試析電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)

張世偉

【摘 要】現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)”等各項(xiàng)指標(biāo)的要求越來越高，相應(yīng)地，自動(dòng)控制系統(tǒng)的水平將直接反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平，也直接影響著電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。下面就以電力系統(tǒng)自動(dòng)控制的發(fā)展開展，主要由直接控制、集中控制、集散控制系統(tǒng)的發(fā)展過程，做一一淺析。

【關(guān)鍵詞】電力；自動(dòng)化；技術(shù)應(yīng)用

電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化基本工作流程是，在相對(duì)中心地帶的調(diào)控中心裝置現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)，以此向四周輻射網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，圍繞這一中心的發(fā)電廠、變電站之間則設(shè)置信息服務(wù)和反饋的遠(yuǎn)方監(jiān)視控制裝置，并時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，從而形成了一個(gè)立體化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，形成全面的暢通的信息傳達(dá)和指令傳輸，按所管轄功能范圍分擔(dān)和綜合協(xié)調(diào)控制功能，以達(dá)到系統(tǒng)合理經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行目的的控制系統(tǒng)。

1.電力系統(tǒng)自動(dòng)控制的基本要求

（1）迅速而正確地收集、檢測(cè)和處理電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。

（2）根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)各元件的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全要求，為運(yùn)行人員提供調(diào)節(jié)和控制的決策，或者直接對(duì)各元件進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

（3）實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)各層次、各局部系統(tǒng)和各元件間的綜合協(xié)調(diào)，尋求電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)供電、經(jīng)濟(jì)性和安全性的多目標(biāo)的最優(yōu)運(yùn)行方式。

（4）電力系統(tǒng)自動(dòng)控制不僅能節(jié)省人力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還能減少電力系統(tǒng)事故，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，全面改善和提高運(yùn)行性能，特別是在發(fā)生事故情況下，能避免連鎖性的事故發(fā)展和大面積停電。

2.電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)探討

（1）主動(dòng)的對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及其在電力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視與控制中的運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)在軟件的重用性、繼承性、封裝性、開放性及軟件工程等方面帶來革命性的影響，已經(jīng)深刻影響軟件系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的各方面，如面向?qū)ο蟮姆治?、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟮木幊痰?。新一代的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該全面地采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，支持面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)。主動(dòng)的對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)與一般的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)相比，主要的優(yōu)勢(shì)在于主動(dòng)功能以及對(duì)對(duì)象技術(shù)的支持。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的判斷（如數(shù)據(jù)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)越限）以及數(shù)據(jù)的分析都是由外來程序完成的。而在主動(dòng)的對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的觸發(fā)子可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視功能，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)象的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。由于引入觸發(fā)機(jī)制以及對(duì)象技術(shù)，這就可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，在節(jié)省數(shù)據(jù)讀出和寫入時(shí)間的同時(shí)，又充分地利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)的管理功能，提高數(shù)據(jù)可靠性，維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，便于數(shù)據(jù)的共享等。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中觸發(fā)子和對(duì)象的函數(shù)功能的進(jìn)一步研究，有望實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視與控制的更加復(fù)雜的功能。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FCS）實(shí)際上是將安裝在工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)的智能自動(dòng)化儀表和裝置與設(shè)置在控制室內(nèi)的儀表和控制設(shè)備連接起來的一種數(shù)字化、串行、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置人傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。這是一項(xiàng)智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要能容的綜合技術(shù)。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，目前DCS系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。這種控制方式的實(shí)現(xiàn)需要通過傳感器、變送器將所有被控設(shè)備的狀態(tài)、電量、非電量信號(hào)收集到中央控制室的主控計(jì)算機(jī)上，然后在計(jì)算機(jī)上按照規(guī)定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算、判斷、進(jìn)而向被控設(shè)備發(fā)出指令。其在本質(zhì)上仍然為數(shù)字控制器與模擬變送器組成的模擬-數(shù)字混合系統(tǒng)，在電廠或變電站內(nèi)受電磁干擾嚴(yán)重，難以達(dá)到嚴(yán)格的計(jì)算精度，并實(shí)施準(zhǔn)確控制。另一方面，模擬變送器位于測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)，而控制器位于集中控制室。這從構(gòu)成控制系統(tǒng)的信號(hào)流的角度來看，在現(xiàn)場(chǎng)把被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為測(cè)量信號(hào)后，被送往位于集中控制室的控制器，再把所得到的控制信號(hào)由控制室送往現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)節(jié)閥或控制電機(jī)。這樣，即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的回路控制系統(tǒng)，其信號(hào)的必經(jīng)路徑也將會(huì)很長(zhǎng)，因而會(huì)引起許多弊端和隱患。將FCS引入電力系統(tǒng)將在根本上優(yōu)化控制系統(tǒng)的各種性能。將整個(gè)生產(chǎn)過程的控制功能分散，為每個(gè)被控設(shè)備就地配備專用的底層前置控制計(jì)算機(jī)，這些專用的前置機(jī)根據(jù)控制要求負(fù)責(zé)管理被控設(shè)備的有關(guān)信息。這些信息經(jīng)前置機(jī)處理后通過通訊接口由現(xiàn)場(chǎng)總線與上位計(jì)算機(jī)相聯(lián)。此時(shí)上位機(jī)的任務(wù)已不再是全面監(jiān)控所有設(shè)備，而是擔(dān)負(fù)人機(jī)對(duì)話或向上級(jí)調(diào)度遠(yuǎn)傳信息的任務(wù)。在上位機(jī)可以根據(jù)前置機(jī)上傳的信息構(gòu)造各種畫面、圖象、圖表、曲線來直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。不僅前置機(jī)可以配合PLC根據(jù)所取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)被控設(shè)備實(shí)行必要的調(diào)節(jié)和控制，而且上位機(jī)也可以直接通過前置機(jī)對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的調(diào)節(jié)和控制，把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，僅由現(xiàn)場(chǎng)儀表就可以實(shí)現(xiàn)控制功能。這樣無(wú)疑增強(qiáng)整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)組織的靈活性。并且基于這種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的系統(tǒng)，還可與其它計(jì)算機(jī)、節(jié)點(diǎn)通訊，構(gòu)成高性能的控制系統(tǒng)。

（3）光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)自動(dòng)控制和繼電保護(hù)中的應(yīng)用研究。光互連技術(shù)的特點(diǎn)：①光互連不受電容性負(fù)載的影響，其輸入輸出可根據(jù)需要具有很大靈活性。②光互連的扇出數(shù)主要受探測(cè)器功率限制。光互連既可解決無(wú)終端的電互連線受到臨界線長(zhǎng)度的限制的問題，又可解決有終端線受到沿該線輸出端密度限制的問題，它可以在計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高性能互連。它以光速傳遞信息，可將時(shí)鐘扭曲問題減小到最小程度。③光互連不受平面和準(zhǔn)平面的限制，光在光波導(dǎo)中可以大于10°的交叉角相互交叉，自由空間光束可相互穿越而不相互作用，可提高系統(tǒng)集成度。研究結(jié)果表明，互連網(wǎng)絡(luò)采用光子傳輸與電子交換相結(jié)合的方法，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有靈活的編程重構(gòu)特性。光互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬不受傳輸長(zhǎng)度的影響，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，體現(xiàn)了光互連技術(shù)在并行處理器陣列系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力，為并行處理器陣列中的高速數(shù)據(jù)通訊和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了方便。從而表明了光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)自動(dòng)控制和繼電保護(hù)中具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景，將使電力系統(tǒng)自動(dòng)控制和繼電保護(hù)的水平提高到一個(gè)新的高度，保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行。

3.結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化是一個(gè)集傳統(tǒng)技術(shù)改造與現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步于一體的技術(shù)總體推進(jìn)過程。當(dāng)前電力系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化已經(jīng)進(jìn)入以計(jì)算機(jī)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)開發(fā)為主要標(biāo)志內(nèi)的階段，但對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)電力需求大、電網(wǎng)建設(shè)復(fù)雜而電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化改革開始較晚的國(guó)家來說，在追趕先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，還必須要注重對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，只有這樣才能保證電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的早日全面實(shí)現(xiàn)。 [科]