淺析自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

倪瑋強　　張燁　　李漢枝

【摘 要】現(xiàn)階段隨著電網(wǎng)建設(shè)和改造的順利進(jìn)行，提高配電網(wǎng)自動化水平的呼聲越來越高。這一時期自動化裝置的特點是以模擬電路和布線邏輯為主進(jìn)行設(shè)計，其應(yīng)用減輕了變電站值班員的勞動強度，提高了電力安全運行程度。而電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行中已經(jīng)起著不可或缺的作用。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；自動化技術(shù)

一、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)

（一）電網(wǎng)調(diào)度自動化

電網(wǎng)調(diào)度自動化主要組成部分由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備、通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的下級電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備（如測量控制等裝置）等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度自動化的主要功能是電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負(fù)荷預(yù)測、自動發(fā)電控制、自動經(jīng)濟(jì)調(diào)度并適應(yīng)電力市場運營的需求等。縣級電網(wǎng)調(diào)度控制中心設(shè)備規(guī)模一般要比地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度小，并且工作站、服務(wù)器一般選用工業(yè)或普通商用PC機(jī)。地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度是指城市供電網(wǎng)的調(diào)度，調(diào)度功能和調(diào)度范圍要比大區(qū)電網(wǎng)和省級電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度不對發(fā)電廠進(jìn)行控制，主要對供電網(wǎng)內(nèi)的各級變電站和配電網(wǎng)進(jìn)行實時監(jiān)控，保證安全可靠供電。

（二）變電站自動化

電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的主要環(huán)節(jié)。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備；二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計算機(jī)電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機(jī)屏幕化；運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。

（三）發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過程控制單元（PCU）、運行員工作站（OS）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）組成。過程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能l/O模件組成。MCU模件通過冗余的l/O總線與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進(jìn)行運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。運行員工作站（OS）和工程師工作站（ES）提供了人機(jī)接口。

二、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷推動電力系統(tǒng)自動化進(jìn)步

上世紀(jì)六七十年代晶體管技術(shù)的發(fā)展及隨后中小規(guī)模集成電路的問世為研發(fā)初始的電力系統(tǒng)自動化裝置提供了技術(shù)條件，電力開關(guān)信號檢測、模擬量檢測（電力變送器）、晶體管及集成電路繼電保護(hù)、自動裝置、遠(yuǎn)動裝置、模擬盤等二次設(shè)備相繼出現(xiàn)。但這些自動化裝置功能比較單一，互相之間缺少通信聯(lián)系，裝置不具備故障自診斷能力。隨著上世紀(jì)八十年代單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，我國電力系統(tǒng)自動化設(shè)備實現(xiàn)了全面的更新?lián)Q代。由于采用了數(shù)字電路和模塊化軟件設(shè)計技術(shù)，電力自動化裝置的性能大大提高，特別是裝置具有了通信功能，可通過并行口、串行口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)和各種信息可通過外部設(shè)備如CRT顯示，打印機(jī)打印制表等，裝置首次出現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)系功能。值得一提的是從Intel公司引進(jìn)的SBC系列OEM單板機(jī)技術(shù)加快了我國微機(jī)化電力系統(tǒng)二次設(shè)備的開發(fā)進(jìn)度，以單片機(jī)為基礎(chǔ)的國產(chǎn)化自動化設(shè)備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代了機(jī)械光學(xué)結(jié)構(gòu)原理的老式錄波裝置；微機(jī)遠(yuǎn)動裝置及巡回檢測設(shè)備體積小，容量大，通信規(guī)約適應(yīng)性強；微機(jī)繼電保護(hù)裝置性能也大大提高，可方便修改保護(hù)定值，使用和維護(hù)非常透明。同時，國產(chǎn)的工業(yè)計算機(jī)和引進(jìn)的PC機(jī)技術(shù)為電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、電廠監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合自動化奠定了基礎(chǔ)。

隨著上世紀(jì)九十年代高性能工作站、服務(wù)器及軟件技術(shù)、信息處理技術(shù)、特別是高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、電廠監(jiān)控、變電站自動化、配電自動化的技術(shù)水平上了一個新臺階，產(chǎn)品逐步發(fā)展成為一種開放式、分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新模式。

三、當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點技術(shù)

當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴于電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點有：電力一次設(shè)備智能化；電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測；光電式電力互感器；適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測控裝置；特高壓電網(wǎng)中的二次設(shè)備開發(fā)。

（一）電力一次設(shè)備智能化

常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設(shè)備自帶測量和保護(hù)功能。如常見的智能化開關(guān)、智能化開關(guān)柜、智能化箱式變電站等。

（二）電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測

對電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運行參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過度提供保障。

（三）光電式電力互感器

電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大；信號動態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變；互感器的輸出信號不能直接與微機(jī)化計量及保護(hù)設(shè)備接口。

（四）適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測控裝置

電力系統(tǒng)采用光電互感器技術(shù)后，與之相關(guān)的二次設(shè)備，如測控設(shè)備，繼電保護(hù)等裝置的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內(nèi)部的隔離互感器、A/D轉(zhuǎn)換電路及部分信號處理電路，從而提高了裝置的響應(yīng)速度。但需要解決的重要關(guān)鍵技術(shù)是為滿足數(shù)值計算需要對相關(guān)的來自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實現(xiàn)同步采樣，其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設(shè)計。