電力系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用分析

張賽　杜海平　趙龍

摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，現(xiàn)有的配電網(wǎng)將會(huì)進(jìn)行大規(guī)模的升級(jí)和改造，電力自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)不斷地運(yùn)用到配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理當(dāng)中，所以，只有不斷地加強(qiáng)電力自動(dòng)系統(tǒng)在配電網(wǎng)絡(luò)中功能建設(shè)，才能夠節(jié)約電力系統(tǒng)大量的運(yùn)行成本，及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地分析、判斷和排除配電網(wǎng)故障。

關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化技術(shù) 運(yùn)用分析

中圖分類號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1電力工程及其自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展

1.1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(wú)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(wú)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(lái)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。

1.2 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)。

1.3 配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展

（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）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。

2電氣配電自動(dòng)化的應(yīng)用

2.1饋線自動(dòng)化

饋線自動(dòng)化是配電網(wǎng)自動(dòng)化的重要組成部分。要實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，需要合理的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具備環(huán)網(wǎng)供電的條件；各環(huán)網(wǎng)開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和街道配電站內(nèi)開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)必須具有遠(yuǎn)方操作功能；環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜內(nèi)必須具備可靠的開關(guān)操作電源和供FTU、通信設(shè)備用的工作電源；具備可靠的、不受外界環(huán)境影響的通信系統(tǒng)。饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)原則是，故障后的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)應(yīng)采用集中控制與分布控制相結(jié)合，優(yōu)先采用分布式控制的原則，以提高反應(yīng)速度；實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行，故障情況下，瞬時(shí)切斷故障段并保持對(duì)非故障區(qū)的不間斷供電；兼容開環(huán)運(yùn)行模式。

2.2變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化指應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理與傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)硬軟件系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工對(duì)變電站進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量和運(yùn)行操作的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站自動(dòng)化以信號(hào)數(shù)字化和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)為標(biāo)志，進(jìn)入傳統(tǒng)的變電站二次設(shè)備領(lǐng)域，使變電站運(yùn)行和監(jiān)控發(fā)生了巨大的變化，取得顯著的效益。變電站自動(dòng)化的基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護(hù)交換信息、自動(dòng)控制的協(xié)調(diào)和配合、與變電站其他自動(dòng)化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通信等項(xiàng)功能。

2.3配電管理系統(tǒng)

配電管理系統(tǒng)（DMS）是指用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息處理及通信等技術(shù)和相關(guān)設(shè)備對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制。它是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理中心。主要功能有：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、配電網(wǎng)運(yùn)行管理、用戶管理和控制、自動(dòng)繪圖/設(shè)備管理/地理信息系統(tǒng)（AM/FM/GIS）等。

2.4需求側(cè)管理

通過一系列經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)措施，由供需雙方共同參與的供用電管理。包含負(fù)荷管理、用電管理及需方發(fā)電管理等。需求側(cè)管理的幾個(gè)內(nèi)容涉及電力供需雙方，甚至與電力管理體制有關(guān)，必須通過立法和制訂相應(yīng)的規(guī)則，并最終由電力市場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。可以看到，電力的供需雙方不僅僅是一種電力買賣關(guān)系，也是以雙方利益為紐帶的合作伙伴關(guān)系，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，需求側(cè)管理必將被重視。

3未來(lái)技術(shù)發(fā)展

（1）逐漸提高電能的質(zhì)量。當(dāng)前，在工業(yè)生產(chǎn)中大量大功率的電子設(shè)備數(shù)據(jù)增多，隨之而來(lái)的是對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高。當(dāng)前，很多電力工作者都在探索提高電能質(zhì)量的新課題。DSP對(duì)于提高電能質(zhì)量起到了重要的作用。通過高速數(shù)字信號(hào)處理器可以使系統(tǒng)提高其可靠性與靈活性。同時(shí)可以通過算法的改進(jìn)，達(dá)到提高電能質(zhì)量的目標(biāo)。

（2）實(shí)施配電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)。饋線自動(dòng)化把通信作為基礎(chǔ)，實(shí)施配電網(wǎng)全局性的數(shù)據(jù)控制及采集，進(jìn)而使配電高級(jí)應(yīng)用―PAS與配電SCADA得以實(shí)現(xiàn)；還把地理信息系統(tǒng)―GIS作為平臺(tái)，確保了配電網(wǎng)的設(shè)備管理的實(shí)現(xiàn)；同時(shí)PAS、SCADA與GIS的一體化就促進(jìn)配電網(wǎng)自動(dòng)化成為配電網(wǎng)管理與配電監(jiān)控及保護(hù)的全方位自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)，此方案已經(jīng)成為當(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要方案。

（3）分布式小電流接地保護(hù)方案。未來(lái)，完全分布的FTU將會(huì)在探索小電流接地保護(hù)方案發(fā)面綻露頭角。完全分布的FTU具有很高準(zhǔn)確度、較大的承載量，運(yùn)用此技術(shù)可以很容易獲得配電網(wǎng)的整個(gè)電流負(fù)序分量分布狀況，能夠運(yùn)用負(fù)序電流的突變量與小波分析技術(shù)，以使識(shí)別的可靠性及靈敏度有效提高。此種基于配電自動(dòng)化的小電流接地保護(hù)方案有著優(yōu)越的性能，其具有喜人的發(fā)展前景。

4結(jié)語(yǔ)

將配電網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，能有效地減少電力系統(tǒng)的故障停電時(shí)間和停電范圍，提高電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，同時(shí)還能提高服務(wù)質(zhì)量，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)能極大地縮短檢修人員的故障處理時(shí)間，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，社會(huì)各個(gè)行業(yè)對(duì)電力資源的需求量越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)供電質(zhì)量的可靠性要求也越來(lái)越高，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用能為電力企業(yè)的快速發(fā)展提供保障。

作者簡(jiǎn)介：張賽（1986-），女，河南許昌人，本科，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姎饪刂萍夹g(shù)、職業(yè)教育。