電力工程中的電力自動化技術的運用

何 婧

(四川利泰能源集團有限責任公司,四川 廣元 628000)

0 引言

在現代電力工程智能電網的應用和運維工作中,電力自動化技術發(fā)揮著至關重要的應用優(yōu)勢,尤其是在智能電網的電力調度工作中,電力自動化技術與電力自動化調度系統(tǒng)更是發(fā)揮著非常顯著的應用優(yōu)勢。通過網絡技術,可實現智能電網中各類信息數據的實時、有效傳輸,盡最大限度避免各類干擾因素對電力工程線路與設備運行數據傳輸的不良影響,以此來保障電力通信效果。

1 電力工程智能電網與自動化技術

1.1 智能電網

在現代電力工程的建設、運行及其發(fā)展中,智能電網已經得到了廣泛應用。就目前的智能電網來看,其主要的功能架構包括應用層、平臺層以及操作層3個,每兩個層級之間都具有良好的相互配合與相互交融關系[1]。在應用層中,主要的應用功能有狀態(tài)分析、負荷預測、電力調度、安全分析、實時監(jiān)測以及故障診斷等;在平臺層中,主要的應用功能有數據分析、數據傳輸、系統(tǒng)管理以及系統(tǒng)設置等;操作層就是用戶端操作系統(tǒng),其主要功能是為人機交互提供支持。

1.2 自動化技術

目前,電力工程智能電網的自動化技術應用主要包括計算機技術、PLC自動化控制技術和網絡技術這3種。通過計算機技術可全面監(jiān)測電力工程中各個線路、設備等的實際運行狀態(tài),并通過實際運行狀態(tài)及其參數的分析來合理優(yōu)化其運行方式。通過PLC自動化控制技術,可對電力工程智能電網中的各類設備運行參數進行實時采集,并將采集到的數據進行科學、全面地整理,通過實際參數與原始設定參數的對比來判斷各個線路設備的實際運行狀態(tài),及時發(fā)現其運行異常情況,并及時將相應的自動化控制指令傳遞給現場執(zhí)行裝置,以此來實現智能電網的自動化與柔性化控制[2]。

電力自動化技術在電力工程智能電網中的主要應用方向有很多,包括發(fā)電廠、變電站、電網調度、電氣設備運維以及繼電保護測控等。電網調度是最受關注的一個應用方向?；诖?在當今電力工程與自動化技術的協同發(fā)展下,關于智能電網中的自動化調度技術及其系統(tǒng)應用也越來越為當今電力行業(yè)所關注。

2 電力自動化技術在電力工程中的主要應用模式

2.1 集中化控制模式

在電力自動化技術的具體應用中,集中化控制模式指的是需要對采集到的信息進行轉化,并結合實際情況來分析這些信息[3]。為達到這一目標,技術人員需要將電力工程中的一次設備與二次設備用線纜連接到一起,以此來組成一個一次與二次集中形式的供電系統(tǒng),并通過自動化技術與自動化系統(tǒng)對其實施集中控制。通過這樣的方式,實現電氣設備響應速度的顯著提升。

然而,在實際運行中,電力自動化技術在集中化控制模式中仍存在一些問題。電力自動化技術的集中化控制模式對控制系統(tǒng)本身的要求很高,一旦控制系統(tǒng)出現故障,整個電力系統(tǒng)就會受到影響。

2.2 分層分布控制模式

在通過分層分布模式進行電力自動化控制時,技術人員需要將現代智能電網控制中的基本邏輯原則作為依據,按照間隔層、通信層以及站級監(jiān)控層對電力自動化系統(tǒng)進行劃分。間隔層主要由控制單元組成,其主要功能是調度和管理設備開關,為電力設備運行的穩(wěn)定性提供良好保障。通信層在整體模式中屬于最為核心的層次,其主要應用功能是傳輸電力數據,使智能電網各個設備之間保持有效連接,并使其信息傳輸更具穩(wěn)定性。監(jiān)控層的主要應用功能是收集和整理電力數據,并將其上傳給自動監(jiān)控終端,以此來確保整體智能電網運行的穩(wěn)定性。

然而,在實際運行中,電力自動化技術在分層分布控制模式中仍存在一些問題,由于分層分布模式的層次結構復雜,不同層次設備之間的通信和數據交換容易出現混亂,導致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。

3 電力自動化技術在電力工程智能電網調度中的實踐應用

就目前的電力工程智能電網來看,電網調度是電力自動化技術最為關鍵的一個應用方向[4]。以下便是對電力自動化技術條件下的智能電網自動化調度系統(tǒng)設計及其應用所進行的分析。

3.1 自動化調度系統(tǒng)整體結構

在當前的智能電網中,自動化調度系統(tǒng)主要由工頻電源、調度信號模塊、變頻器、高頻整流模塊、負載模塊以及電壓補償模塊組成。其中,變頻器的主要應用功能是電源轉換,也可以借助于調度信號模塊來發(fā)送相應的調度信號。高頻整流模塊的主要應用功能是將信號模塊中的電能轉變成直流電,以此來負責負載模塊的電能供應。調度信號模塊是該系統(tǒng)中最為關鍵的組成模塊,此模塊可按照發(fā)射與接收兩部分進行劃分,各部分的主要組成結構都是負載線圈、信號線圈以及激勵線圈,其調度信號的發(fā)送與接收都通過信號線圈磁共振的方式來完成。

3.2 信號接收模塊設計

在自動化調度系統(tǒng)中,信號接收模塊是一個至關重要的組成模塊。該模塊的主要組成部分有整流電路、接收線圈、負載線路以及濾波電路。其中的整流電路以及濾波電路都屬于高頻整流模塊的主要組成部分[5],其主要原理是通過信號接收線圈來自動進行能量采集,然后將其轉換成電壓,之后再借助于整流電路使電壓轉變成穩(wěn)定形式的脈沖電壓,最后再借助于濾波器來處理脈動電壓,使直流電壓足夠穩(wěn)定并將其傳輸給負載線圈。

整流電路的主要功能是實現直流電和交流電的相互轉化。通常情況下,該系統(tǒng)設計時應采用若干個二極管組成的橋式整流電路,此種電路不需要設置變壓器,可在保障電流性能的基礎上有效節(jié)約成本。但因為整流電路中的整流電流以及整流電壓都具有較大的波動性,所以在整流電路的具體設計中,設計者還需要通過濾波器來處理其中的電流和電壓。在該模塊的具體設計中,將確定的電容參數與電感參數作為參考依據,設計者便可對濾波器的型號及其規(guī)格等做出合理選擇,以此來充分發(fā)揮濾波器的應用優(yōu)勢,滿足該系統(tǒng)信號接收模塊的實際應用需求。

3.3 信號發(fā)射模塊設計

在電力自動化調度系統(tǒng)中,信號發(fā)射模塊也是一個非常重要的組成部分。因此,設計者也需要對該模塊的設計做到足夠重視。具體設計中,為避免電路耦合能耗過大以及諧波情況的干擾,設計者需要將信號發(fā)射模塊中的電路設計為三點式振蕩形式的電容電路。電力自動化調度系統(tǒng)信號發(fā)射模塊中的三點式振蕩電容電路,如圖1所示。

在該電路中,限制波形調節(jié)電路的主要組成部分包括三極管以及R2和R4兩個滑動電阻?；诖?在該系統(tǒng)的實際應用中,技術人員可通過調節(jié)R2以及R3的方式來進行波形調整。選頻網絡的主要組成部分包括C10、C15以及L1,其選頻網絡因數Q可由損耗電阻和諧振回路電路中的寄生電阻計算得出。如果Q值大于1,則其振動頻率(f)需按照公式(1)進行計算：

(1)

基于此,在自動化電力調度系統(tǒng)的具體設計及其應用中,設計者和操作人員只需要對C10、C15以及L1的參數值進行合理調節(jié),便可使整體系統(tǒng)達到自動化頻率調節(jié)的應用效果。

3.4 無功電壓補償模塊設計

在對電力工程智能電網進行自動化調度的過程中,由于受到各方面因素的不良影響,智能電網中的電纜往往很容易存在電壓失衡問題。為避免此類問題的發(fā)生,設計者需要在該系統(tǒng)中設置一個無功電壓補償模塊,并通過該模塊使失衡的電壓得到及時、有效地恢復。

在自動化調度系統(tǒng)中,電力線路中的電壓恢復主要組成部分是兩個頻率不同的信號組。而在恢復時間的不斷延長中,其電壓幅值也會產生相應的變化[6]?；诖?為實現智能電網電壓失衡問題的有效解決,在具體的自動化調度系統(tǒng)設計中,設計者應根據其具體的電壓恢復變化過程,對其實際的無功補償需求做出科學確定。然后,再以此為依據,將相應的無功補償裝置合理應用其中,通過PLC自動化控制技術、通信網絡以及主控計算機之間協調合作的方式對無功補償裝置的應用情況實施自動化控制,以此來滿足智能電網自動化調度中的無功電壓補償需求。

3.5 自動化調度系統(tǒng)應用效果分析

通過上述方法完成了電力工程智能電網中的自動化調度系統(tǒng)設計之后,為驗證該系統(tǒng)的應用效果,設計者特將其投入某市的智能電網中進行試運行,分析其在智能電網電壓失衡監(jiān)測與恢復中的應用效果,并通過多組試驗的方式對該系統(tǒng)與分布式自動化系統(tǒng)以及嵌入式自動化系統(tǒng)的應用效果進行了對比,以此來判斷該系統(tǒng)的有效性。表1是本次試驗中電力自動化調度系統(tǒng)與嵌入式、分布式自動化系統(tǒng)在某市智能電網電壓失衡監(jiān)測和恢復中的應用效果對比情況。

表1 電網電壓失衡監(jiān)測和恢復中的應用效果對比情況 單位：%

通過以上試驗數據對比分析可知,相比較未進行自動化調度而言,在將自動化技術應用到電力工程智能電網之后,電網中的電壓失衡故障發(fā)生率都有所降低。但相比較嵌入式調度與分布式調度系統(tǒng)的應用而言,在將本次所研究的自動化電力調度系統(tǒng)投入應用之后,其所在的智能電網電壓失衡故障發(fā)生率較另兩種系統(tǒng)應用的故障發(fā)生率顯著降低?？梢?相較傳統(tǒng)的電力自動化調度系統(tǒng),本次研究的自動化電力調度系統(tǒng)在智能電網電壓失衡情況恢復方面更具應用優(yōu)勢。

4 結語

綜上所述,在現代電力工程智能電網的應用和運維工作中,電力自動化技術發(fā)揮著至關重要的應用優(yōu)勢,尤其是在智能電網的電力調度工作中,電力自動化技術與電力自動化調度系統(tǒng)更是發(fā)揮著非常顯著的應用優(yōu)勢。因此,自動化電力調度系統(tǒng)對于現代電力工程運行質量的提升及其自動化與智能化發(fā)展都將十分有利,從而可有效促進現代電力服務質量的提升,盡最大限度滿足當前社會實際的用電需求。