關(guān)于電力系統(tǒng)及其自動化探析

尉云輝

摘 要：伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力行業(yè)取得了長足的進(jìn)步。經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活對電力的需求與日俱增，同時也對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。由于影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的因素非常復(fù)雜，涵蓋發(fā)變電、輸配電等多個環(huán)節(jié)，且電力輸送范圍十分廣泛，單純依靠人工監(jiān)測很難實(shí)現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的實(shí)時監(jiān)控。引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動監(jiān)控的重要手段。通過實(shí)施自動監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時掌控，對實(shí)時發(fā)現(xiàn)故障并及時排除，保障整個電網(wǎng)平穩(wěn)安全運(yùn)行，具有十分積極的意義。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動化；控制

引言

電力系統(tǒng)承擔(dān)著為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活提供穩(wěn)定可靠電能的重要職責(zé)。由于電網(wǎng)規(guī)?？偭恐饾u擴(kuò)張，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)深邃復(fù)雜和電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行環(huán)境嚴(yán)苛多變，電網(wǎng)故障發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度也越來越高，嚴(yán)重者會直接導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。以往采用人工方式進(jìn)行巡查，以保證電網(wǎng)安全。由于人工巡查受巡查人員個人業(yè)務(wù)水平、工作素質(zhì)、精神狀態(tài)、行為習(xí)慣等因素的影響，往往不能取得理想的結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)的高度發(fā)展，建立自動化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)。通過對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)出報警，自動分析原因，并采取應(yīng)急措施，從而將損失降到最低。下面分別對變電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的自動化技術(shù)進(jìn)行簡單介紹，以供大家參考。

1 變電系統(tǒng)自動化

變壓器是變電站的核心組件，在變壓輸電方面發(fā)揮著巨大作用，但隨著用電量的逐步擴(kuò)大，影響因素逐漸增多，變壓器在運(yùn)行過程中發(fā)生故障的概率日漸增大。最常見的故障是過電壓。它嚴(yán)重干擾著電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須采取相應(yīng)措施加以限制。通過建立自動監(jiān)測系統(tǒng)對變電站過電壓情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，從而采取針對性的措施，是解決變電站過電壓的好辦法。該系統(tǒng)主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：

1.1 電壓傳感器

它的敏感度直接影響到監(jiān)測系統(tǒng)的測量精確度，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在線監(jiān)測系統(tǒng)中的電壓傳感器由高壓分壓器和光纖傳感器組成。前者分為電容分壓器、電阻分壓器幾種類型，具有結(jié)構(gòu)簡單，暫態(tài)響應(yīng)和測量精度好的特點(diǎn)，專門用來獲取電壓信號。由于運(yùn)行狀態(tài)下的分壓器長期保持并聯(lián)狀態(tài)，所以電網(wǎng)的等級較高時，要做好相關(guān)人員安全防護(hù)工作；后者具有頻帶寬，絕緣性和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于雷電過電壓的測量。光纖傳感器分為有源光纖和無源光纖兩種。有緣光纖需配置高壓分壓器，無源光纖受環(huán)境溫度影響大，都具有很大的使用局限性。

1.2 信號傳輸

該環(huán)節(jié)采用光纖或同軸電纜為媒質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。同軸電纜造價低廉，安裝簡單，信號保真度高，但對安全防護(hù)有要求。光纖絕緣性好，安全可靠，傳輸速率快，抗電磁干擾能力強(qiáng)，但需配備專門的接收機(jī)和光發(fā)射，成本較同軸電纜高，而且安裝不便。

1.3 數(shù)據(jù)采集

模擬信號的轉(zhuǎn)換處理在這個環(huán)節(jié)完成。該環(huán)節(jié)由以下幾個單元組成：一是多路轉(zhuǎn)換單元，主要負(fù)責(zé)傳感器的選擇或監(jiān)測，一般借助程控模擬開關(guān)完成選通信號；二是預(yù)處理單元，主要用來調(diào)整輸入信號，為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供必要條件，并提供一定的抗干擾功能；三是數(shù)據(jù)采集單元，采樣保持負(fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換周期內(nèi)各輸入量的存儲工作，并進(jìn)行篩選，將數(shù)值未發(fā)生變化的信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC是數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)的核心部分，主要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換速度和精確度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

它是整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，一般采用兩種方法來完成。一是在線監(jiān)測，由相關(guān)軟件提供硬件的驅(qū)動，實(shí)時完成過電壓的采集監(jiān)測工作；二是離線分析，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電壓信號采樣的數(shù)據(jù)分析，從而完成對過電壓的判斷。

2 配網(wǎng)系統(tǒng)自動化

配網(wǎng)系統(tǒng)自動化以計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)在線智能監(jiān)控或離線監(jiān)控，從而達(dá)到提高配電效率和供電質(zhì)量的目的。實(shí)施配網(wǎng)系統(tǒng)自動化，能夠有效減少人力消耗，縮短事故持續(xù)時間，為配網(wǎng)管理系統(tǒng)規(guī)劃提供實(shí)時信息。該項(xiàng)技術(shù)具有工作效率高，維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)。配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

（1）配電主站，多位于城市調(diào)度中心，負(fù)責(zé)與各子站進(jìn)行通信。配電網(wǎng)具有系統(tǒng)復(fù)雜、內(nèi)部設(shè)備繁多、監(jiān)控對象規(guī)模大，分布廣等特點(diǎn)，如果都連在主站上，系統(tǒng)難以正常運(yùn)行。因此設(shè)立子系統(tǒng)，減少主站壓力。（2）配電子站，多建于變電站內(nèi)，負(fù)責(zé)和電力終端設(shè)備通信。（3）配電遠(yuǎn)方終端。該單元主要對配網(wǎng)轄區(qū)內(nèi)的變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所以及柱上開關(guān)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，識別各種故障并加以控制等，通過這些功能和主站系統(tǒng)、子站系統(tǒng)相互配合，實(shí)現(xiàn)整個配網(wǎng)的監(jiān)控和優(yōu)化。（4）通信網(wǎng)絡(luò)。負(fù)責(zé)將主站的控制命令發(fā)送給終端，并將終端的各項(xiàng)參數(shù)信息反饋給主站，實(shí)現(xiàn)主站和終端之間的通訊聯(lián)系。鑒于系統(tǒng)復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，相關(guān)通信設(shè)備數(shù)量多且分布范圍廣等原因，在選擇通信方式時，應(yīng)對其安全性、實(shí)用性、可管理性及成本等多方面進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，采取最優(yōu)方案，保證配電系統(tǒng)自動化的正常工作。

現(xiàn)階段有三種主要通信方式：（1）光纖，廣泛應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)，具有性能優(yōu)、成本高的特點(diǎn)；（2）無線通信，在配網(wǎng)信息系統(tǒng)中比較常見，初期投資較少，但后期維護(hù)費(fèi)用較高，目前部分地區(qū)正在研究將其應(yīng)用到配電自動化中；（3）中壓載波，正處于試驗(yàn)階段，尚未投入正常使用。

3 調(diào)度系統(tǒng)自動化

倒閘操作和處理配網(wǎng)故障是配網(wǎng)調(diào)度的主要工作。由于受各種因素影響，調(diào)度系統(tǒng)故障發(fā)生概率較高。隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)自動化，保障配電網(wǎng)供電正常的要求日漸突顯，由此導(dǎo)致了遠(yuǎn)動技術(shù)的誕生與發(fā)展。遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)主要由調(diào)度主站端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、執(zhí)行端的自動化系統(tǒng)以及連接兩系統(tǒng)的通信信道系統(tǒng)組成，藉由數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信道編碼技術(shù)以及通信傳輸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。調(diào)度系統(tǒng)自動化通過對數(shù)據(jù)的自動采集監(jiān)控、自動發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制和能量管理等手段來實(shí)現(xiàn)信息收集、狀態(tài)分析、層次協(xié)調(diào)的目的，進(jìn)而為調(diào)度人員提供相應(yīng)的決策參考。該系統(tǒng)還有專門的抗干擾功能，以滿足調(diào)度系統(tǒng)安全穩(wěn)定的需要。

從電力系統(tǒng)整體的角度出發(fā)，可以建立一個總的監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)由對以上子系統(tǒng)的控制，來實(shí)現(xiàn)對整個電力系統(tǒng)的監(jiān)控。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)的安全正常運(yùn)行，直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)安全和社會穩(wěn)定。建立健全高效可靠的自動監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化，是保障電力安全的必要措施。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化必將迎來一輪新的研究熱潮。

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