淺析電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)

劉新鳳

[摘 要]本文闡述了電力系統(tǒng)的自動化的技術(shù)，包括現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、主動的對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)、光互連并行處理技術(shù)等都一一作了概括；然后深入的分析了電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的應(yīng)用能力，以期為同行提供有益的參考。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；自動化技術(shù)應(yīng)用能力

電力系統(tǒng)主要是由發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等相關(guān)環(huán)節(jié)組成，通過發(fā)電動力裝置將自然界的一次能源轉(zhuǎn)化成電能，再經(jīng)過變電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)將電能供應(yīng)到負(fù)荷中心，之后通過相應(yīng)的設(shè)備轉(zhuǎn)化成光能和熱能等，為人們的生活提供便利。電力系統(tǒng)自動化的工作流程就是在中心地帶安裝計算機系統(tǒng)，實施對中心發(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、暢通。中心計算機負(fù)責(zé)總體的指揮和調(diào)控，以及各種數(shù)據(jù)的處理、異常事故的自動回復(fù)等，通過計算機與軟件之間的結(jié)合，使自動化的程度不斷的加深，達(dá)到系統(tǒng)合理可靠的運行目的。

一、電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)分析

1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)就是在安裝的過程中，把現(xiàn)代化的自動儀表裝置與控制設(shè)備連接起來，形成雙向的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線技術(shù)具有數(shù)據(jù)計算和數(shù)字通信的功能，通過控制儀表之間形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)自身的需要對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行自動化的控制。現(xiàn)場總控技術(shù)是一個開放而又分布的控制系統(tǒng)，通過層層的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對參數(shù)、報警、監(jiān)控、顯示等一系列的自動化功能。目前我國應(yīng)用最廣泛的總線控制系統(tǒng)就是分布式控制系統(tǒng)，這種方式主要是通過傳感器將設(shè)備的狀態(tài)以及電量等收集到控制室的主控計算機上，然后通過計算機的計算和分析，再對設(shè)備發(fā)出指令。

2.主動的對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)

主動的對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的監(jiān)視與控制過程中，對于系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計也有著直接的影響。主動的對象數(shù)據(jù)庫相比于一般的數(shù)據(jù)庫，具有主動功能以及對對象技術(shù)的支持。主動的對象數(shù)據(jù)庫能夠在系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的判斷和分析，以及對數(shù)據(jù)庫中對象函數(shù)的控制，提高了數(shù)據(jù)的可靠性與統(tǒng)一性，在數(shù)據(jù)的共享上，不會出現(xiàn)差異。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和研究，電力系統(tǒng)的自動化監(jiān)視和控制可以向著更復(fù)雜的方向發(fā)展。

3.光互連并行處理技術(shù)

光互連并行處理技術(shù)是對電力系統(tǒng)自動化的保護，光互連在輸入和輸出方面有很大的靈活性，不會受電容負(fù)載的影響。光互連技術(shù)能夠有效的解決無終端臨界線長度的限制問題以及有終端線輸出端密度的限制問題，同時傳播的速度快，能夠有效的減少時鐘的扭轉(zhuǎn)問題。光互連采用的是光子傳輸和電子交換相結(jié)合的方法，其寬度與長度之間沒有直接的關(guān)系，對于電磁有很強的抗干擾能力，為電力系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)通訊和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了很大的方便。

二、電力系統(tǒng)建模后的共享能力

在電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展過程中，系統(tǒng)模型大部分集中在對地理空間屬性的描述，以幾何特征為主的模擬地理系統(tǒng)的思想幾乎成為一種標(biāo)準(zhǔn)，但在實際應(yīng)用中，它的控制對象具有復(fù)雜的電力物理結(jié)構(gòu)。建立電力系統(tǒng)特有的空間語義分析模型是非常必要的。這種針對語義層次的數(shù)據(jù)共享，最基本的要求是供求雙方必須對同一數(shù)據(jù)具有相同的認(rèn)識，只有基于同一種對電力系統(tǒng)知識的抽象認(rèn)知才能保證這一點，因此在數(shù)據(jù)共享過程中要有一種電力系統(tǒng)的基本模型，作為不同部門之間數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)。它包括兩個方面：地理實體幾何屬性的標(biāo)準(zhǔn)定義和表達(dá)，包含電力系統(tǒng)服務(wù)所覆蓋的空間區(qū)域幾何屬性；物理屬性數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)定義和表達(dá)，對于電力系統(tǒng)，它包含物理結(jié)構(gòu)，各組成部件及整體的物理性能、運行方范的信息共享、綜合，以及多維、動態(tài)的應(yīng)用分析。

三、電力系統(tǒng)集成度獲得提高

電力系統(tǒng)的形成和發(fā)展完全是由市場經(jīng)濟“需求驅(qū)動”的結(jié)果，無論系統(tǒng)的實現(xiàn)建立在通用技術(shù)平臺上還是根植于專業(yè)電力系統(tǒng)自動化平臺，作為跨區(qū)域、多層次的科學(xué)決策和高效運營的要求，都需要更有規(guī)范的信息共享、綜合，以及多維、動態(tài)的應(yīng)用分析。因此，打破傳統(tǒng)信息孤島，進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和應(yīng)用整合，將多源空間信息與多種相關(guān)信息無縫連接，將空間計算融入到主流計算之中，多角度、多側(cè)面地展示數(shù)據(jù)之間潛在的關(guān)聯(lián)，是未來電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的必然趨勢。電力系統(tǒng)自動化必須具有先進(jìn)的技術(shù)和理念，從而滿足電力企業(yè)現(xiàn)有的和未來的復(fù)雜多樣的應(yīng)用。面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Web服務(wù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)都是未來先進(jìn)的系統(tǒng)平臺所必須采用的技術(shù)。

1. 電力系統(tǒng)自動化、信息化

由于用戶面對的數(shù)據(jù)大多是直接操作的對象，所以，為了便于用戶的操作和使用，增強數(shù)據(jù)的互操作性是非常必要的。除此之外，還應(yīng)支持給予圖標(biāo)的用戶界面，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型直接與電力系統(tǒng)客觀對象相對應(yīng)起來，支持非地理圖形及地理圖形的一體化統(tǒng)一管理功能。電力系統(tǒng)的自動化運行是一個實時性要求很高的過程，采用各種對象的后期綁定技術(shù)，一個對象所屬的類別可以在運行時刻指定，而不是編譯成目標(biāo)碼時再確定。這樣，用戶可以在現(xiàn)有抽象的數(shù)據(jù)類型和空間操作包上，隨時定義自己所需要的數(shù)據(jù)類型和操作方法，從而增強了系統(tǒng)的開發(fā)性和可擴充性。實施電力系統(tǒng)自動化的最終目的是實現(xiàn)企業(yè)信息化，系統(tǒng)化。這種融合多種信息和技術(shù)于一體的企業(yè)級信息系統(tǒng)，從可行性和經(jīng)濟性角度來看都需要實行一種“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施”的方案。采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開放統(tǒng)一的對象組件作為其公共的技術(shù)基礎(chǔ)，這樣可以保證數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能程序無須改動而平滑地進(jìn)行，從而充分保護用戶和開發(fā)

2. 電力企業(yè)功能加強

電力企業(yè)最典型的特征就是空間分布性，客觀上要求電力系統(tǒng)平臺提供分布應(yīng)用服務(wù)。每個地方所管轄的區(qū)域不同，采用分布式數(shù)據(jù)庫的方式也不同，各個地方可以自己管理和維護所管轄區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，不同級別的數(shù)據(jù)庫之間可以構(gòu)成分布式的數(shù)據(jù)庫，并可通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用共享其它地方的數(shù)據(jù)，并在所賦予的權(quán)限范圍內(nèi)，通過分散數(shù)據(jù)的存儲和管理，保證數(shù)據(jù)的實時性、安全性。另一方面，電網(wǎng)調(diào)度、控制、管理等具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。滿足實時操作的要求，利用 Internet 技術(shù)在Web 上發(fā)布空間數(shù)據(jù)和功能服務(wù)，供用戶瀏覽和使用是信息化發(fā)展的必然趨勢。Web服務(wù)具分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，可以看作是由多主機、多數(shù)據(jù)庫與多臺終端通過Internet/lntranet 組成的網(wǎng)絡(luò)，其客戶端為信息功能層和數(shù)據(jù)管理層，用以獲得信息（指令和需求反饋） 和各種應(yīng)用（電力操作服務(wù)）；其服務(wù)器端為數(shù)據(jù)維護和元操作服務(wù)層，提供數(shù)據(jù)信息和各種電力服務(wù)的元操作功能。

3. 完善數(shù)據(jù)庫

采用各種數(shù)據(jù)庫來存儲和管理各種數(shù)據(jù)，它的安全機制、數(shù)據(jù)備份機制等都是其它文件管理方式無法比擬的。目前新開發(fā)的系統(tǒng)多以關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為主，利用它強大的管理優(yōu)勢和能夠建立多級索引的檢索方式，能夠有效地減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，迅速定位到查詢目標(biāo)，在多用戶并發(fā)訪問時大大提高訪問效率。但是標(biāo)準(zhǔn)的管理系統(tǒng)存儲空間數(shù)據(jù)也存在一定的問題，如在電力系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)是可變長度的，其復(fù)雜的空間拓?fù)潢P(guān)系須增加相應(yīng)的軟件功能；它難以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、連通、包含、疊加等基本操作和圖形功能；多維空間對象的空間次序難以描述等。近幾年來，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)管理系統(tǒng)或者對象關(guān)系數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都已商品化，由于它們都是可擴充的DBMS，可以在其中集中定義空間數(shù)據(jù)類型和操作；空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)可以同樣處理，這為研制集成空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。但是這僅僅是可能，要達(dá)到此目的，還要做大量的工作。例如定義空間數(shù)據(jù)類型及其操作，增補有關(guān)空間數(shù)據(jù)的查詢優(yōu)化策略等。建立在ODBMS或ORDBMS之上的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將是技術(shù)發(fā)展的主流和研究方向。

四、結(jié)語

總而言之，電力系統(tǒng)的自動化就是運用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對電力系統(tǒng)整體的監(jiān)控，主要包括發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)自動化、變電站的自動化以及電網(wǎng)調(diào)度的自動化，應(yīng)用到自動化系統(tǒng)中的主要技術(shù)就是現(xiàn)場總線控制技術(shù)、主動的對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及光互聯(lián)并行處理技術(shù)。它的技術(shù)目的就是為了不斷的擴大供電范圍，有效的增強供電的能力，提高供電服務(wù)的可靠性和安全性，以達(dá)到電力系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠的運行，推動我國電力系統(tǒng)健康、穩(wěn)定的向前發(fā)展。

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