電力系統(tǒng)自動化主要技術及發(fā)展趨勢研究

湖南省電力公司 衡山縣電力局 李 華

電力系統(tǒng)自動化主要技術及發(fā)展趨勢研究

湖南省電力公司 衡山縣電力局 李 華

現(xiàn)代社會對電能供應的安全性、可靠性、經(jīng)濟性、優(yōu)質(zhì)性等指標提出越來越高的要求，同時，電力系統(tǒng)對自動化的要求也隨之提高。對此，本文，筆者對電力系統(tǒng)自動化技術進行了闡述。

一、電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的自動控制技術正逐步朝著以下方向發(fā)展：在控制策略上逐漸朝著最優(yōu)化和智能化發(fā)展；在控制手段上逐漸增加了微型機、遠程通信以及電力電子器件的使用；在理論工具的使用上更多借助現(xiàn)代控制理論；在設計分析上越來越多地要求面向多機系統(tǒng)模型去處理問題；在研究人員的組成上也越來越多地需要多工種的聯(lián)合。

電力系統(tǒng)自動化的整體發(fā)展趨勢則是：由高電壓等級向低電壓等級擴展；由單元件向部分區(qū)域和全系統(tǒng)發(fā)展；由開環(huán)數(shù)據(jù)傳送向主動閉環(huán)控制；從功能單一向多功能方向發(fā)展；目標的追求朝著最優(yōu)化、智能化、協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展；裝置的性能由傳統(tǒng)型向數(shù)字化、靈活化、速度化等方向發(fā)展，具有了更加優(yōu)越的性能；由以加強運行的經(jīng)濟、安全、效率作為目標向服務和管理的自動化方向發(fā)展。

在最近的20年中，隨著計算機科學、控制技術和通信技術等科學技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個統(tǒng)一體。它的概念內(nèi)涵不斷地深入，并且其外延也不斷地擴展，所以，電力系統(tǒng)自動化能處理的信息量逐漸增多，直接可以觀測的范圍也逐漸擴展，所需考慮的因素也不斷增多，其能夠主動閉環(huán)控制的對象也不斷地增多。

二、電氣自動化發(fā)展中具有變革性意義的三大新技術

1. 智能控制技術。電力系統(tǒng)自動控制技術在過去的幾十年中經(jīng)歷了三大主要發(fā)展階段：第一是基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制的階段；第二是線性最優(yōu)控制、非線性控制和多機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的階段；第三是智能控制的階段。智能控制技術在電力系統(tǒng)的實踐應用過程中遇到的難題是：電力系統(tǒng)是一個動態(tài)性的大系統(tǒng)，具有強非線性的、變參數(shù)等特性。在未來的工程應用中，智能控制技術具有非常廣闊的應用前景，尤其是在新型的電力系統(tǒng)工程應用方面，具體可以應用在基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的勵磁、快關綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電掣動、多機系統(tǒng)的新興靜止無功發(fā)生器（ASVG，Advanced Static Var Generator）的控制等。

2. 柔性交流輸電（FACTS）技術。

（1）FACTS技術的產(chǎn)生。由于電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，為了提高電壓質(zhì)量和保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，先進的輸配電技術的研發(fā)迫在眉睫，因此，柔性交流輸電技術（FACTS）應運而生。這一技術改變了傳統(tǒng)的輸電能力，使電壓的質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定有了更好的保證。為了使電力的輸送更加可靠穩(wěn)定，具有更好的可控性和更高的效率，在原有的輸電系統(tǒng)的幾個重要的部位加上了有效的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的幾個重要指標（如電壓、相位差、電抗）加以控制，這種新興的高壓輸電系統(tǒng)采用了危機處理、力電子、自動控制等新技術，使系統(tǒng)的運行性、可控性、可靠性得到了空前提高，并由此技術獲得了大量的具有節(jié)點效益的新興的綜合技術。

（2）ASVG的研究現(xiàn)狀。作為FACTS的核心裝置，ASVG的發(fā)展也迫在眉睫。當前FACTS系統(tǒng)的一個共同特點，就是運用逆變器的逆變作用和大功率的電力電子器件開關的瞬間切換作用。ASVG作為一種新型的結(jié)構(gòu)較為簡單的靜止無功發(fā)生器，采用了FACTS中的核心技術。并聯(lián)電容器和二項逆變器構(gòu)成了ASVG的基本結(jié)構(gòu)，它的三相輸出電壓和三相輸出電壓是同步的。ASVG具有很多優(yōu)點：當系統(tǒng)運行正常時它可以校正電壓，當系統(tǒng)出現(xiàn)電壓故障后在恢復階段它可以用以穩(wěn)定電壓，由此可見它對電網(wǎng)的電壓控制力是非常強的；由于ASVG不是機械設備，因此和旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機相比，它沒有機械設備運行時的機械慣性、機械損傷和機械噪聲；它對電壓的調(diào)節(jié)范圍比旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機更大，反應速度更加敏捷；它不僅能對網(wǎng)絡中的暫態(tài)做出反應，對網(wǎng)絡的穩(wěn)態(tài)變化也能夠做出及時的響應，所以它的控制力也比同步調(diào)相機優(yōu)越得多。

3.柔性配電（DFACTS）技術。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)自動裝置存在許多致命的缺點：運行中出現(xiàn)問題，在處理不及時或處理不正確的情況下，電力系統(tǒng)的運行都會受到影響；局部故障如果處理不當也會波及整個電力系統(tǒng)。伴隨著高新科技和電子信息化的發(fā)展，客戶對輸電質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性有了越來越高的要求，各種精密電器的正常運行和壽命越來越取決于輸電質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，因此可以毫不夸張地說，信息時代對供電質(zhì)量的提高提出了空前高的要求。在此背景下，DFACTS應運而生。DFACTS是FACTS技術在配電系統(tǒng)應用的延伸，又被稱為用戶特定電力（Custom Power）技術，已成為改善電能質(zhì)量、提高配電系統(tǒng)控制靈活性的有力工具。

三、新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

當前使用的電力監(jiān)測系統(tǒng)主要是用來記錄電磁暫態(tài)過程的故障狀態(tài)和波形數(shù)據(jù)，還有就是在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)正常運行的情況下進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)樣本的采集。前者主要記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄的時間很短，各種期間缺乏信息的交流，從而使系統(tǒng)的整體性的動態(tài)分析變得異常困難；后者記錄的數(shù)據(jù)刷新時間較長，因此只能用來記錄和分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時的參數(shù)和信息。但是兩者有一個共同的缺點：不同部位之間沒有統(tǒng)一的時鐘信號，缺乏運行和記錄數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，各部件之間只能各自記錄數(shù)據(jù)，很難對系統(tǒng)的整體動態(tài)行為作出正確的分析和判斷。由于以上原因，人們研制出了一種新的安全監(jiān)控系統(tǒng)。這種新的系統(tǒng)是動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)與SCADA的完美結(jié)合，它由中央信號處理機、通信系統(tǒng)、動態(tài)相量測量系統(tǒng)和同步定時系統(tǒng)4部分有機組合而成，采用GPS光纖通信技術和同步相量測量技術，從而實現(xiàn)了準確的當量控制。相量測量技術與GPS技術的有機結(jié)合開辟了電力系統(tǒng)的實時控制和動態(tài)測試的時代。

由于電力系統(tǒng)的負荷不是穩(wěn)定不變，而是有規(guī)律性或者隨機變化的，自動電壓控制系統(tǒng)為其提供了可靠的保障。

四、結(jié)論

信息技術的迅猛發(fā)展使得電力系統(tǒng)自動化面臨空前的挑戰(zhàn)，隨著電子信息技術的騰飛，電力監(jiān)測系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)一定會有一個更廣闊的發(fā)展前景。