電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

安徽國通電力建設(shè)有限公司 韓清超 戴張斌

利用電氣自動(dòng)化技術(shù)能維持電力系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的安全效果，完善電力體系運(yùn)行方案的基礎(chǔ)上降低資源的浪費(fèi)，從而真正意義上創(chuàng)設(shè)數(shù)字化技術(shù)和智能化技術(shù)融合的電力管理平臺，為國家電力產(chǎn)業(yè)的全面健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用主要是從計(jì)算機(jī)技術(shù)和PLC 技術(shù)兩個(gè)方面入手，有效提升智能化變配電工作的綜合效果。與此同時(shí)，能建立更加和諧高效的電網(wǎng)調(diào)動(dòng)模式為不同級別電網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。電氣自動(dòng)化技術(shù)還能簡化傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的流程，落實(shí)協(xié)調(diào)化管理體系，確保電力系統(tǒng)的運(yùn)行更可靠、更靈活。

1 電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用建議

電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)也呈現(xiàn)出全面發(fā)展轉(zhuǎn)型的趨勢，這對于電力系統(tǒng)全面提高運(yùn)行效率具有重要的意義，也就是說，電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)融合在電力系統(tǒng)中，為電力系統(tǒng)全面升級提供了良好的技術(shù)保障。

1.1 通用變頻器的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)內(nèi)，將規(guī)范化的中小功率系列變頻器稱為通用變頻器。初代通用變頻器依據(jù)的是16位CPU 完成運(yùn)行控制指令的獲取，二代通用變頻器就升級為32位DSP，并且在實(shí)際應(yīng)用中需借助磁通補(bǔ)償器、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償器等完成應(yīng)用處理工作，運(yùn)行中不存在跳閘問題，這部分設(shè)備在市場中無論是應(yīng)用占比還是推廣效果最好。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)全面發(fā)展的基礎(chǔ)上，三代通用變頻器逐漸受到關(guān)注，利用全數(shù)字化控制的高動(dòng)態(tài)性能矢量應(yīng)用模式，借助軟件就能完成相應(yīng)參數(shù)的處理，無論是變形結(jié)構(gòu)控制還是自適應(yīng)控制都更加理想，真正意義上完善了閉環(huán)控制自優(yōu)化的運(yùn)行效果。

1.2 變換器電路

在電力電子器件不斷更新的基礎(chǔ)上變換器電路也要實(shí)現(xiàn)全面更新，傳統(tǒng)變換器電路應(yīng)用的是普通的晶閘管，建立的是相控整流的方式，而在電力電子器件逐漸發(fā)展的過程中，利用PWM 變換器就能在提升功率因子運(yùn)行效果的基礎(chǔ)上，更好地降低高次諧波對整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定產(chǎn)生的不良影響[1]。另外，諧奪式直流環(huán)逆變器的研發(fā)和應(yīng)用，能最大化的保證電子器件處于零電壓或是零電流環(huán)境中依舊能實(shí)現(xiàn)合理性轉(zhuǎn)換，呈現(xiàn)出軟開關(guān)的狀態(tài)，減少操作過程中的能源消耗，并且還能為高功率環(huán)境中逆變器集成化處理工作的順利開展提供保障，發(fā)揮了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。

1.3 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化體系也是電氣自動(dòng)化技術(shù)全面應(yīng)用的表現(xiàn)形式之一，結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化處理工序可知，在建立不同級別調(diào)度控制方案的基礎(chǔ)上，融合計(jì)算機(jī)技術(shù)有效預(yù)測電網(wǎng)運(yùn)行中存在的問題，并針對問題落實(shí)相應(yīng)的指導(dǎo)方案，一定程度上維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的綜合質(zhì)量，打造最合理化調(diào)度體系，促進(jìn)電力系統(tǒng)全面可持續(xù)發(fā)展[2]。

1.4 全控型電力電子開關(guān)

隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，利用全控式期間替代傳統(tǒng)半控型器件已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然選擇。GTR 在完成二次擊穿和安全工作區(qū)管理的過程中，由于自身性能因素使得相應(yīng)的熱容量較小，且對應(yīng)的過流能力控制效果也不理想，這就需要技術(shù)部門結(jié)合其運(yùn)行環(huán)境完成保護(hù)電路或是驅(qū)動(dòng)電路的處理，不僅增加了電路的復(fù)雜程度也增加了運(yùn)行成本。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)推動(dòng)下產(chǎn)生的MOS，依據(jù)其輸出特性和轉(zhuǎn)移特性（圖1）能很好地規(guī)避相應(yīng)問題，借助高輸入阻抗的特性提升運(yùn)行的時(shí)效性，配合功率MOSEET 的電壓驅(qū)動(dòng)器件，就能在器件開通的環(huán)境中完成充電電流的配給，無論是驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)難度還是工作區(qū)域的安全性都具有顯著的優(yōu)勢。

圖1 MOS 特性（a 為輸出特性、b 為轉(zhuǎn)移特性）

在此基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)部門依托電氣自動(dòng)化技術(shù)還研發(fā)了IGBT，能具備高輸入阻抗和高速特性，在通態(tài)情況下電壓降和GTR 相比約為1.5V 到3.5V，能在高工作頻率下完成對應(yīng)工序，并且創(chuàng)設(shè)寬度富足且運(yùn)行穩(wěn)定的安全工作區(qū)，簡化驅(qū)動(dòng)電路，最大化提升運(yùn)行的綜合效果[3]。

1.5 單片機(jī)

在單片機(jī)市場中MC-51依舊是單片機(jī)的代表，無論是可靠性還是保密性都具有突出的優(yōu)勢，并且也適用于PIC 系列單片機(jī)的推廣工作。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)全面發(fā)展升級的基礎(chǔ)上，單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的具體開發(fā)手段也更加多樣，不僅可利用匯編語言完成對應(yīng)操作管理，還能應(yīng)用模塊化的C 語言或是PL/M語言建立聯(lián)系，確保單片機(jī)能及時(shí)進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的獲取，從而維持電力系統(tǒng)運(yùn)行工作的基本質(zhì)量。

1.6 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

對于電力系統(tǒng)而言，常規(guī)化的技術(shù)升級能有效打造更加和諧且穩(wěn)定的工作運(yùn)行狀態(tài)，而電氣自動(dòng)化技術(shù)的全面進(jìn)步能從邏輯電路、集成電路等方面入手，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)全程控制的目的[4]。一方面電氣自動(dòng)化技術(shù)推動(dòng)了集成電路的全面發(fā)展，尤其是集成模擬乘法器和集成鎖相環(huán)路等，借助對應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)就能維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本效率，建構(gòu)更加和諧的技術(shù)方案和平臺，為電力系統(tǒng)中相應(yīng)數(shù)據(jù)的收集、匯總以及電機(jī)控制工作提供良好的保障；另一方面電氣自動(dòng)化技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了邏輯電路的系統(tǒng)化升級，尤其是專用芯片的邏輯設(shè)計(jì)升級，更好地建立響應(yīng)速度處理模塊，主要分為4種類型的器件：PROM、FPLA、PAL（一代產(chǎn)品）、GAL（二代產(chǎn)品，與TTL 兼容，可編程保密位），其中GAL 大大降低了運(yùn)行中的造價(jià)，為簡化電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度、強(qiáng)化運(yùn)行穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

綜上所述，利用電氣自動(dòng)化技術(shù)全面推廣工業(yè)控制計(jì)算機(jī)能有效完成對應(yīng)的工作，保證電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的和諧水平。例如應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)支持的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成圖表分析、電力系統(tǒng)新產(chǎn)品研制、DMA 控制等，對電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展予以支持[5]。

2 電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，因此電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍將更加廣泛，產(chǎn)生的影響力也將越來越大。微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)也在升級和進(jìn)步，為電力系統(tǒng)更快速更廣泛的應(yīng)用運(yùn)行提供了支持和保障，基于此，電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)也將向著更多元的趨勢發(fā)展。

第一，電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)將向著技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新和系統(tǒng)研發(fā)的方向發(fā)展。無論是技術(shù)層面的升級還是技術(shù)相關(guān)制度方面的健全完整，都將推動(dòng)電力系統(tǒng)發(fā)展的順利進(jìn)步，從而提升技術(shù)運(yùn)行管理的綜合效果，建構(gòu)完整的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行體系，從而確保電力系統(tǒng)逐漸形成綜合自動(dòng)化目標(biāo)。

第二，電氣自動(dòng)化技術(shù)將推動(dòng)電力系統(tǒng)向著保護(hù)機(jī)制、控制機(jī)制和測量流程一體化的方向發(fā)展。例如，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)收集和匯總工作中，確保能完成實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)分析和運(yùn)算歸納，從而有效形成對應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，維持電力系統(tǒng)運(yùn)行的獨(dú)立性和安全性。一方面能建立完成的系統(tǒng)運(yùn)行保護(hù)體系并協(xié)調(diào)對應(yīng)工作環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，確保電力系統(tǒng)能結(jié)合自動(dòng)化運(yùn)行方案不斷調(diào)整具體操作內(nèi)容，進(jìn)一步提升保護(hù)效果和控制合理性；另一方面電氣自動(dòng)化技術(shù)能推動(dòng)故障自檢工序的全面推進(jìn)，有效對電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的事故和故障問題進(jìn)行預(yù)測分析，確保效率最優(yōu)化，并能依托實(shí)際情況簡約地升級操作程序，維持電力系統(tǒng)運(yùn)行方案一體化發(fā)展的綜合進(jìn)程[6]。

第三，電力系統(tǒng)在電氣自動(dòng)化技術(shù)輔助下將向著國際化方向發(fā)展。在實(shí)際工作中要積極采取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對應(yīng)行為和管理要求的配置，盡管相應(yīng)工作和國際標(biāo)準(zhǔn)相比還有待優(yōu)化，但卻可以充分肯定國外研究標(biāo)準(zhǔn)對我國電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的影響，提高深層次研究的水平。

總之，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中能促進(jìn)電力系統(tǒng)的全面優(yōu)化，要對其取得的研究成果予以重視，并依據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求落實(shí)相應(yīng)的方案，從而維持電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，有利于電力系統(tǒng)常規(guī)化操作和電力管理，為生產(chǎn)生活用電質(zhì)量的全面提高奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。