探討電力系統(tǒng)及其自動化發(fā)展方向

韓威

摘 要：隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展和國民生活水平的提高，用電負(fù)荷不斷增大，電力系統(tǒng)趨于規(guī)模化和復(fù)雜化，這對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求，電力系統(tǒng)的管理也更具有挑戰(zhàn)性。重點介紹了電力系統(tǒng)自動化的重要性，分析了電力系統(tǒng)自動化的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，并針對其發(fā)展過程中出現(xiàn)的問題提出了一些對策。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；信息管理系統(tǒng)；配電網(wǎng)；自動化技術(shù)

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.115

電力資源是現(xiàn)代社會生產(chǎn)和生活中不可或缺的基礎(chǔ)性資源，進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國電力事業(yè)飛速發(fā)展，尤其在國家電力系統(tǒng)改革成“2+5”模式后，我國電力系統(tǒng)由事業(yè)單位變?yōu)槠髽I(yè)單位。這次改革因引了電力系統(tǒng)間的競爭，防止了壟斷經(jīng)營，使得電力系統(tǒng)的發(fā)展更為迅速。電力系統(tǒng)及其自動化對我國電力行業(yè)的進(jìn)步有著不可估量的作用，是實現(xiàn)我國電力系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。

1 電力系統(tǒng)概述

電力系統(tǒng)是指由發(fā)電、輸電、變電、配電以及用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)和消費系統(tǒng)。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模大、層次多的特點，在電力系統(tǒng)中存在著多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，同時，這些節(jié)點又分布在不同的地域，必須通過這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的正常運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)終端用戶的可靠實用，這對電力系統(tǒng)運行的實時性和可靠性要求非常高，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，電力系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)主要有電源、電力網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷中心，其中，電源主要是各類發(fā)電廠站，將一次能源轉(zhuǎn)換成電能；電力網(wǎng)絡(luò)由電源的升壓變電所、輸電線路、負(fù)荷中心變電所、配電線路等構(gòu)成，主要功能是將電源發(fā)出的電能升壓到一定等級后輸送到負(fù)荷中心變電所，再降壓至一定等級后，經(jīng)配電線路與用戶相聯(lián)。在電力系統(tǒng)中，千百個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點交織密布，有功潮流、無功潮流、高次諧波、負(fù)序電流等以光速在全系統(tǒng)范圍內(nèi)傳播。電力系統(tǒng)運行是指組成系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)都處于執(zhí)行其功能的狀態(tài)。系統(tǒng)運行分為正常運行狀態(tài)與異常運行狀態(tài)。其中，正常狀態(tài)又分為安全狀態(tài)和警戒狀態(tài)；異常狀態(tài)又分為緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)。電力系統(tǒng)運行包括了所有這些狀態(tài)及其相互間的轉(zhuǎn)移。各種運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移需通過不同控制手段來實現(xiàn)。

2 電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)自動化的主要流程是在整個電網(wǎng)的相對中心地帶設(shè)置自動化調(diào)控中心，然后以調(diào)控中心為基礎(chǔ)，向周圍的電網(wǎng)發(fā)展放射式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過接收、處理和反饋這些發(fā)電廠、變電站、輸電網(wǎng)、用戶的信息，實現(xiàn)對整個電網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制。因此，電力系統(tǒng)的自動化實現(xiàn)后，將形成一個立體的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，形成非常方便的遠(yuǎn)程控制和信息反饋系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，調(diào)控中心的微機群是整個電力系統(tǒng)的大腦，而各個節(jié)點中的監(jiān)測儀表和運行管理人員是提供節(jié)點信息的源頭，調(diào)控中心可以根據(jù)這些監(jiān)控信息來處理運行中的調(diào)配和管理，監(jiān)察系統(tǒng)發(fā)生的異常事故和常規(guī)的處理辦法對整個電網(wǎng)實行整體的自動化控制。在電力系統(tǒng)中，主要的自動化技術(shù)主要有智能運行和配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)、投訴熱線自動化處理系統(tǒng)、自動化信息管理系統(tǒng)、微機實時保護系統(tǒng)、數(shù)字仿真技術(shù)、基于GPS和EMS技術(shù)的動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程信息實時監(jiān)控維護系統(tǒng)等。

2.1 智能運行和配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)

該項技術(shù)主要是通過自動化的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整個電網(wǎng)的智能控制，對于某些模型不確定性、具有非線性和要求適應(yīng)性很高的電力系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的控制模式是無法滿足要求的，智能運行系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測點的測量信息，由中央控制中心分析和處理這些信息，并作出正確的判斷和發(fā)出相應(yīng)的指令實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的自動控制；同時，發(fā)生故障時自動定位故障地點，隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，故障發(fā)生后的定位、隔離、恢復(fù)供電都能逐步實現(xiàn)自動化，是一種最快捷和可靠的故障診斷和處理方法。例如，我國某供電局10 kV變電站至某開關(guān)線路第6號電線桿斷路器過流跳閘，在采用GIS故障定位系統(tǒng)后，檢測人員能夠在人機界面上看到6號桿以后的片區(qū)顏色顯示為灰色，再通過故障錄波測距，就立即診斷出是6～9號桿區(qū)段間發(fā)生相間短路故障。

2.2 自動化信息管理系統(tǒng)

整個配電網(wǎng)的信息量非常大，它包含配電、變電、用電在運行全程的監(jiān)測信息，決策、反饋、故障處理等操作記錄信息，只能通過自動化的方式來管理和調(diào)用這些信息。自動化信息管理系統(tǒng)一般包含信息管理檢索系統(tǒng)、自動化辦公系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息實時監(jiān)控及維護系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不但方便人機操作，提高操作的準(zhǔn)確性和及時性，提高電力系統(tǒng)的管控效能，還可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，使系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)。

2.3 基于GPS和EMS技術(shù)的動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

在龐大的電網(wǎng)運行過程中，許多不確定的自然因素和人為因素?zé)o時不刻地影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，而基于GPS和EMS技術(shù)的動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)可以對電網(wǎng)中的所有設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)測，及時反饋其真實的運行狀況，一旦出現(xiàn)不利于電網(wǎng)運行的因素，便會發(fā)出警報，報告潛在的隱患，做到防患于未然。

結(jié)合EMS系統(tǒng)的信息功能實現(xiàn)動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的方法，來對整個電力系統(tǒng)進(jìn)行離線和在線研究，可對不穩(wěn)定因素進(jìn)行遙感檢測，及時處理初起的事故，防止事故的擴大，還能夠通過GPS技術(shù)對事故發(fā)生的范圍和面積進(jìn)行評價和預(yù)測，為事故的處理和救援提供必要的依據(jù)。

2.4 電力系統(tǒng)的仿真模擬技術(shù)

電力系統(tǒng)仿真模擬是指在計算機上建立與真實電力系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，這對于一些運行較穩(wěn)定、隨機性不大的電力系統(tǒng)具有重要意義。隨著諸如FACTS控制裝置、直流輸電控制裝置、繼電保護裝置、安全穩(wěn)定監(jiān)控裝置等先進(jìn)的控制和測量裝置的使用，電力系統(tǒng)的實時仿真技術(shù)的真實性和可靠性越來越強，再加上全數(shù)字模式和數(shù)模混合式仿真技術(shù)規(guī)模不斷擴大、數(shù)據(jù)精確程度的提高，該項技術(shù)日益完善，能夠模擬的電力系統(tǒng)規(guī)模也越來越大，有望使其具備對大規(guī)模電力系統(tǒng)的實時仿真能力。

3 電力系統(tǒng)的自動化發(fā)展趨勢

電力系統(tǒng)自動化是當(dāng)代電力系統(tǒng)的發(fā)展方向，隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化也將朝著圖形化、遠(yuǎn)程化和智能化的方向快速邁進(jìn)。

3.1 電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲存、分析、調(diào)度的速度不斷提高，能夠?qū)崿F(xiàn)快速更新和交叉性高速傳輸，這些因素都促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展，圖形化的電力系統(tǒng)信息處理模式得以長足發(fā)展，在人機界面操作過程中，操作者和決策者對電力系統(tǒng)的運行和變化情況就有了更加直觀的了解和更加明確的決策，這些都能夠促使電力系統(tǒng)向數(shù)字化、快速化、靈活化的方向發(fā)展。

3.2 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的接口電路擴展測控方法靈活性差、功耗高，而隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)科技的飛速發(fā)展，運動終端設(shè)備可以更加小型和智能，在降低功耗的同時，能夠處理更多的信息?；谶@些終端設(shè)備構(gòu)成的電力系統(tǒng)，整體功能的協(xié)調(diào)性會大幅提高，在整體控制的情況下，電力系統(tǒng)的運行也會趨于最優(yōu)化和智能化。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)及其自動化得益于信息技術(shù)進(jìn)步和社會經(jīng)濟的發(fā)展，但又能更好地服務(wù)于社會和信息技術(shù)。本文簡單介紹了電力系統(tǒng)的一些主流自動化技術(shù)及其發(fā)展趨勢，希望這些技術(shù)能夠不斷發(fā)展，推動我國電力事業(yè)的快速前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[l]寧建宇.電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)發(fā)展探析田[J].中國科技信息，2012（05）.

〔編輯：王霞〕