發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)探究

許小華

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的建設(shè)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，各行各業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為保障人民群眾的美好生活，發(fā)電廠使用電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)滿足電力需求，提高發(fā)電廠工作效率，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。自動(dòng)化控制在各個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用主要針對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和科學(xué)研究，能夠利用外加裝置設(shè)備促使機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)中某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)按照預(yù)期參數(shù)和規(guī)律運(yùn)行，運(yùn)用電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)能夠消除人工控制中存在的危險(xiǎn)問(wèn)題和誤操作，提高生產(chǎn)效率和管理水平。文章通過(guò)深入研究發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，為發(fā)電廠未來(lái)的發(fā)展指明新的方向。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;電氣系統(tǒng);自動(dòng)化控制;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.023

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，社會(huì)生產(chǎn)力逐漸提高，發(fā)電廠全面實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制，已經(jīng)取得十分顯著的成效。社會(huì)各領(lǐng)域?qū)﹄娏π枨蟮牟粩嘣黾哟偈拱l(fā)電廠面臨新的發(fā)展形勢(shì)，滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)發(fā)電廠產(chǎn)能需求量的大幅提高，應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)發(fā)電廠的自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率和管理水平[1]。

電氣自動(dòng)化控制具有集成性和綜合性的特點(diǎn)，借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬操作，集中掌控和評(píng)價(jià)發(fā)電廠的動(dòng)態(tài)信息，具備靈活、直觀、高效的優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電廠管理方面具有良好的應(yīng)用前景。電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)和程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化管控，科學(xué)調(diào)整發(fā)電廠發(fā)電環(huán)節(jié)，提高發(fā)電廠管理效率[2]。

1 發(fā)電廠傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的缺陷

發(fā)電廠傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要依靠集散式控制技術(shù)通過(guò)輸入輸出設(shè)備采集和控制電氣信息，DCS（Dis-Tributed Control System）控制技術(shù)的實(shí)施，除了需要在發(fā)電廠實(shí)施供電的同時(shí)，及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)組電壓和其他基礎(chǔ)信息，通過(guò)監(jiān)控發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)，保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，控制發(fā)電廠電壓和發(fā)電頻率。

DCS屬于結(jié)合計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制于一體的分布式控制系統(tǒng)，通過(guò)分級(jí)管理和靈活組態(tài)進(jìn)行集中管控和分散控制。盡管DCS在發(fā)電廠運(yùn)行中擁有靈活的操作性和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓芾韮?yōu)勢(shì)，但是缺陷十分明顯，對(duì)信息的處理載量十分有限，轉(zhuǎn)換器應(yīng)用直接增加全過(guò)程生產(chǎn)費(fèi)用，接線復(fù)雜，抗干擾性不強(qiáng)，瞬態(tài)電信號(hào)的處理速度相對(duì)緩慢，無(wú)法獲得十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。大量復(fù)雜的線纜系統(tǒng)造成空間被大量占用，在產(chǎn)生快速變換電流過(guò)程中不能科學(xué)定位信號(hào)。同時(shí)，DSC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)相對(duì)分散，在采集發(fā)電廠相關(guān)數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要投入大量人力物力[3]。

2 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)的主要特征

隨著電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，逐漸凸顯功能多樣化、集成程度豐富、綜合能力強(qiáng)大的特征，在信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的大力推廣和綜合應(yīng)用下，計(jì)算機(jī)作為電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施載體，得到電力系統(tǒng)的廣泛認(rèn)可。

電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)涵蓋諸多領(lǐng)域，由多種技術(shù)綜合構(gòu)成，這些關(guān)鍵技術(shù)能夠在電力系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用，尤其在發(fā)電廠自動(dòng)化控制過(guò)程中產(chǎn)生十分重要的作用。

目前，發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要通過(guò)電力調(diào)度系統(tǒng)、電力通信管理系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、傳輸和使用中的自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其在變電站自動(dòng)控制過(guò)程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是電網(wǎng)運(yùn)行的核心[4]。

3 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)是發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)的主要內(nèi)容，是現(xiàn)代化電力工作的核心。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)以信息技術(shù)為載體，主要依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助和支持。

目前，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化主站的發(fā)展受到智能電網(wǎng)框架思想的影響，在經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的大背景下，逐漸從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向智能化方向過(guò)渡，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)元件需要，將收集信息同步反饋至發(fā)電廠，便于實(shí)時(shí)分析有效信息，控制和協(xié)調(diào)電網(wǎng)運(yùn)行，主要目的在于改善電力的傳送速率和使用效率，提高可靠性和安全性。

因此，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)能夠解決電力系統(tǒng)中的常見(jiàn)故障，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益[5]。

3.2 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3.2.1 ECS系統(tǒng)概述

ECS系統(tǒng)屬于信息化技術(shù)和電氣自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、信號(hào)采集處理技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)和繼電保護(hù)技術(shù)，測(cè)量、控制、監(jiān)控、維護(hù)和處理分析故障，保護(hù)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、變壓設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、反饋線等電氣設(shè)備和電氣自動(dòng)化裝置。ECS系統(tǒng)主要采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架，將系統(tǒng)自下而上分為站控層、通信管理層和間隔層。

站控層主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（WEB）、運(yùn)行+監(jiān)視+維護(hù)工作站等硬件。

通信管理層為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，可以加入通信管理裝置完成通信管控和規(guī)約轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)通信接收、發(fā)送、規(guī)約轉(zhuǎn)化等功能，通信協(xié)議采用電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)不同設(shè)備互聯(lián)，硬件上支持多種通信接口，軟件上具有規(guī)約庫(kù)，支持多種類型標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

間隔層按照一次設(shè)備組織，間隔層設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量、控制、保護(hù)、通信、錄波等基本功能，通過(guò)完成特殊功能，實(shí)現(xiàn)信息的共享、保護(hù)、監(jiān)控功能，簡(jiǎn)化二次回路，節(jié)省系統(tǒng)投資，極大程度減少主控面積，節(jié)約控制電纜使用數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性和延展性。

3.2.2 ECS系統(tǒng)主要特征和功能

ECS系統(tǒng)主要采用站控層和通信管理層的組態(tài)一體化設(shè)計(jì)，充分保證組態(tài)調(diào)試一次性完成，在調(diào)試過(guò)程中更加方便快捷，使調(diào)試工作更加簡(jiǎn)單高效，符合人體工程學(xué)的操作習(xí)慣，滿足工作人員在最短時(shí)間內(nèi)調(diào)試的需要。

這種一體化設(shè)計(jì)綜合考慮系統(tǒng)的通信功能，提高系統(tǒng)的信息傳播速度，能夠保證組態(tài)調(diào)試的高效率，實(shí)現(xiàn)站控層、通信層、間隔層通信的高速傳輸，通過(guò)開(kāi)放DCS接口、SIS接口和MIS接口，節(jié)約成本高昂的變送器和通信線纜，通過(guò)先進(jìn)可靠的電氣裝置保證通訊功能不受限制且獨(dú)立運(yùn)行，確保系統(tǒng)安全可靠。

ECS系統(tǒng)的間隔層采用可靠先進(jìn)的容錯(cuò)控制技術(shù)，控制測(cè)控裝置保護(hù)和自動(dòng)化電氣裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的保密功能和電磁干擾屏蔽功能，提高系統(tǒng)的抗外界干擾能力。

為維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通暢無(wú)阻，ECS系統(tǒng)通過(guò)可靠先進(jìn)的冗余控制技術(shù)，確保雙現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)、站控層雙以太網(wǎng)等措施能夠獨(dú)立運(yùn)行，科學(xué)保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和順暢程度。

ECS系統(tǒng)中，為快速實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的修正和硬件故障的高效處理，ECS系統(tǒng)通過(guò)自我診斷、恢復(fù)功能提高系統(tǒng)的恢復(fù)能力，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，促使系統(tǒng)間隔層、通信管理層和站控層具備相應(yīng)的錯(cuò)誤診斷處理功能。

在電氣控制系統(tǒng)通信管理層和站控層的通信過(guò)程中使用性能更加優(yōu)秀的DSP和多CPU智能化結(jié)構(gòu)的硬件系統(tǒng)，結(jié)合嵌入式實(shí)時(shí)任務(wù)操作系統(tǒng)，提高電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，全面優(yōu)化數(shù)據(jù)處理速率。

ECS系統(tǒng)站控層使用100 M/1 000 M的工業(yè)以太網(wǎng)，配備適應(yīng)控制應(yīng)用的高性能交換機(jī)、網(wǎng)管等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，構(gòu)成強(qiáng)大的通信平臺(tái)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)庫(kù)和商業(yè)數(shù)據(jù)挖掘處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制，為發(fā)電廠快速訪問(wèn)數(shù)據(jù)奠定良好基礎(chǔ)。

ECS系統(tǒng)采用雙通道的傳輸模式高效實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，通過(guò)支持以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN總線等，提高通信使用程度，及時(shí)處理運(yùn)行中的故障，維護(hù)時(shí)不需要電源切換就可以保障電氣設(shè)備系統(tǒng)的連續(xù)性[6]。

4 發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 集中式監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

集中監(jiān)控是保障數(shù)據(jù)中心可用性的第一道防線，主要通過(guò)管理技術(shù)，監(jiān)控發(fā)電廠基礎(chǔ)設(shè)施和IT基礎(chǔ)架構(gòu)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)并告知故障和異常，快速收集與整理監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，將其作為容量管理、事件管理、問(wèn)題管理和符合性管理的分析基礎(chǔ)。

發(fā)電廠應(yīng)用集中式監(jiān)控技術(shù)，通過(guò)對(duì)應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠提高電氣工程的運(yùn)行效率和質(zhì)量，這一點(diǎn)區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)潔的維護(hù)操作模式降低對(duì)工作環(huán)境的要求，切實(shí)提高發(fā)電廠的管控水平。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)主要由TCP/IP和網(wǎng)絡(luò)組播（Multicast）技術(shù)提供支持，采用技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力優(yōu)秀的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀器和設(shè)備，全面規(guī)劃遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由系統(tǒng)子站和調(diào)度中心主站組成，通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行日常設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)通信功能、數(shù)據(jù)管理功能，同時(shí)擁有系統(tǒng)自檢功能、系統(tǒng)顯示功能，減少人力和工程成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同地點(diǎn)的監(jiān)控。

遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)通過(guò)優(yōu)秀的監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)防雷、抗干擾功能，準(zhǔn)確提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量，彌補(bǔ)在電氣自動(dòng)化運(yùn)行中產(chǎn)生的盲區(qū)。

一旦發(fā)電廠規(guī)模較大或發(fā)電機(jī)組所在區(qū)域相對(duì)特殊，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用受到現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的嚴(yán)重干擾，造成遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)實(shí)施成本顯著上升，大型發(fā)電廠對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較少，小型發(fā)電廠對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用比較常見(jiàn)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）技術(shù)是發(fā)電廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)，能夠溝通現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備間及其和更高控制管理層次間的聯(lián)系，因此，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)適用于開(kāi)放式、全分布控制系統(tǒng)，能夠解決發(fā)電廠智能化儀器儀表、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和更高級(jí)別控制系統(tǒng)間的信息傳遞問(wèn)題，因而受到多方面的高度重視。

發(fā)電廠通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)默F(xiàn)場(chǎng)勘查，可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行布局和裝配，建立現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控體系，提高電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行效率和質(zhì)量，進(jìn)而控制成本。

在現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠合理監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，對(duì)應(yīng)處理單一故障，降低故障對(duì)工程的影響，使發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用更加具有時(shí)效性和針對(duì)性，成為國(guó)內(nèi)電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)[7]。

5 優(yōu)化發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)路徑

隨著電氣自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，自動(dòng)化控制需要逐步拓展自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模、優(yōu)化編程控制技術(shù)、改進(jìn)集散控制技術(shù)和FCS控制技術(shù)等路徑，改革優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠管理和管理現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)縫銜接，促使電氣自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生真正的價(jià)值，充分節(jié)約運(yùn)行成本，提高發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。

發(fā)電廠的電力設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行?；陔姎庾詣?dòng)化設(shè)備的特點(diǎn)，發(fā)電廠要建立長(zhǎng)期的運(yùn)維機(jī)制，通過(guò)定期檢查，優(yōu)化發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)，加大運(yùn)維力度，認(rèn)真對(duì)待機(jī)組故障，通過(guò)及時(shí)檢修維護(hù)消除存在的安全隱患，避免產(chǎn)生不可挽回的損失[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠作為工業(yè)發(fā)展的重要源頭和基礎(chǔ)，能夠?qū)?guó)家民生和社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生十分重要的推動(dòng)作用。隨著電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)的大范圍應(yīng)用，電氣自動(dòng)化涉及領(lǐng)域逐漸多元化，技術(shù)更新趨向多極化，通過(guò)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的升級(jí)改造，能夠提高發(fā)電廠管理水平，減少機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生頻次，強(qiáng)化發(fā)電廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)效益。

因此，為更加適應(yīng)社會(huì)需求，發(fā)電廠可以通過(guò)加大資金投入、充分應(yīng)用自動(dòng)化控制設(shè)備、提高工作人員綜合素質(zhì)等手段升級(jí)電氣自動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)發(fā)電廠可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 任武杰.電廠電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的分析[J].礦業(yè)裝備，2021（1）：150-151.

[2] 術(shù)勇剛.電氣自動(dòng)化在機(jī)電工程中應(yīng)用的探究[J].時(shí)代汽車，2021（5）：17-18.

[3] 龐明軒.電廠電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用綜述[J].科學(xué)咨詢，2021（6）：97.

[4] 田英寶，李一多.智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化方面的應(yīng)用分析[J].電子樂(lè)園，2019（3）：228.

[5] 任秀麗，范永華.基于電廠設(shè)備電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能控制研究[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)，2019（20）：25.

[6] 于志強(qiáng).電氣自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].創(chuàng)新應(yīng)用，2021（1）：156-157.

[7] 蔡杰琛.淺談電氣自動(dòng)化技術(shù)在水電站發(fā)電中的應(yīng)用與創(chuàng)新[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2021（1）：36-38.

[8] 呂超.電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2020（4）：43-45.