電力系統(tǒng)運(yùn)行控制自動(dòng)化的研究

陳 云（四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

電力系統(tǒng)運(yùn)行控制自動(dòng)化的研究

陳 云
（四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電力行業(yè)得到了飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行也更加高效和安全，但是隨著各行各業(yè)電力能源需求的不斷增加，供電范圍在不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)在供電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)事故，運(yùn)行過(guò)程中的故障也不斷增多，嚴(yán)重影響了用戶用電效率和供電安全，因此，加強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的自動(dòng)化研究對(duì)于提高電力系統(tǒng)安全具有重要意義。

電力系統(tǒng)；供電安全；控制自動(dòng)化

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)速度在不斷加快，應(yīng)用于電力生產(chǎn)中的電力系統(tǒng)，其安全程度備受關(guān)注，而電力系統(tǒng)的控制和運(yùn)行過(guò)程較為復(fù)雜。輸電、配電、用電的過(guò)程都有其自身的內(nèi)在規(guī)律，并且這些環(huán)節(jié)之間都是緊密連接，相互影響的，如果其中有一項(xiàng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障就會(huì)影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)作。電力系統(tǒng)中的各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備每年都要定期檢修，但是常因天氣和自然災(zāi)害的影響，故障發(fā)生率會(huì)增多。電子系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)度，可以提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，確保電力系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

一、電力系統(tǒng)運(yùn)行控制目標(biāo)

（一）控制電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的手段

如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了安全事故或者安全故障，輕微會(huì)使電力設(shè)備出現(xiàn)損壞，使各項(xiàng)工作不能正常運(yùn)行，但是如果故障非常嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致供電終止，為各項(xiàng)生產(chǎn)帶來(lái)阻礙，經(jīng)濟(jì)效益受損；如果發(fā)生安全事故，則會(huì)引發(fā)火災(zāi)，威脅到企業(yè)人員的生命安全，如果是國(guó)有大型企業(yè)，更會(huì)使國(guó)家蒙受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。可見，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行是保證企業(yè)生產(chǎn)和國(guó)家建設(shè)的關(guān)鍵。

一般，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)事故或者故障的原因有很多，比如，一些外界自然因素，風(fēng)暴、雷電、地震、冰雪等，其次，還受很多內(nèi)部因素的影響，設(shè)備安裝存在錯(cuò)誤、沒(méi)有定期對(duì)老化線路和設(shè)備及時(shí)更換等。要想從根本上減少事故的產(chǎn)生，外部因素?zé)o法改變，而電力系統(tǒng)本身又存在一定缺陷，故障產(chǎn)生受人為因素影響較大，因此無(wú)法避免。所以，要想實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的相對(duì)安全，首先可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行完善，在發(fā)電、輸電、配電等各項(xiàng)流程中，為變電設(shè)施和輸電設(shè)備留出一些檢查的時(shí)間，在確保了電力裝置靈敏運(yùn)行，并且能夠長(zhǎng)期可靠工作的前提下，再進(jìn)行各項(xiàng)操作，這樣，電力系統(tǒng)才能更加安全運(yùn)行，如圖1所示為發(fā)電控制中各個(gè)模塊的關(guān)系圖。還有一方面，如今的電力系統(tǒng)正在變得日趨復(fù)雜，對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控需要花費(fèi)很多的人力和物力以及資金，很難在每一個(gè)地區(qū)落實(shí)。

（二）在控制能源方面的應(yīng)用

電力能源是一種非常重要的能源，在各個(gè)領(lǐng)域都揮發(fā)著重要作用，是保證工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的重要能源。電力能源其質(zhì)量有規(guī)定的指標(biāo)，這些指標(biāo)包括電能的發(fā)生頻率、電能的波形特征、以及電壓。而很多發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能波段都是正弦形式的，電力系統(tǒng)中一些電氣設(shè)備產(chǎn)生的電能波形也是正弦的，為了確保電力系統(tǒng)能夠大容量輸電，電力系統(tǒng)增加了很多供電設(shè)備，目的是使電力系統(tǒng)達(dá)到逆變和整流的效果。這些額外增加的環(huán)節(jié)使電能波形受到了影響，造成波形扭曲，嚴(yán)重干擾了電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。

鑒于上述原因，要想使波形不出現(xiàn)扭曲，就要做好電能波的監(jiān)測(cè)，以此減少設(shè)備產(chǎn)生的諧波。而電能頻率，可以保證電力能源的質(zhì)量，在我國(guó)，為了確保電能頻率的穩(wěn)定，對(duì)電能的頻率指標(biāo)有明確規(guī)定，頻率的波動(dòng)要求符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并要與功率供求一致。電能發(fā)生負(fù)荷也是非常常見的，如果負(fù)荷過(guò)大會(huì)影響供電安全。因此，要對(duì)電能的負(fù)荷效果和功率加強(qiáng)監(jiān)督，對(duì)其變動(dòng)做好記錄。為了有效保證電力系統(tǒng)的安全，減少故障的產(chǎn)生，要隨時(shí)對(duì)負(fù)荷實(shí)施監(jiān)測(cè)，開機(jī)和關(guān)機(jī)都要按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

最后就是電壓的操作，電力系統(tǒng)中的電壓變動(dòng)范圍要控制在一定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，一般，系統(tǒng)電壓要在我國(guó)額定電壓的百分之十三以內(nèi)，電力系統(tǒng)不發(fā)生功率變化是確保電壓穩(wěn)定的重要前提，系統(tǒng)中的局部構(gòu)件之間的統(tǒng)一可以減少無(wú)功功率。電壓的調(diào)節(jié)可以應(yīng)用發(fā)電機(jī)操作，還有一種方法是對(duì)系統(tǒng)變壓器的接頭進(jìn)行調(diào)整，以并聯(lián)的形式補(bǔ)償電容器。

圖1 發(fā)電控制各個(gè)模塊關(guān)系圖

（三）控制電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

電力系統(tǒng)的運(yùn)行是否安全可以通過(guò)查看電能質(zhì)量和電壓參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是只對(duì)這兩項(xiàng)內(nèi)容查看是不夠的，還要充分考慮電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益可以從控制發(fā)電成本和控制運(yùn)輸時(shí)間兩方面考慮。如果電力系統(tǒng)已經(jīng)在運(yùn)行過(guò)程中，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)度，制定調(diào)度方案。但很多調(diào)度方法都不是直接應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的，而是首先對(duì)電壓和電流量進(jìn)行計(jì)算。

（四）控制污染排放，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境目的

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全需要綜合考慮很多因素，比如，安全供電、安全配電以及電力能源等方面，但是只考慮這些問(wèn)題，并不能從根本上控制企業(yè)發(fā)電成本。因此，要想在根本上較少企業(yè)成本，并能減少電力系統(tǒng)的安全事故發(fā)生，就要選擇適合電力系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)度方案。并要隨時(shí)控制好發(fā)電廠廢氣物的排放量。在一定程度上減少污染，企業(yè)省去了處理污染的費(fèi)用。因?yàn)椋娏ο到y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行好壞，是由調(diào)度方案決定的。因此，要對(duì)電容量的組合形式合理設(shè)計(jì)和設(shè)置，并能充分考慮發(fā)電機(jī)的發(fā)電性能和發(fā)電水平，這樣可以控制發(fā)電廠燃料的排放量，一定程度上節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境。要對(duì)發(fā)電廠的燃料和水力發(fā)電廠的發(fā)電量進(jìn)行考察和分析，以此準(zhǔn)確計(jì)算出具有經(jīng)濟(jì)效益的調(diào)度方案。應(yīng)用優(yōu)化的調(diào)度方案可以有效控制好電力系統(tǒng)燃料的損耗，并能將成本控制到最低。

二、電力系統(tǒng)自動(dòng)控制化的應(yīng)用

（一）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)技術(shù)

主動(dòng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)技術(shù)在近年來(lái)得到飛速發(fā)展，其具有安全性高、成本低、開放性和共享性強(qiáng)的特征，可以對(duì)代碼的編寫實(shí)施簡(jiǎn)化，電力系統(tǒng)應(yīng)用這種面向?qū)ο髷?shù)據(jù)技術(shù)可以利用數(shù)據(jù)的接觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，能夠集成對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理。此外，自動(dòng)化控制的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)象函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和管理的集成效果。并且自動(dòng)化控制應(yīng)用對(duì)象函數(shù)可以提高數(shù)據(jù)的輸出效率，使數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更加安全可靠。

（二）現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)應(yīng)用

總線控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸，具有一體化和數(shù)字化的特點(diǎn)。自動(dòng)化系統(tǒng)的建立可以依靠現(xiàn)場(chǎng)的儀表、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了信息的高度共享和配置?，F(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備與系統(tǒng)的數(shù)字化通信。因此，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中被大量應(yīng)用，其中，以FCS系統(tǒng)應(yīng)用的最為普遍。FCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部全部功能的優(yōu)化和升級(jí)。并能使傳感器、變電器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)輸電、集成信號(hào)的充分結(jié)合。在系統(tǒng)的底層設(shè)置了一個(gè)計(jì)算機(jī)，可以對(duì)分散的設(shè)備統(tǒng)一管理，系統(tǒng)設(shè)備上的所有信息都可以傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，使自動(dòng)化控制系統(tǒng)的靈敏度得以提高。

（三）光互連技術(shù)的應(yīng)用

光互連技術(shù)是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，主要應(yīng)用在自動(dòng)控制和繼電保護(hù)中。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：不會(huì)受到電容負(fù)載的影響，數(shù)據(jù)輸出和輸入的靈活性較高；扇出數(shù)會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)部探測(cè)器的影響；很多時(shí)候，無(wú)終端形式的電互連接會(huì)受臨界線路長(zhǎng)度的制約，而光互連技術(shù)卻可以解決這個(gè)問(wèn)題，并能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電力線路的高性能連接。傳遞信息的速度非?？?，可以接近光速，可有效解決時(shí)鐘扭曲問(wèn)題；平面和準(zhǔn)平面不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響和阻礙。

結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行控制目標(biāo)的主要內(nèi)容進(jìn)行了論述，可見，電力系統(tǒng)能夠有效控制能源的使用，并能控制企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及發(fā)電廠污染物的排放量。最后，分析了電力系統(tǒng)自動(dòng)控制化技術(shù)的具體應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用這些新技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的靈活性和科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)督。

[1]穆云飛.電力系統(tǒng)斷面潮流控制及其靜態(tài)電壓穩(wěn)定域的研究[D].天津大學(xué)，2010.

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[3]馬燕峰.電力系統(tǒng)低頻振蕩的協(xié)調(diào)阻尼控制研究[D].華北電力大學(xué)，2010.

TM76

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陳云（1976-），男，四川三臺(tái)人，工程師，技師，從事水電集控運(yùn)行管理工作。