試論電力自動化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

【摘 要】本文闡述了電力系統(tǒng)中配電自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前配電自動化模式及其方案，為加快電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化的發(fā)展提供了可靠性依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；自動化技術(shù)；發(fā)展

0 引言

電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)和信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動了許多電力新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，近年來隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的進(jìn)行，智能無功補(bǔ)償技術(shù)在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變被廣泛應(yīng)用，它集低壓無功補(bǔ)償、綜合配電監(jiān)測、配電臺區(qū)的線損計量、電壓合格率的考核、諧波監(jiān)測等多種功能于一身：同時還充分考慮了與配電自動化系統(tǒng)的結(jié)合。

1 傳統(tǒng)的低壓無功補(bǔ)償技術(shù)

采集單一信號，采用三相電容器，三相共補(bǔ)這種補(bǔ)償方式適用于負(fù)荷主要是三相負(fù)載（電動機(jī)）的場合，但假如當(dāng)前的負(fù)載主要為居民用戶，三相負(fù)荷很可能不平衡。那么各相無功需量也不同，采用這種補(bǔ)償方式會在不同程度上出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)。投切開關(guān)多采用交流接觸器其缺點是響應(yīng)速度較慢，在投切過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短。而無功控制策略則控制物理量多為電壓、功率因數(shù)、無功電流，其投切方式為；循環(huán)投切、編碼投切。這種策略沒有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無功優(yōu)化，通常不具備配電監(jiān)測功能。

2 智能無功補(bǔ)償技術(shù)分析

固定補(bǔ)償與動態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合隨著社會的發(fā)展，負(fù)載類型越來越復(fù)雜，電網(wǎng)對無功要求也越來越高，因此單純的固定補(bǔ)償已經(jīng)不能滿足要求，新的動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)能較好地適應(yīng)負(fù)載變化。而三相共補(bǔ)與分相補(bǔ)償相結(jié)合這種新的設(shè)備尤其是大量的電力電子、照明等家居設(shè)備，都是兩相供電，電網(wǎng)中三相不平德的情況越來越多，三相共補(bǔ)同投同切已無法解決三相不平衡的問題，而全部采用單相補(bǔ)償則投資較大。因此根據(jù)負(fù)載情況充分考慮經(jīng)濟(jì)性的共分結(jié)合方式在新的經(jīng)濟(jì)條件下日益廣泛應(yīng)用。穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式是未來發(fā)展的一個趨勢。主要是針對大型的鋼鐵冶金等企業(yè)，工藝復(fù)雜、用電量大、負(fù)載變化快、波動大，充分有效地進(jìn)行無功補(bǔ)償，不僅可以提高功率因數(shù)、降損節(jié)能，而且可以充分挖掘設(shè)備的工作容量，充分發(fā)揮設(shè)備能力，提高工作效率，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益大。

采集三相電壓、電流信號，跟蹤系統(tǒng)中無功的變化，以無功功率為控制物理量，以用戶設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對星一角結(jié)合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動及時地投切電容補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率容量。根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據(jù)“取平補(bǔ)齊”的原則投入電網(wǎng)，實現(xiàn)電容器投切的智能控制，使補(bǔ)償精度高?？茖W(xué)的電壓限制條件可設(shè)定的過、欠壓保護(hù)值，可設(shè)置禁投（低谷高電壓）、禁切（高峰低電壓）電壓值，具缺相保護(hù)功能，以無功功率為投切門限值。可設(shè)置投切延時，延時時間可調(diào)（既可支持快速跟蹤無功補(bǔ)償，也可支持穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償），同組電容投切動作時間間隔可設(shè)置，對快速跟蹤補(bǔ)償可設(shè)置為零。

采用先進(jìn)的投切開關(guān)，目前采用的投切開關(guān)主要有以下幾種：過零觸發(fā)固態(tài)繼電器，其特點是動態(tài)響應(yīng)快，在投切過程中對電網(wǎng)無沖擊、無涌流，壽命較長，但有一定的功耗和諧波污染，目前運(yùn)用比較普遍。機(jī)電一體化智能復(fù)合開關(guān)，該開關(guān)是由交流接觸器和固態(tài)繼電器并聯(lián)運(yùn)行，綜合兩種開關(guān)的優(yōu)點，既實現(xiàn)了快速授切，又降低了功耗。目前主要由于成本及可靠性原因應(yīng)用較少。機(jī)電一體化智能型真空開關(guān)，該開關(guān)采用低壓真空滅弧室及永磁操作機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)電容過零投切，還可適應(yīng)電容器串聯(lián)電抗器回路的投切，壽命長，可靠性高，目前正在實現(xiàn)商品化。

3 集成綜合配電監(jiān)測功能

綜合配電監(jiān)測功能集配電變壓器電氣參數(shù)測量、記憶、通信于一體，是一套比較完整的配電運(yùn)行參數(shù)測量機(jī)構(gòu)，是低壓配電電網(wǎng)中考核單元線損的理想手段。它能隨時為電網(wǎng)治理人員提供所需要的各類數(shù)據(jù)，是為電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的治理依據(jù)，是配電電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的基本組成部分。主要功能如下：實時監(jiān)測配變?nèi)鄶?shù)據(jù)：電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率，累計數(shù)據(jù)記錄，整點數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計數(shù)據(jù)記錄功能。累計計量有功、無功電量：查詢統(tǒng)計分析功能并根據(jù)輸入條件生成各種報表、曲線、棒圖、餅圖。一般都配有相關(guān)的后臺處理軟件，大多數(shù)可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)操作與數(shù)據(jù)共享。

集成電壓監(jiān)測功能是根據(jù)電壓檢測儀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采樣與數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，便于用戶考核電壓合格率，可用于電壓監(jiān)測考核。而集成在線諧波監(jiān)測功能則較好一點的監(jiān)測終端采用DSP作為CPu，應(yīng)用FFT快速傅立葉算法，可精確計算測：量出電壓、電流、功率因數(shù)、有功及無功電量等配電參數(shù)，還可以分析1～3次諧波，從而實現(xiàn)在線的諧波監(jiān)測功能，該數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶要求在后臺軟件上進(jìn)行分析處理。某些功能較先進(jìn)的監(jiān)控終端充分地考慮了設(shè)備的可持續(xù)性使用，采用標(biāo)準(zhǔn)的R■232、R■485接口，可根據(jù)用戶要求非凡配置Modem、現(xiàn)場總線（Profibus）等，與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。具體通信方式有以下幾種，或是其一或是多種方式的結(jié)合。手工抄表；有線、無線、電卡等多種抄表方式。直接通信：與配電自動化系統(tǒng)接口，為用戶提供了多種解決方案以適應(yīng)不同的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)與子站或主站的直接通信。與FTU的通信：可通過FTU實現(xiàn)一點對多點采集，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳并與配電自動化系統(tǒng)接口與集抄系統(tǒng)的通信，通常采用載波或直聯(lián)。

當(dāng)前應(yīng)用較廣的模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)。是將電容器、投切開關(guān)，保護(hù)集成在一個單元內(nèi)，形成多種容量規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化單元，其特點是結(jié)構(gòu)與功能的模塊化形成滿足不同用戶要求的系列產(chǎn)品，同時還便于各種裝置在使用現(xiàn)場的維修與調(diào)整。

4 配電網(wǎng)自動化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

配電自動化指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、計量和供電部門的工作管理有機(jī)融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。

從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運(yùn)行費用的觀點看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。目前實現(xiàn)配電自動化大體有以下幾種方式：

（1）在l0kV輻射線路或樹狀線路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身的功能進(jìn)行線路故障時的故障隔離和恢復(fù)供電，因而實施比較容易，投資較節(jié)省。

（2）在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用重合器，配合環(huán)網(wǎng)柜實現(xiàn)配電自動化。

（3）在l0kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)柜加裝FTU并設(shè)置配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜可以是戶外的，亦可是戶內(nèi)式。

（4）我國城市大多數(shù)是由沿城市街道敷設(shè)的架空絕緣導(dǎo)線構(gòu)成l0kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對這種配電網(wǎng)絡(luò)，目前采用的配電自動化方式是首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造，形成多個環(huán)網(wǎng)或“手拉手”線路，使每一用戶有兩個供電源。

以上幾種應(yīng)用方式雖在各地得到一些應(yīng)用，其應(yīng)用效果不是很理想，由于各地經(jīng)濟(jì)條件、社會需求及技術(shù)發(fā)展的差異，需要優(yōu)化改進(jìn)的地方很多。

5 結(jié)束語

由于現(xiàn)代電力自動化程度的提高，使得用電質(zhì)量得到了保證，同時由于自動化程度的提高減少了維護(hù)費用，設(shè)備利用率提高，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實施都大大的降低了運(yùn)行成本，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。總之，隨著科技的快速發(fā)展進(jìn)步，高科技企業(yè)的增加，電力企業(yè)在如何更好地滿足用戶不斷提高的需求的同時，還要對用戶電網(wǎng)進(jìn)行更全面的治理、監(jiān)控，在這個過程中，將有各種新技術(shù)、新設(shè)備發(fā)展起來，未來的無功補(bǔ)償技術(shù)將會更加經(jīng)濟(jì)有效。

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