電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)探索

杜翔

[摘 要]電力系統(tǒng)自動化是自動化技術(shù)在電力工程領(lǐng)域的應(yīng)用，自動化相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到電力工程領(lǐng)域有效地提升了電力工程行業(yè)的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，有效地推動了電力行業(yè)的現(xiàn)代化。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)； 自動化技術(shù)；探索

電力系統(tǒng)自動化是對電能生產(chǎn)、傳輸和管理實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)度和自動化管理。電力系統(tǒng)是一個地域分布遼闊，由發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)和用戶組成的統(tǒng)一調(diào)度和運行的復(fù)雜大系統(tǒng)。是保證供電的電能質(zhì)量，保證系統(tǒng)運行的安全可靠，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效能。

一、電力系統(tǒng)自動化的主要內(nèi)容

針對電力企業(yè)的特點，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化應(yīng)符合如下要求：快速、準(zhǔn)確的收集、檢測和處理電力系統(tǒng)各系統(tǒng)、部件的運行技術(shù)參數(shù)。根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)和系統(tǒng)各部件的技術(shù)要求，為運行人員提供調(diào)控的指令，或能夠自動對各部件進(jìn)行調(diào)控。實現(xiàn)全系統(tǒng)分層次、分部分的綜合調(diào)控，探索電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)電力系統(tǒng)管理的最佳方式。電力系統(tǒng)實現(xiàn)自動化不僅能節(jié)省大量人力、物力、財力，而且還能降低電力系統(tǒng)事故的發(fā)生率，增加電力設(shè)備的使用壽命，綜合提高和改善電力系統(tǒng)運行性能。

二、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)探討

1.主動的對象數(shù)據(jù)庫技術(shù)及其在電力系統(tǒng)自動監(jiān)視與控制中的運用。新一代的電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)該全面地采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，支持面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)。主動的對象數(shù)據(jù)庫與一般的關(guān)系數(shù)據(jù)庫相比，主要的優(yōu)勢在于主動功能以及對對象技術(shù)的支持。關(guān)系數(shù)據(jù)庫要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的判斷（如數(shù)據(jù)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)越限）以及數(shù)據(jù)的分析都是由外來程序完成的。而在主動的對象數(shù)據(jù)庫中，利用數(shù)據(jù)庫的觸發(fā)子可以實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視功能，利用數(shù)據(jù)庫中對象的函數(shù)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。由于引入觸發(fā)機制以及對象技術(shù)，這就可以在數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)自動監(jiān)控，在節(jié)省數(shù)據(jù)讀出和寫入時間的同時，又充分地利用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的管理功能，提高數(shù)據(jù)可靠性，維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性，便于數(shù)據(jù)的共享等。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，以及對監(jiān)控系統(tǒng)中觸發(fā)子和對象的函數(shù)功能的進(jìn)一步研究，有望實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動監(jiān)視與控制的更加復(fù)雜的功能。

2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)（FCS）實際上是將安裝在工業(yè)過程現(xiàn)場的智能自動化儀表和裝置與設(shè)置在控制室內(nèi)的儀表和控制設(shè)備連接起來的一種數(shù)字化、串行、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置人傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。這是一項智能傳感器、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要能容的綜合技術(shù)。在我國電力系統(tǒng)中，目前DCS系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。這種控制方式的實現(xiàn)需要通過傳感器、變送器將所有被控設(shè)備的狀態(tài)、電量、非電量信號收集到中央控制室的主控計算機上，然后在計算機上按照規(guī)定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算、判斷、進(jìn)而向被控設(shè)備發(fā)出指令。其在本質(zhì)上仍然為數(shù)字控制器與模擬變送器組成的模擬-數(shù)字混合系統(tǒng)，在電廠或變電站內(nèi)受電磁干擾嚴(yán)重，難以達(dá)到嚴(yán)格的計算精度，并實施準(zhǔn)確控制。另一方面，模擬變送器位于測控現(xiàn)場，而控制器位于集中控制室。這從構(gòu)成控制系統(tǒng)的信號流的角度來看，在現(xiàn)場把被控參數(shù)轉(zhuǎn)換為測量信號后，被送往位于集中控制室的控制器，再把所得到的控制信號由控制室送往現(xiàn)場的調(diào)節(jié)閥或控制電機。這樣，即使是一個簡單的回路控制系統(tǒng)，其信號的必經(jīng)路徑也將會很長，因而會引起許多弊端和隱患。將FCS引入電力系統(tǒng)將在根本上優(yōu)化控制系統(tǒng)的各種性能。將整個生產(chǎn)過程的控制功能分散，為每個被控設(shè)備就地配備專用的底層前置控制計算機，這些專用的前置機根據(jù)控制要求負(fù)責(zé)管理被控設(shè)備的有關(guān)信息。這些信息經(jīng)前置機處理后通過通訊接口由現(xiàn)場總線與上位計算機相聯(lián)。此時上位機的任務(wù)已不再是全面監(jiān)控所有設(shè)備，而是擔(dān)負(fù)人機對話或向上級調(diào)度遠(yuǎn)傳信息的任務(wù)。在上位機可以根據(jù)前置機上傳的信息構(gòu)造各種畫面、圖象、圖表、曲線來直觀地反映現(xiàn)場設(shè)備的運行情況。不僅前置機可以配合PLC根據(jù)所取的實時數(shù)據(jù)對被控設(shè)備實行必要的調(diào)節(jié)和控制，而且上位機也可以直接通過前置機對被控設(shè)備進(jìn)行實時性不強的調(diào)節(jié)和控制，把控制功能下放到現(xiàn)場，僅由現(xiàn)場儀表就可以實現(xiàn)控制功能。這樣無疑增強整個電力系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)組織的靈活性。并且基于這種現(xiàn)場總線技術(shù)的系統(tǒng)，還可與其它計算機、節(jié)點通訊，構(gòu)成高性能的控制系統(tǒng)。

3.光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)自動控制和繼電保護(hù)中的應(yīng)用研究。光互連技術(shù)的特點：①光互連不受電容性負(fù)載的影響，其輸入輸出可根據(jù)需要具有很大靈活性。②光互連的扇出數(shù)主要受探測器功率限制。光互連既可解決無終端的電互連線受到臨界線長度的限制的問題，又可解決有終端線受到沿該線輸出端密度限制的問題，它可以在計算系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)高性能互連。它以光速傳遞信息，可將時鐘扭曲問題減小到最小程度。③光互連不受平面和準(zhǔn)平面的限制，光在光波導(dǎo)中可以大于10°的交叉角相互交叉，自由空間光束可相互穿越而不相互作用，可提高系統(tǒng)集成度。研究結(jié)果表明，互連網(wǎng)絡(luò)采用光子傳輸與電子交換相結(jié)合的方法，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有靈活的編程重構(gòu)特性。光互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬不受傳輸長度的影響，具有很強的抗電磁干擾能力，體現(xiàn)了光互連技術(shù)在并行處理器陣列系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力，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)計提供了方便。從而表明了光互連并行處理器陣列在電力系統(tǒng)自動控制和繼電保護(hù)中具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景，將使電力系統(tǒng)自動控制和繼電保護(hù)的水平提高到一個新的高度，保證電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運行。

三、結(jié)語

電力系統(tǒng)綜合自動化是一個集傳統(tǒng)技術(shù)改造與現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步于一體的技術(shù)總體推進(jìn)過程。當(dāng)前電力系統(tǒng)的綜合自動化已經(jīng)進(jìn)入以計算機技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)開發(fā)為主要標(biāo)志內(nèi)的階段，但對于我國這樣一個電力需求大、電網(wǎng)建設(shè)復(fù)雜而電力系統(tǒng)綜合自動化改革開始較晚的國家來說，在追趕先進(jìn)技術(shù)的同時，還必須要注重對傳統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，只有這樣才能保證電力系統(tǒng)綜合自動化的早日全面實現(xiàn)。

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