淺談電力工程及其自動(dòng)化技術(shù)的未來發(fā)展

龍文超

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、功率電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，電力自動(dòng)化技術(shù)也隨之進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。本文主要對(duì)變電站自動(dòng)化、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和配電網(wǎng)自動(dòng)化水平這幾個(gè)方面作出分析。

關(guān)鍵詞：電力工程；自動(dòng)化技術(shù) 發(fā)展

電力系統(tǒng)自動(dòng)化是指應(yīng)用各種具有自動(dòng)檢測(cè)、決策和控制功能的裝置、通過信號(hào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，以保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行和具有合格的電量質(zhì)量。電力系統(tǒng)自動(dòng)化已經(jīng)成為電力系統(tǒng)最核心內(nèi)容。

1、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的功能

1.1電力系統(tǒng)監(jiān)視與控制

通過電力系統(tǒng)監(jiān)視與控制為自動(dòng)發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、安全分析等高層次功能提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其中監(jiān)視主要是對(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?；蚴鹿实淖詣?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)和電氣參數(shù)。而控制主要是指通過人機(jī)聯(lián)系設(shè)備執(zhí)行對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、靜電電容器組、變壓器分接頭等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方操作的開環(huán)控制。

1.2電力系統(tǒng)安全分析

電力系統(tǒng)安全分析主要內(nèi)容是利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生一條線路、或一臺(tái)發(fā)電機(jī)、變壓器跳閘的假想事故進(jìn)行在線模擬計(jì)算，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)每一種假想事故是否可以造成設(shè)備過負(fù)荷、以及頻率和電壓超出允許范圍等不安全情況，是一系列以單一設(shè)備故障為目標(biāo)而進(jìn)行的在線潮流計(jì)算。

1.3電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是在滿足安全、電能質(zhì)量和備用容量要求的前提下，基于系統(tǒng)有功功率平衡的約束條件和考慮網(wǎng)絡(luò)損失的影響，以最低的發(fā)電（運(yùn)行）成本或燃料費(fèi)用，達(dá)到機(jī)組間發(fā)電負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配且保證對(duì)用戶可靠供電的一種調(diào)度方法。在調(diào)度過程中按照電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的約束條件，在給定的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式中，在保證系統(tǒng)頻率質(zhì)量的條件下，以全系統(tǒng)的運(yùn)行成本最低為原則，將系統(tǒng)的有功負(fù)荷分配到各可控的發(fā)電機(jī)組。經(jīng)濟(jì)調(diào)度一般只按靜態(tài)優(yōu)化來考慮，不計(jì)算其動(dòng)態(tài)過程。

2、電力工程及其自動(dòng)化的未來發(fā)展

2.1變電站自動(dòng)化的發(fā)展

變電站自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站實(shí)施自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以收集較為齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和判斷功能，方便監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。目前，我國(guó)的變電站自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)很成熟，并廣泛地應(yīng)用于高、中、低壓變電站中，這大大提高了變電站的運(yùn)行效率及可靠性。但與國(guó)外先進(jìn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相比，仍存在許多需要改進(jìn)的地方。如國(guó)外無論是分層分布式的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)還是常規(guī)的RTU方式，均能可靠地實(shí)現(xiàn)變電站的無人值班監(jiān)控，這對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)行新、老變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和改造很有啟發(fā)。此外，變電站運(yùn)行管理的方式對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和后臺(tái)功能的設(shè)計(jì)有較大影響。目前國(guó)內(nèi)由于運(yùn)行管理等多種因素的影響，導(dǎo)致現(xiàn)有的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)過多地強(qiáng)調(diào)了后臺(tái)功能，系統(tǒng)龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給變電站的運(yùn)行維護(hù)人員完成監(jiān)控系統(tǒng)的日常維護(hù)和故障處理工作帶來了一定的困難。有關(guān)部門應(yīng)針對(duì)變電站不同的運(yùn)行管理方式，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的功能和配置進(jìn)行規(guī)范和優(yōu)化。

2.2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要組成部分和核心內(nèi)容，它是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。經(jīng)過近20年的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中已經(jīng)起著不可或缺的作用。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展而日新月異，系統(tǒng)升級(jí)換代很快，當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展面臨著一些挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)于以實(shí)時(shí)運(yùn)行為首要任務(wù)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)尤為重要，但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和廣泛使用，網(wǎng)絡(luò)攻擊和病毒侵害不斷發(fā)生，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了威脅。一方面，從網(wǎng)絡(luò)安全的角度出發(fā)，需要將調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)隔離運(yùn)行；另一方面，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大、應(yīng)用復(fù)雜度的日益提高，各個(gè)控制中心之間以及各個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)之間的交互大大增強(qiáng)，需要進(jìn)行信息的一體化整合與集成。因此，需要對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的安全集成技術(shù)進(jìn)一步研究，使得系統(tǒng)的開放性、穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性，特別是安全性更強(qiáng)。

2.3 配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展

隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造的順利進(jìn)行，提高配電網(wǎng)自動(dòng)化水平的呼聲越來越高。近10年來，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，配電自動(dòng)化領(lǐng)域取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，配電網(wǎng)的網(wǎng)格化程度越來越高，僅憑借人的經(jīng)驗(yàn)，難免顧此失彼。于是新一代的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，即智能配電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它在第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了智能配電功能，以人工智能代替人的經(jīng)驗(yàn)，更科學(xué)地管理復(fù)雜配電網(wǎng)。引入人工智能的智能配電系統(tǒng)不僅能夠在故障時(shí)發(fā)揮作用，而且在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，也能為供電企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.3.1 智能配電系統(tǒng)在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的作用 在一段饋線發(fā)生故障時(shí)，判斷故障區(qū)域、隔離故障區(qū)域，恢復(fù)受故障影響的健全區(qū)域供電，從而縮短停電時(shí)間、減小停電面積、提高供電可靠性。在配電網(wǎng)受到災(zāi)害性影響時(shí)（如主變電站失壓、超高壓盡先失壓或10kV母線故障等并且在高壓側(cè)難以快速恢復(fù)時(shí)），利用人工智能生成負(fù)荷批量轉(zhuǎn)移策略，在不威脅供電安全的前提下，通過一系列的遙控操作將受影響的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到非故障線路，避免大面積停電。

2.3.2 智能配電系統(tǒng)在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的作用 實(shí)際運(yùn)行中配電網(wǎng)中的負(fù)荷分布是不均衡的，有時(shí)甚至是極不均衡的，這嚴(yán)重降低了配電線路和設(shè)備的利用率，同時(shí)也導(dǎo)致線損較高。利用人工智能可以尋求一種優(yōu)化運(yùn)行方式，將負(fù)荷從重負(fù)載甚至是過負(fù)載轉(zhuǎn)移到輕負(fù)載饋線上，這種轉(zhuǎn)移有效地提高了饋線的負(fù)荷率，增強(qiáng)了配電網(wǎng)的供電能力。智能配電系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)遙控配電網(wǎng)開關(guān)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和電容器投切，在不顯著增加投資的前提下可以達(dá)到改善電網(wǎng)運(yùn)行方式和降低網(wǎng)損的目的。

3、電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1西門子SPECTRUM系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由德國(guó)西門子公司基于32比特SUN點(diǎn)的SPACE或IBMMRS6000工作站硬件平臺(tái)，引入軟總線概念，服務(wù)器之間及內(nèi)部各進(jìn)程與實(shí)用程序問的信息交換實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化開發(fā)的。采用了分布式組件、面向?qū)ο蟮燃夹g(shù)，廣泛應(yīng)用于配電公司、城市電力公司和工業(yè)用戶。

3.2VALMET系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于多種硬件平臺(tái)，可連接SUN、IBM、PHA工作站。該系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和應(yīng)用軟件三個(gè)服務(wù)器。

3.3SPIDER系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由ABB公司開發(fā)的，采用分布式數(shù)據(jù)庫和模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)用戶實(shí)際需求配置系統(tǒng)。它具有雙位的遙信處理功能，使?fàn)顟B(tài)信號(hào)穩(wěn)定性好，并有一套完整的維護(hù)工具。

4、結(jié)語

由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的提高，使得用電質(zhì)量得到了保證，因此為現(xiàn)代高精技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，同時(shí)由于自動(dòng)化程度的提高減少了維護(hù)費(fèi)用，設(shè)備利用率提高，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實(shí)施都大大的降低了運(yùn)行成本，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李克成.電力自動(dòng)化保護(hù)設(shè)備行業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的幾點(diǎn)思考[J].江蘇企業(yè)管理.2003

[2]陳綱，曹斌勇，劉宏偉.電力自動(dòng)化專業(yè)各研究領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀調(diào)查[J].長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2006