電氣自動化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
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摘要：電網(wǎng)調(diào)度自動化是電力系統(tǒng)自動化的主要組成部分。伴隨著科技的進步與社會的發(fā)展，自動化技術(shù)作為一門綜合性技術(shù)，它在電力系統(tǒng)中起到的作用越來越顯著。文章就其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用與發(fā)展進行了闡述和簡單的探討。
關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);自動化技術(shù);應(yīng)用
自動化技術(shù)作為一門綜合性技術(shù)，它和控制論、信息論系統(tǒng)工程、計算機技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動控制等都有著十分密切的關(guān)系。電力系統(tǒng)綜合自動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。以達到系統(tǒng)合理經(jīng)濟可靠運行目的的控制系統(tǒng)。
一 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)
1.電網(wǎng)調(diào)度自動化 。
電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(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)電自動控制(AGC)、經(jīng)濟調(diào)度運行(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)度自動化的主要功能是電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負荷予測、自動發(fā)電控制(省級電網(wǎng)以上)、自動經(jīng)濟調(diào)度(省級電網(wǎng)以上)并適應(yīng)電力市場運營的需求等。
縣級電網(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。
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)和省級電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度不對發(fā)電廠進行控制，主要對供電網(wǎng)內(nèi)的各級變電站和配電網(wǎng)進行實時監(jiān)控，保證安全可靠供電。
國家電網(wǎng)調(diào)度和大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機設(shè)備配備比省級電網(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.變電站自動化 。
電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的主要環(huán)節(jié)。變電站自動化的目的是取代人工監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設(shè)備進行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機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，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化;運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重要環(huán)節(jié)。
3.發(fā)電廠分散測控系統(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)，由過程控制單元(PCU)、運行員工作站(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模件通過冗余的l/O總線與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進行運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。
運行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發(fā)來的信息和向PCU發(fā)出指令，為運行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段。工程師工作站為維護工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護等手段。
二 電力系統(tǒng)自動化的發(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)備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號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)計時考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設(shè)備自帶測量和保護功能。如常見的"智能化開關(guān)"、"智能化開關(guān)柜"、"智能化箱式變電站"等。
2.電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測 。
對電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設(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)檢修過度提供保障。
3.光電式電力互感器 。
電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表直接測量的標(biāo)準數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大;信號動態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設(shè)備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準。國內(nèi)也有大專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比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進行一體化設(shè)計。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)難點之一。
4.適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置 。
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)是為滿足數(shù)值計算需要對相關(guān)的來自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實現(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。
自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛而深入，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)界線逐漸模糊，各種原來看似不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)會彼此融合和滲透，這些推動著電力自動化系統(tǒng)的不斷發(fā)展和變化。
參考文獻
[1] 李帆.自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用淺探.電力與能源，2010.21.
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