電氣自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
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摘要：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要組成部分。伴隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，它在電力系統(tǒng)中起到的作用越來(lái)越顯著。文章就其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了闡述和簡(jiǎn)單的探討。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);自動(dòng)化技術(shù);應(yīng)用
自動(dòng)化技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，它和控制論、信息論系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著十分密切的關(guān)系。電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化采用的是分層控制的操作的方式，即在調(diào)度所、控制所和發(fā)電廠、變電站的各組織分層間，按所管轄功能范圍分擔(dān)和綜合協(xié)調(diào)控制功能。以達(dá)到系統(tǒng)合理經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行目的的控制系統(tǒng)。
一 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)
1.電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化 。
電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)包括控制中心、主站系統(tǒng)、廠站端(RTU)和信息通道四大部分。根據(jù)所完成功能的不同，可以將此系統(tǒng)劃分為信息采集和執(zhí)行子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)和人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)。主要包括：數(shù)據(jù)采集和控制(SCADA)、發(fā)電自動(dòng)控制(AGC)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行(EDC)、電網(wǎng)靜態(tài)安全分析(SA)以及調(diào)度員培訓(xùn)模擬(DTS)在內(nèi)的能量管理系統(tǒng)。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的主要功能是電力生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力負(fù)荷予測(cè)、自動(dòng)發(fā)電控制(省級(jí)電網(wǎng)以上)、自動(dòng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度(省級(jí)電網(wǎng)以上)并適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的需求等。
縣級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心設(shè)備規(guī)模一般要比地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度小，并且工作站、服務(wù)器一般選用工業(yè)或普通商用 PC機(jī)。
地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度是指城市供電網(wǎng)的調(diào)度，調(diào)度功能和調(diào)度范圍要比大區(qū)電網(wǎng)和省級(jí)電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度不對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行控制，主要對(duì)供電網(wǎng)內(nèi)的各級(jí)變電站和配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證安全可靠供電。
國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度和大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)設(shè)備配備比省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的規(guī)模大，服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備容量大，功能性應(yīng)用軟件也有差別。
2.變電站自動(dòng)化 。
電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線(xiàn)路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶(hù)的主要環(huán)節(jié)。變電站自動(dòng)化的目的是取代人工監(jiān)視和電話(huà)人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對(duì)變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運(yùn)行水平。變電站自動(dòng)化的內(nèi)容就是對(duì)站內(nèi)運(yùn)行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點(diǎn)是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備;二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計(jì)算機(jī)電纜或光纖代替電力信號(hào)電纜;操作監(jiān)視實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)屏幕化;運(yùn)行管理、記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化除了滿(mǎn)足變電站運(yùn)行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
3.發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng) (DCS) 。
發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過(guò)程控制單元(PCU)、運(yùn)行員工作站(OS)、工程師工作站(ES)和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))組成。
過(guò)程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能l/O模件組成。MCU模件通過(guò)冗余的l/O總線(xiàn)與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過(guò)程，接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和打印以及輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。
運(yùn)行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機(jī)接口。運(yùn)行員工作站接收PCU發(fā)來(lái)的信息和向PCU發(fā)出指令，為運(yùn)行操作人員提供監(jiān)視和控制機(jī)組運(yùn)行的手段。工程師工作站為維護(hù)工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護(hù)等手段。
二 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展
1.電力一次設(shè)備智能化 。
常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點(diǎn)一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強(qiáng)信號(hào)電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實(shí)現(xiàn)，省卻大量電力信號(hào)電纜和控制電纜，通常簡(jiǎn)述為一次設(shè)備自帶測(cè)量和保護(hù)功能。如常見(jiàn)的"智能化開(kāi)關(guān)"、"智能化開(kāi)關(guān)柜"、"智能化箱式變電站"等。
2.電力一次設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè) 。
對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過(guò)度提供保障。
3.光電式電力互感器 。
電力互感器是輸電線(xiàn)路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線(xiàn)路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量。其缺點(diǎn)是隨電壓等級(jí)的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大;信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號(hào)畸變;互感器的輸出信號(hào)不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備接口。因此不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國(guó)際電工協(xié)會(huì)已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)也有大專(zhuān)院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。
目前主要問(wèn)題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關(guān)鍵技術(shù)是，光電互感器輸出的信號(hào)比電磁式互感器輸出的信號(hào)要小得多，一般是毫安級(jí)水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過(guò)較長(zhǎng)的電纜線(xiàn)送給測(cè)控和保護(hù)裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件 、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點(diǎn)之一。
4.適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測(cè)控裝置 。
電力系統(tǒng)采用光電互感器技術(shù)后，與之相關(guān)的二次設(shè)備，如測(cè)控設(shè)備，繼電保等裝置的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內(nèi)部的隔離互感器、A/D轉(zhuǎn)換電路及部分信號(hào)處理電路，從而提高了裝置的響應(yīng)速度。但需要解決的重要關(guān)鍵技術(shù)是為滿(mǎn)足數(shù)值計(jì)算需要對(duì)相關(guān)的來(lái)自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實(shí)現(xiàn)同步采樣，其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。
自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛而深入，這也使電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生翻天覆地的變化，新技術(shù)新理論的應(yīng)用使一些概念不斷被更新和修正，傳統(tǒng)的技術(shù)界線(xiàn)逐漸模糊，各種原來(lái)看似不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)會(huì)彼此融合和滲透，這些推動(dòng)著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷發(fā)展和變化。
參考文獻(xiàn)
[1] 李帆.自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用淺探.電力與能源，2010.21.
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