電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

華能甘谷發(fā)電有限公司 王軍

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)及要求

1.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)分析

1.1.1 技術(shù)要求高，系統(tǒng)性強(qiáng)

電力系統(tǒng)自動(dòng)化具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，需要一定科技技術(shù)作為支撐。電力系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，從始端到終端包含內(nèi)容繁多，覆蓋范圍廣，對(duì)系統(tǒng)本身的容量和硬核支持技術(shù)要求非常高，需形成龐大完整的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)管到每個(gè)節(jié)點(diǎn)。電力自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的系統(tǒng)性，以前沿科技水平作為后盾，保障電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常穩(wěn)定。

1.1.2 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，實(shí)時(shí)監(jiān)控

電力系統(tǒng)自動(dòng)化的顯著特點(diǎn)便是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)控。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，管理者可對(duì)其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行隨時(shí)隨地的監(jiān)控，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)采集，這是電力系統(tǒng)自動(dòng)化有別于傳統(tǒng)人工管理最為鮮明的特點(diǎn)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)完整，數(shù)據(jù)采集無(wú)須人工參與，數(shù)據(jù)采集后直接導(dǎo)入運(yùn)算系統(tǒng)分析產(chǎn)生結(jié)果，高效低耗[1]。

1.1.3 完整的可追溯性

電力系統(tǒng)自動(dòng)化將電力行業(yè)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，形成完整的產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，并實(shí)時(shí)記錄產(chǎn)業(yè)網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀況，保證電力系統(tǒng)的自動(dòng)化可追溯性。在電網(wǎng)的運(yùn)行過(guò)程中，管理者可輕易地對(duì)全生產(chǎn)鏈或單個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行追溯，節(jié)省了處理特殊問(wèn)題的精力和成本。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，電力系統(tǒng)能用最少時(shí)間解決問(wèn)題，保障工業(yè)用電、居民用電不受影響。

1.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的技術(shù)要求

電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、系統(tǒng)性、穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的根本需求。自動(dòng)化系統(tǒng)有效調(diào)控電力系統(tǒng)各器件，保障各器件處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的電力供應(yīng)。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)收集各器件的工作數(shù)據(jù)，確保在安全的前提下，能夠有效進(jìn)行電網(wǎng)協(xié)調(diào)，將決策上報(bào)給操作人員。此外，自動(dòng)化技術(shù)可以及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)性電力中斷以及器件安全故障，能夠有效掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，強(qiáng)化了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)制，系統(tǒng)分析電網(wǎng)元器件的技術(shù)安全性以及經(jīng)濟(jì)節(jié)能方面的要求?；痣姀S電力系統(tǒng)自動(dòng)化注重操作人員以及監(jiān)管人員的管理培訓(xùn)，保障工作人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，要求其在工作中能夠按要求進(jìn)行設(shè)備操作以及元器件的調(diào)控，保障不同層級(jí)的器件有效協(xié)調(diào)，優(yōu)化資源，尋求最佳的電力系統(tǒng)供應(yīng)方式，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 電力數(shù)據(jù)分類(lèi)

在火電廠的電力自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，可以將數(shù)據(jù)分為兩種類(lèi)型。一種為原始數(shù)據(jù)，是指在發(fā)電廠運(yùn)行的過(guò)程中直接獲得的數(shù)據(jù)，也可被稱(chēng)為直接數(shù)據(jù)。另一種為再生數(shù)據(jù)，是指在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加工分析所得到的數(shù)據(jù)。從自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)看，電力數(shù)據(jù)可細(xì)化分為四種。其一為實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，是指直接來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，其具備存儲(chǔ)設(shè)備要求高、存儲(chǔ)量大、速度快的特點(diǎn)。其二為基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，是指電力自動(dòng)化系統(tǒng)中各電力設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)，是電力設(shè)備管理的關(guān)鍵。其三為工作數(shù)據(jù)，是指在火電廠的日常運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，也包括企業(yè)內(nèi)部管理形成的數(shù)據(jù)。其四為市場(chǎng)數(shù)據(jù)，是指整個(gè)電力行業(yè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。市場(chǎng)數(shù)據(jù)是我國(guó)電力行業(yè)朝市場(chǎng)化發(fā)展的一大指標(biāo)性數(shù)據(jù)，電力企業(yè)需要對(duì)市場(chǎng)中的情況進(jìn)行綜合的數(shù)據(jù)整理與分析[3]。

2.2 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)

在火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中電網(wǎng)調(diào)動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)十分關(guān)鍵，其主要是通過(guò)控制中心的計(jì)算機(jī)平臺(tái)以及其他控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)操作完成，能夠有效保障電力運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定性，更快地處理電力優(yōu)化配置問(wèn)題。電網(wǎng)調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)電力生產(chǎn)以及運(yùn)輸過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集以及監(jiān)控，能夠有效分析整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)施狀況進(jìn)行有效分析?？茖W(xué)有效的電網(wǎng)調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制以及經(jīng)濟(jì)調(diào)度，適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)行的發(fā)展需求，從而保障電力運(yùn)輸?shù)陌踩砸约胺€(wěn)定性，有效減少了運(yùn)輸成本，能夠使電網(wǎng)在物理極限的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，保障了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。就目前的狀況來(lái)看，我國(guó)的電網(wǎng)調(diào)度中心系統(tǒng)一般分為五個(gè)等級(jí)，其中包括國(guó)家級(jí)、網(wǎng)、局級(jí)、省級(jí)、地區(qū)級(jí)以及縣級(jí)。

2.3 GPRS監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用

電力監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩種。一種是對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的狀況進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)管，其中包括監(jiān)視、控制以及數(shù)據(jù)采集多個(gè)環(huán)節(jié)。這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)刷新，但是只能分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特征。另一種是對(duì)電磁暫態(tài)過(guò)程故障進(jìn)行有效控制，其特點(diǎn)是記錄時(shí)間短暫、數(shù)據(jù)復(fù)雜，記錄儀之間會(huì)由于通信不暢而無(wú)法對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行合理分析。這兩種監(jiān)控系統(tǒng)均存在不足，這就促使更加高效、便捷的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)生。智能監(jiān)控系統(tǒng)基于GPS 系統(tǒng)，由通信系統(tǒng)、中央信號(hào)處理系統(tǒng)以及同步定時(shí)系統(tǒng)組合而成，運(yùn)用GPS 系統(tǒng)達(dá)到光纖通信以及同步測(cè)量的作用。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化新技術(shù)的應(yīng)用

3.1 微機(jī)實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)

火電廠的電力系統(tǒng)要適應(yīng)信息技術(shù)的高速發(fā)展，從原有的人工看守模式轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)運(yùn)行模式，將原有的指示燈、報(bào)警器等轉(zhuǎn)換為微機(jī)實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)工作人員設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，憑借微機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)各裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一方面減輕了工作人員的工作量，另一方面能夠保障監(jiān)控安全有效。火電廠通過(guò)設(shè)置計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)，可以有效節(jié)約設(shè)備成本以及人工成本，編程人員將正常的工作值輸入到設(shè)備當(dāng)中，讓計(jì)算機(jī)對(duì)各層器件進(jìn)行有效控制。一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)層面對(duì)設(shè)備發(fā)布指令。引入微機(jī)實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)后，火電廠在人員配置方面可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，由一個(gè)工作人員通過(guò)軟件系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)設(shè)備，能夠有效提高工作效率。電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)線(xiàn)路如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)線(xiàn)路

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控及維護(hù)系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是指火電廠中的發(fā)電裝置，將自然界中的能源轉(zhuǎn)換為電能，通過(guò)配電裝置輸送到每個(gè)用電單位。在電力輸送的過(guò)程中，涉及傳輸數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)以及監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，通過(guò)自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)，能夠有效保障電力運(yùn)行的穩(wěn)定性以及電能的合理調(diào)度。遠(yuǎn)程監(jiān)控及維修系統(tǒng)，其性能優(yōu)越，能夠利用衛(wèi)星繼電保護(hù)裝置解決運(yùn)輸中的問(wèn)題，滿(mǎn)足了電力運(yùn)行穩(wěn)定性的需求，同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠大大提高綜合效益。隨著現(xiàn)階段我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷優(yōu)化發(fā)展，靈活的嵌入式系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到電力運(yùn)行的過(guò)程中，彌補(bǔ)了系統(tǒng)管理的不足，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化，能夠有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的綜合效率。

3.3 GIS技術(shù)與GPRS技術(shù)

電力自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中有效融合GPRS 系統(tǒng)以及GIS系統(tǒng)。GPRS系統(tǒng)是一種無(wú)線(xiàn)分組系統(tǒng)，能夠有效避免電力運(yùn)輸過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜毕?，?shí)現(xiàn)了自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于低壓配電控制以及遠(yuǎn)程抄表的需要，能夠把電表中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，從而有效控制電力運(yùn)行系統(tǒng)中的電力設(shè)備。針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力設(shè)備管理，GPRS 系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程控制偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站的運(yùn)行狀況，自動(dòng)讀取電表中的數(shù)據(jù)且自動(dòng)維護(hù)變電站的設(shè)備運(yùn)行狀況，從而達(dá)到節(jié)省人工成本的目的。GIS 系統(tǒng)融合了信息化地理信息管理以及維護(hù)平臺(tái)，能夠有效幫助工作人員對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行合理的空間設(shè)計(jì)。GIS 環(huán)境下電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 GIS環(huán)境下電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4 PLC技術(shù)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)的PLC技術(shù)如圖3所示。

圖3 電力系統(tǒng)的PLC技術(shù)

電力自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中的PLC 技術(shù)在數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)采集方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)智能操控，協(xié)調(diào)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況。PLC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)立板塊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，也可以進(jìn)行總線(xiàn)間的信號(hào)連接，能夠服務(wù)于整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能控制，保障各部門(mén)協(xié)調(diào)運(yùn)行，提高電力運(yùn)輸?shù)木C合效益。由于PLC 系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量控制并沒(méi)有結(jié)點(diǎn)數(shù)目的限制，因此工作人員可根據(jù)需求進(jìn)行自由拓展，使得工作更加高效、便利。PLC 技術(shù)具有數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)控制、閉環(huán)過(guò)程控制以及開(kāi)關(guān)量控制等多種功能，因此可以對(duì)連續(xù)量進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的自由轉(zhuǎn)換，同時(shí)運(yùn)用PID 模塊可以有效強(qiáng)化PLC 技術(shù)的功效，能夠在電力系統(tǒng)運(yùn)行中提供更加高效、高質(zhì)的技術(shù)保障[4]。

3.5 DMS系統(tǒng)的應(yīng)用

在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算發(fā)展的大背景下，火電廠電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展要尋求建立系統(tǒng)完備的DMS 系統(tǒng)，提高電力設(shè)備管理的綜合水平，優(yōu)化電力設(shè)備保護(hù)，在一定程度上降低停電事故的發(fā)生概率，進(jìn)而有效提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。火電廠要建立一套設(shè)備事故的處理機(jī)制，一旦出現(xiàn)事故，能夠盡量減少停電時(shí)間，進(jìn)而降低故障對(duì)于電力設(shè)備的影響。工作人員要及時(shí)掌握電力運(yùn)輸?shù)母鞣N參數(shù)以及電力系統(tǒng)的運(yùn)行綜合狀況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力的平衡以及負(fù)荷的有效監(jiān)控，達(dá)到節(jié)約用電、精準(zhǔn)預(yù)算的效果。同時(shí)，火電廠要積極構(gòu)建無(wú)人值守的電力系統(tǒng)綜合運(yùn)行管理機(jī)制，進(jìn)而達(dá)到減員增效的目的[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

火電廠電力自動(dòng)化系統(tǒng)可以幫助工作人員及時(shí)掌握功率、頻率、電壓等各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)于電能質(zhì)量、開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控以及電力負(fù)荷有明確分析。隨著智能電網(wǎng)以及超高壓輸電技術(shù)的迅猛發(fā)展，火電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)在其生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中越來(lái)越重要，自動(dòng)化技術(shù)將是未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向?；痣姀S在發(fā)展的過(guò)程中要巧妙融合自動(dòng)化技術(shù)、智能管理技術(shù)、通信技術(shù)以及信息技術(shù)，朝著自動(dòng)化、智能化的方向進(jìn)展?；痣姀S自動(dòng)化系統(tǒng)要以配電管理系統(tǒng)、自動(dòng)化技術(shù)、變電所綜合自動(dòng)化、電力系統(tǒng)調(diào)整為基石深入拓展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展，提高配電安全性、穩(wěn)定性，提升輸電綜合效益，轉(zhuǎn)變電力系統(tǒng)人員冗雜的問(wèn)題。