)志出現(xiàn)的，也經(jīng)歷四代的發(fā)展。隨著可實(shí)現(xiàn)高電壓、大功率、高頻、高溫新型功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，新型大功率電力電子裝置成功用于各種工業(yè)電源、電能質(zhì)量控制、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域。

功率半導(dǎo)體器件正由傳統(tǒng)硅基向碳化硅基發(fā)展。碳化硅的禁帶寬度為3.26kV，比硅的1.1kV高得多，所以碳化硅器件更適合用于高電壓、高溫場合。耐壓對比：硅基<10kV，10150℃。目前已研制的碳化硅基功率半導(dǎo)體器件主要有碳化硅功率二極管（有SBD、PiN、JBS三種類型）、碳化硅MOSFET器件、碳化硅IGBT、碳化硅晶閘管等。

2 電力工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 柔性交流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，F(xiàn)ACTS中應(yīng)用最廣的是SVC，全世界已投運(yùn)SVC工程超過一千個(gè)，總?cè)萘砍^100Gvar。SVC設(shè)備主要供應(yīng)商是ABB公司、西門子公司等。SVC的應(yīng)用范圍從1kV配電網(wǎng)到765kV超高壓輸電網(wǎng)，容量從1Mvar到1066Mvar。美國Eddy變電站為彌補(bǔ)無功功率缺口，采用TSC、TCR和容性濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。武鋼硅鋼廠由于主軋機(jī)及其配套設(shè)備特殊的負(fù)荷特性，造成母線電壓波動(dòng)大、高次諧波電流大、功率因數(shù)低，裝設(shè)SVC設(shè)備后這些問題都顯著改善。

FSC是固定串聯(lián)電容補(bǔ)償器，用于固定串補(bǔ)裝置，廣西百色500kV輸電線路就采用了該裝置。

向家壩-上海800kV特高壓直流輸電工程利用換流站實(shí)現(xiàn)交直流電的轉(zhuǎn)換。換流站的主要設(shè)備是換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器等。

2.2 功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用

功率半導(dǎo)體器件已用于固態(tài)變壓器、柔性交流輸電、靜止無功補(bǔ)償、直流輸電技術(shù)等多個(gè)方面。

固態(tài)變壓器是分布式發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)技術(shù)、可再生能源的關(guān)鍵技術(shù)，其核心就是電力電子技術(shù)，通過電力電子變流器和高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓變換、能量傳遞和控制。與傳統(tǒng)變壓器相比，不僅體積小、重量輕，而且供電質(zhì)量高和更便于自動(dòng)監(jiān)控。新一代的固態(tài)變壓器基于15kV碳化硅MOSFET，開關(guān)頻率將從1KHz提高到20KHz。

FACTS技術(shù)主要采用晶閘管、GTO和IGBT等器件，目前IGCT器件替代GTO器件后可實(shí)現(xiàn)電壓源變流器切換4～5KA的電流，這需要比硅基耐壓更高的碳化硅基功率器件。

靜止無功補(bǔ)償器（STATCOM）也是FACTS控制器之一，用于潮流控制、無功補(bǔ)償及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。STATCOM主要采用GTO、IGBT、IGCT等全控型器件，采用硅基器件其電路要采用多電平拓?fù)浠蚱骷?lián)來提高耐壓能力，而利用高壓碳化硅IGBT、GTO，結(jié)構(gòu)將大為簡化，電能質(zhì)量也將得到提升。

特高壓直流輸電技術(shù)，其直流換流閥的核心器件是6英寸的高壓晶閘管。換流閥工作時(shí)電壓高達(dá)幾百KV，電流高達(dá)幾KA，新型碳化硅SiCGT、GTO可得到應(yīng)用。

2.3 主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)及調(diào)度端數(shù)據(jù)分析、產(chǎn)生指令、執(zhí)行這樣的過程。數(shù)據(jù)采集二次回路中的接線比較復(fù)雜，采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)則比較簡單，主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)提供了這種支持。主動(dòng)對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)采用觸發(fā)器技術(shù)，利用對象函數(shù)，實(shí)現(xiàn)電力工程自動(dòng)化的應(yīng)用。

2.4 光互連技術(shù)的應(yīng)用

光互連技術(shù)是利用光纖（或光底板）為傳輸媒介（或無媒介的自由空間），結(jié)合波分復(fù)用技術(shù)、IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的一種技術(shù)。光互連技術(shù)用于電力工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，具有抗磁干擾強(qiáng)、傳輸速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)語

電力工程自動(dòng)化技術(shù)是目前和今后相當(dāng)長時(shí)期最重要和最具活力的技術(shù)之一，它解決了電力系統(tǒng)所亟需解決的一系列問題，面對未來更多更復(fù)雜的需求，該技術(shù)仍將有很大的發(fā)展空間。自動(dòng)化技術(shù)用于電力工程的內(nèi)容極廣，本文所涉及的僅為很小一部分，權(quán)當(dāng)拋磚引玉之作。

[1]繆勇.柔性交流輸電系統(tǒng)[J].裝備機(jī)械，2010.

[2]婁進(jìn).淺談電力工程中的電力自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用[J].廣東科技，2012.

X77

A