淺析自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。文章對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的基本概念入手，闡述了電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的主要功能、實(shí)踐應(yīng)用、技術(shù)手段和發(fā)展趨勢(shì)，為全面掌握電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動(dòng)化技術(shù)；應(yīng)用

隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用愈加廣泛。通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)，監(jiān)控人員能夠全面實(shí)時(shí)掌控電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和電網(wǎng)的整體運(yùn)行情況，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障位置和原因，更加便捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析具有重要作用。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的基本概念

電力系統(tǒng)自動(dòng)化是電力系統(tǒng)的核心內(nèi)容，綜合運(yùn)用了自動(dòng)控制、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、液壓氣壓等多項(xiàng)技術(shù)。其工作流程是以調(diào)控所為中心，以一定范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站為節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成立體化的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，進(jìn)而形成全面暢通的信息傳達(dá)和指令傳輸系統(tǒng)。調(diào)控所的中心計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)總體調(diào)控，監(jiān)控設(shè)備主要負(fù)責(zé)記錄設(shè)備的操作內(nèi)容、編制處理報(bào)表、系統(tǒng)異常的自動(dòng)恢復(fù)操作和常規(guī)操作的自動(dòng)化等。發(fā)電廠、變電站之間設(shè)置信息服務(wù)和反饋的遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控。電力系統(tǒng)自動(dòng)化借助自動(dòng)檢測(cè)和決策控制裝置，能夠迅速準(zhǔn)確地收集、檢測(cè)和處理電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)本地及遠(yuǎn)程的自動(dòng)監(jiān)視和調(diào)控。能夠按照電力系統(tǒng)各元件的有關(guān)技術(shù)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)各元件的直接調(diào)控，或?yàn)椴僮魅藛T提供輔助決策。能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)全系統(tǒng)各層次、各局部系統(tǒng)和各元件之間進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的功能實(shí)現(xiàn)

電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要內(nèi)容，主要目的是為了及時(shí)準(zhǔn)確獲取電力系統(tǒng)工作運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息。主要功能有：

2.1 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控

其中，監(jiān)視是通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集、處理、顯示、告警和打印，以及對(duì)電力系統(tǒng)異?；蚬收系淖詣?dòng)識(shí)別，向調(diào)度員反映電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和電氣相關(guān)參數(shù)。控制是通過(guò)人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)，對(duì)短路器、隔離開(kāi)關(guān)、靜電電容器組、變壓器分接頭等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

2.2 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行安全分析

利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備發(fā)生的假想故障進(jìn)行在線(xiàn)模擬計(jì)算，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)每種假象事故造成的安全隱患，它是以單一設(shè)備故障為對(duì)象進(jìn)行的在線(xiàn)潮流計(jì)算。

2.3 對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度

經(jīng)濟(jì)調(diào)度一般只考慮靜態(tài)優(yōu)化，不計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程。在保證安全穩(wěn)定、系統(tǒng)頻率質(zhì)量、備用容量和用戶(hù)可靠用電的前提下，基于系統(tǒng)有功功率的平衡，將全系統(tǒng)的有功負(fù)荷分配到各可控的發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)機(jī)組間發(fā)電負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，確保最低的發(fā)電成本和燃料費(fèi)用。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

主要包括控制中心、主站系統(tǒng)、廠站端和信息通道四個(gè)部分，分為信息采集和命令執(zhí)行、信息傳輸、信息收集處理和控制、人機(jī)聯(lián)系四個(gè)子系統(tǒng)。其主要功能是在電力生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，對(duì)省級(jí)以上電網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)發(fā)電控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度等。

3.2 變電站自動(dòng)化

變電站與輸配電線(xiàn)路是聯(lián)接發(fā)電廠與用戶(hù)的重要環(huán)節(jié)。其特點(diǎn)是：（1）用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)裝置取代了傳統(tǒng)的電磁式設(shè)備。（2）采用計(jì)算機(jī)電纜或光纖代替電力信號(hào)光纜。（3）操作監(jiān)視實(shí)現(xiàn)了可視化。（4）運(yùn)行管理、記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化可以取代人工監(jiān)視和電話(huà)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高工作效率，提高變電站的安全運(yùn)行能力。

3.3 發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)

其采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過(guò)程控制單元（pcu）、運(yùn)行員工作站（os）、工程師工作站（es）和以太網(wǎng)組成。pcu直接面向生產(chǎn)過(guò)程，接受變送器、熱電阻、熱電偶、開(kāi)關(guān)量、電氣量、脈沖量等信號(hào)，對(duì)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。os接受pcu的信息，并向pcu發(fā)出指令，便于操作人員監(jiān)視和控制機(jī)組的運(yùn)行。通過(guò)es，維護(hù)人員可以對(duì)系統(tǒng)組態(tài)進(jìn)行設(shè)置、修改、診斷和維護(hù)等。

4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要技術(shù)手段

4.1 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

面向?qū)ο蠓治?、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)、面向?qū)ο缶幊痰让嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)，已經(jīng)深刻影響軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的全過(guò)程。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)新一代的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，支持面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的自動(dòng)監(jiān)控，既能縮短數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的時(shí)間，又能充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，提高數(shù)據(jù)可靠性，維護(hù)數(shù)據(jù)一致性，提高數(shù)據(jù)的共享程度。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，既是一個(gè)開(kāi)放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一個(gè)全分布控制系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)是一種數(shù)字化、串行、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。它將專(zhuān)用微處理器置入測(cè)量控制儀表，以雙絞線(xiàn)為總線(xiàn)，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照規(guī)定的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間，以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，使其具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，從根本上優(yōu)化了控制系統(tǒng)的性能。其工作流程是：在被控設(shè)備上配備專(zhuān)用的底層前置控制計(jì)算機(jī)，前置控制計(jì)算機(jī)根據(jù)控制要求負(fù)責(zé)管理被控設(shè)備的有關(guān)信息，依據(jù)這些信息，在上位機(jī)上可以繪制各種畫(huà)面、圖像、圖表、曲線(xiàn)直觀地反映被控設(shè)備的運(yùn)行情況。另外，在上位機(jī)調(diào)節(jié)控制被控設(shè)備的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)儀表也可實(shí)現(xiàn)控制功能，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)自動(dòng)控制的可靠性。

4.3 光互連技術(shù)

光互連的主要特點(diǎn)是：不受電容性負(fù)載的影響，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行輸入輸出，具有很大的靈活性。光互連以光速傳遞信息，可將時(shí)鐘扭曲問(wèn)題降到最低程度，實(shí)現(xiàn)計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部高性能互連，可解決無(wú)終端的電互連線(xiàn)臨界線(xiàn)長(zhǎng)度限制和有終端線(xiàn)輸出端密度限制的問(wèn)題。光互連網(wǎng)絡(luò)寬帶不受傳輸長(zhǎng)度的影響，具備很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，同時(shí)還可提高系統(tǒng)集成度，可為并行處理器陣列中的高速數(shù)據(jù)通訊和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供便利。因此，應(yīng)用光互連并行處理器陣列，能夠提高電力系統(tǒng)自動(dòng)控制和繼電保護(hù)水平，確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

5 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 電力系統(tǒng)調(diào)度綜合自動(dòng)化

通過(guò)建立調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，提高調(diào)度自動(dòng)化的綜合管理水平，避免電力系統(tǒng)崩潰或大面積停電，提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性；通過(guò)建立完善電氣事故處理體系，縮短事故停電時(shí)間。

5.2 無(wú)人值守調(diào)度管理模式

通過(guò)建立無(wú)人值班綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、狀態(tài)評(píng)估、安全性分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)、遠(yuǎn)程調(diào)控、自動(dòng)報(bào)警等功能。該模式對(duì)于減少值守人員、提高工作效率具有重要作用。

5.3 智能化調(diào)度

通過(guò)采用智能調(diào)度數(shù)據(jù)集成技術(shù)，及時(shí)高效的獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)預(yù)警，以及故障的智能辨別、分析和恢復(fù)。

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作者簡(jiǎn)介：孫凡（1977，12-），男，河北省石家莊市，石家莊科林電氣股份有限公司，中級(jí)職稱(chēng)，研究方向?yàn)殡娏﹄娮印?/p>