對電力系統(tǒng)自動化控制技術的分析與探討

張鵬飛

摘要：隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展和進步，人們對電能需求的“可靠性、經(jīng)濟性、安全性”等指標的要求越來越高。從而，對電力系統(tǒng)自動化控制技術也提出更高的要求。本文闡述了電力系統(tǒng)自動控制的基本要求，并對電力系統(tǒng)自動化技術進行了探討以供參考。

關鍵詞：電力系統(tǒng)；自動化；構(gòu)成；控制技術

電力系統(tǒng)自動化建設的主要目標是要實現(xiàn)電力在生產(chǎn)環(huán)節(jié)、供應環(huán)節(jié)的及時、穩(wěn)定、安全、迅速、可持續(xù)，同時也是實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低運營成本，實現(xiàn)自動化、一體化、節(jié)約化、安全化管理的重要核心。自動化系統(tǒng)的建立包含著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術、計算機科學技術、網(wǎng)絡共享技術的綜合應用，對于電力系統(tǒng)而言，自動化的生產(chǎn)包含著發(fā)電廠、變電站、送電分配系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡覆蓋系統(tǒng)等眾多環(huán)節(jié)的綜合摔制與協(xié)調(diào) ， 從而形成實時監(jiān)控、指令及時傳輸、信息實時反饋的高實效性綜合管理。

一、電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢分析

隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化技術也得到了廣泛應用和發(fā)展，目前自動化技術的發(fā)展主要呈現(xiàn)出遠程化、分布式和圖形化的趨勢和特點。

1.自動化技術的遠程化

傳統(tǒng)的 RTU 在設計上通常采用工業(yè)控制計算機做為系統(tǒng)的硬件平臺，并通過擴展測控硬件接口電路 完成“四遙”功能，這種方法具有設計周期短、擴展性好，開發(fā)方便的優(yōu)點，但是設計的 RTU 成本高，體積大，功耗大，結(jié)構(gòu)不夠靈活。目前隨著微電子技術和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，遠動終端也在朝著小型化、智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。通過對這種新的系統(tǒng)架構(gòu)方案的研究，不斷的提高改善遠動終端的整體性能，具有工程實際意義。

2.自動化技術的分布式

隨著能源的日益枯竭，作為一種集約式發(fā)展的電力運行方式，分布式發(fā)電系統(tǒng)得到越來越多的關注。分布式發(fā)電系統(tǒng)是指功率為數(shù)千瓦至幾十兆瓦、與環(huán)境兼容的獨立電源系統(tǒng)，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶的特殊要求，具有靈活的變負荷調(diào)峰性能，可為邊遠用戶或商業(yè)區(qū)提供較高的供電可靠性，節(jié)省輸變電投資，適合可再生能源利用等特點。計算機技術、電力電子技術和新材料技術的快速發(fā)展極大的推動了 DG 技術與常規(guī)電網(wǎng)的聯(lián)系。

3.自動化技術的圖形化

全國電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工程的實施，電力市場運營的啟動，EMS 高級分析應用軟件的完善等，都使得電力系統(tǒng)管理、調(diào)度和分析計算所需的信息不但數(shù)量巨大，傳輸路徑交叉復雜，而且還要求信息刷新速度更快。以計算機和通信技術為代表的信息技術的迅猛發(fā)展，給電力系統(tǒng)帶來了很多新的技術進步的機遇，但同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。

二、電力系統(tǒng)自動控制技術的基本要求

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

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

（3）實現(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)濟性和安全性的多目標的最優(yōu)運行方式。

（4）電力系統(tǒng)自動控制不僅能節(jié)省人力，減輕勞動強度，而且還能減少電力系統(tǒng)事故，延長設備壽命，全面改善和提高運行性能，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。

三、電力系統(tǒng)自動化技術應用分析

1.主動的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術

主動的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術是近年來廣泛流行及普遍應用的成熟技術，具有高度的重用性、開放性、唯一性、繼承性、共享性、智能性，該技術的應用涉及領域廣泛、適應性強，能大人簡化代碼編程的復雜性及數(shù)據(jù)庫開發(fā)的流程，因此對自動化系統(tǒng)的建立有著深刻的影響及積極有效的促進作用。新時期電力系統(tǒng)自動化的供電與調(diào)度科學的采用面向?qū)ο蠹夹g做為數(shù)據(jù)席的決策支持，這種主動的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術比一般的關系型數(shù)據(jù)庫有更廣泛的優(yōu)勢，可以利用數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)子系統(tǒng)實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的令面監(jiān)控，使數(shù)據(jù)的分析及權限管理得到有效的集成。同時，數(shù)據(jù)庫中對象函數(shù)的應用促進電力系統(tǒng)實現(xiàn)了全面有效的自動化控制及自動化監(jiān)控，廣泛的提升了數(shù)據(jù)存儲與輸出的效率，提高了數(shù)據(jù)庫管理、存儲數(shù)據(jù)的安全性、可靠性與數(shù)據(jù)維護的一致性、針對性。

2.現(xiàn)場總線控制技術

現(xiàn)場總線也稱為現(xiàn)場網(wǎng)絡，是以現(xiàn)場測量及現(xiàn)場設備控制之間的數(shù)字傳輸為主的控制系統(tǒng)。該技術通過現(xiàn)場生產(chǎn)中自動化智能儀表、現(xiàn)代化設備與控制中心設備的有效連接實現(xiàn)了數(shù)字化、一體化、全方位、多視角的規(guī)范、科學、透明的通訊與控制。儀表的連接、數(shù)據(jù)的通信將遵循規(guī)范、科學的協(xié)議通過現(xiàn)場計算機、儀表、網(wǎng)絡進行廣泛的運行與傳播，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的高度共享化、完善了遠程監(jiān)控、遠程調(diào)配的自動化電力系統(tǒng)的建立?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的建立使生產(chǎn)現(xiàn)場的設備之間、現(xiàn)場設備與控制系統(tǒng)之間形成了雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信，因此廣泛的適用于我國的電力系統(tǒng)自動化控制，目前以 FCS 系統(tǒng)最為普遍及實用。該控制方式摒棄了 ACS 系統(tǒng)的諸多弊端，使控制系統(tǒng)的所有性能得到了全面的優(yōu)化，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)傳感器、變送器等設備工作狀態(tài)、電量輸出、反應信號的集成與分散控制的有效結(jié)合，通過增設底層前置計算機使各個設備的功能形成了分散統(tǒng)一的有針對性管理，設備反應的信息均通過現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)與中心計算機的互通，從向人大提高了系統(tǒng)自動化控制的安全性及靈活性，當出現(xiàn)故障時，上位機能準確的發(fā)現(xiàn)是哪個底層環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題并能及時的制定戍對策略，使系統(tǒng)恢復正常的運行實現(xiàn)高水平的服務。

3.光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)

自動控制和繼電保護中的應用光互連技術的特點：①光互連不受電容性負載的影響，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)主要受探測器功率限制。光互連既可解決無終端的電互連線受到臨界線長度的限制的問題，又可解決有終端線受到沿該線輸出端密度限制的問題，它可以在計算系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)高性能互連。它以光速傳遞信息，可將時鐘扭曲問題減小到最小程度；③光互連不受平面和準平面的限制，光在光波導中可以大于予lO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)絡采用光子傳輸與電子交換相結(jié)合的方法，拓撲結(jié)構(gòu)具有靈活的編程重構(gòu)特性。光互連網(wǎng)絡的帶寬不受傳輸長度的影響，具有很強的抗電磁干擾能力，體現(xiàn)了光互連技術在并行處理器陣列系統(tǒng)中具有很大的應用潛力，為并行處理器陣列中的高速數(shù)據(jù)通訊和結(jié)構(gòu)設計提供了方便。從而表明了光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)自動控制和繼電保護中具有遠大的應用前景，將使電力系統(tǒng)自動控制和繼電保護的水平提高到一個新的高度，保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、可靠的運行。

四、結(jié)語

電力系統(tǒng)自動化技術的發(fā)展經(jīng)歷了一個相當漫長的過程，由于相關領域技術的發(fā)展與進步，新技術的不斷涌現(xiàn)和完善，使電力自動化產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度日益加快，各種原來看似不相關聯(lián)的技術會逐步彼此滲透，國際化、標準化、規(guī)范化越來越成為技術發(fā)展的共識，最終實現(xiàn)電力高度集成化、高度職能化和高度自動化，只有這樣才能保證電力系統(tǒng)綜合自動化的早日全面實現(xiàn)。