姚伯巖等

摘要： 邁入21世紀(jì)以來，電力工程及其自動(dòng)化的技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。電力工程及其自動(dòng)化是工業(yè)發(fā)展的有力助手，它的發(fā)展能為工業(yè)，甚至社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來源源不斷的動(dòng)力。雖然，目前的電力工程及其自動(dòng)化的發(fā)展與建設(shè)存在著這樣或那樣的問題，但總的前進(jìn)趨勢(shì)是不可逆轉(zhuǎn)的。本文對(duì)此進(jìn)行一個(gè)分析闡述。

關(guān)鍵詞： 電力工程；自動(dòng)化；技術(shù)；發(fā)展；問題；趨勢(shì)；分析

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）05-0028-02

1 概述

電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化是隨著電力工業(yè)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的應(yīng)用型基礎(chǔ)學(xué)科。研究方向主要有電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制理論、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、直流輸電技術(shù)、電力系統(tǒng)在線監(jiān)視與控制技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)等。專業(yè)應(yīng)用范圍包括電力系統(tǒng)運(yùn)行分析與控制、電力市場(chǎng)分析、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、繼電保護(hù)、信息管理、電力企業(yè)管理現(xiàn)代化、廠站自動(dòng)化和智能化儀器儀表在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等方面。電力自動(dòng)化需要具備堅(jiān)實(shí)的電氣工程學(xué)科基本理論知識(shí)，能在電力工程、電氣自動(dòng)化工程及其他行業(yè)從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化的研究、設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理等方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。

生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的領(lǐng)域，比如自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)和控制，系統(tǒng)和元件的自動(dòng)安全保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)信息的自動(dòng)傳輸?shù)取Ｋ哪繕?biāo)就是保證供電的電能質(zhì)量（頻率和電壓）、系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效能。

建立電力工程及其自動(dòng)化的通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以優(yōu)化資源配置，使商業(yè)之間的信息交流得到準(zhǔn)確性和安全性的保證。一個(gè)企業(yè)包括設(shè)備控制，技術(shù)監(jiān)管，企業(yè)管理等許多步驟，要想使這些步驟得到資源的合理化配置，就要使這些系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。通過建立電力工程及其自動(dòng)化的通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)得到高效，快捷的交換，促使整個(gè)企業(yè)的優(yōu)化發(fā)展。只有電力工程及其自動(dòng)化的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接，電力工程及其自動(dòng)化的系統(tǒng)傳遞信息才會(huì)更安全，更高效。所以，在目前的電力工程及其自動(dòng)化的發(fā)展過程中，一定要實(shí)現(xiàn)程序接口的完美對(duì)接，從而減少開發(fā)工程的時(shí)間和費(fèi)用。

2 電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

電力系統(tǒng)是一個(gè)巨維數(shù)的典型動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)，它具有強(qiáng)非線性、時(shí)變性且參數(shù)不確切可知，并含有大量未建模動(dòng)態(tài)部分。電力系統(tǒng)地域分布廣闊，大部分元件具有延遲、磁滯、飽和等等復(fù)雜的物理特性，對(duì)這樣的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效控制是極為困難的。另一方面，由于公眾對(duì)新建高壓線路的不滿情緒日益增加，線路造價(jià)，特別是走廊使用權(quán)的費(fèi)用日益昂貴等客觀條件的限制，以及電力網(wǎng)的不斷增大，使得人們對(duì)電力系統(tǒng)的控制提出了越來越高的要求。正是由于電力系統(tǒng)具有這樣的特征，一些先進(jìn)的控制手段不斷地引入電力系統(tǒng)。它的主要設(shè)計(jì)思想為以下幾點(diǎn)。

2.1 集中監(jiān)控方式 集中監(jiān)控方式不但運(yùn)行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求也不高，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)也很容易。但由于這種方式是將系統(tǒng)的各個(gè)功能集中到一個(gè)處理器進(jìn)行處理，所以處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度也會(huì)受到一定的影響。由于電力設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，致使主機(jī)冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長(zhǎng)距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點(diǎn)經(jīng)常不到位，這也會(huì)造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線比較復(fù)雜，查線也不方便，而大大增加了維護(hù)量，還存在在查線或傳動(dòng)過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費(fèi)用、節(jié)約材料、可靠性高和組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)。但由于各種現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊速度不是很高，使得電廠電力部分通訊量相對(duì)又比較大，所以這種方式大都用于小系統(tǒng)監(jiān)控，而在全廠的電力自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建中卻不適用。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加具有針對(duì)性，對(duì)于不同的間隔可以有不同的功能，這樣就可根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，節(jié)省了大量控制電纜，節(jié)約了很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。此外，各裝置的功能相對(duì)獨(dú)立，組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)具有可靠性而不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

3 電力系統(tǒng)調(diào)試策略的應(yīng)用

電站中裝置及智能設(shè)備安裝完畢，參數(shù)的設(shè)備設(shè)置完畢，終端裝置的通信規(guī)約的選項(xiàng)，調(diào)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立，等設(shè)備都已準(zhǔn)備完畢好后，就能用自動(dòng)變電站系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無人在值班的情況下進(jìn)行調(diào)試工作。

變電站自動(dòng)化調(diào)試主要包括兩個(gè)部分，一是本體調(diào)試，二是與調(diào)度聯(lián)調(diào)。這兩個(gè)也都有自己的應(yīng)用范圍，比如本體調(diào)試又分保護(hù)測(cè)控通訊調(diào)試、遙信信息調(diào)試、遙測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)試、遙控調(diào)試、ERTU（電量采集系統(tǒng)）通訊調(diào)試、VOC（電壓無功綜合控制系統(tǒng)）調(diào)試等等。而與調(diào)度聯(lián)調(diào)則包括104通道調(diào)試、上傳遙信信息調(diào)試、上傳遙測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)試、調(diào)度遙控功能調(diào)試等。

4 計(jì)算機(jī)技術(shù)在智能電力系統(tǒng)中作用

現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)信息化社會(huì)，任何事情要想取得發(fā)展都離不開計(jì)算機(jī)的支持，電力系統(tǒng)也是如此，電力系統(tǒng)要想取得發(fā)展，應(yīng)該注意計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化的結(jié)合，使計(jì)算機(jī)為智能電力系統(tǒng)的發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)，加快電力系統(tǒng)智能化的腳步。目前來說兩者結(jié)合的形成的一個(gè)最典型的技術(shù)就是智能電網(wǎng)技術(shù)，它實(shí)際上是我國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的準(zhǔn)備工作，換句話說，也可以說是智能電網(wǎng)的雛形。

智能電網(wǎng)在建設(shè)的過程中需要很多依托計(jì)算機(jī)的技術(shù)，典型的有智能電網(wǎng)的通信技術(shù)，需要先進(jìn)的現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，而且需要具備雙向性、實(shí)時(shí)性、可靠性的特征；有信息管理系統(tǒng)，也是完全依托計(jì)算機(jī)技術(shù)而存在的，信息管理系統(tǒng)可以說是計(jì)算機(jī)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，在各行各業(yè)中都有應(yīng)用，在智能電網(wǎng)中也不例外。endprint

電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，其功能是實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心和發(fā)電廠變電站間的實(shí)時(shí)信息傳輸。自動(dòng)傳輸系統(tǒng)由遠(yuǎn)動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通道組成。遠(yuǎn)動(dòng)通道有微波、載波、高頻、聲頻和光導(dǎo)通信等多種形式。遠(yuǎn)動(dòng)裝置按功能分為遙測(cè)、遙信、遙控三類。電力監(jiān)控系統(tǒng)借助現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)（包括：開關(guān)狀態(tài)，故障狀態(tài)和位置，電壓、電流、電度等實(shí)時(shí)變化的電氣參數(shù)，報(bào)警信號(hào)等）、事件記錄、波形記錄等數(shù)據(jù)，不斷地傳送至電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)（以后簡(jiǎn)稱監(jiān)控中心），并可以實(shí)施遙控命令，使運(yùn)行管理人員可以通過監(jiān)控中心全面了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況，準(zhǔn)確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析（包括負(fù)荷分析，電能消耗分析，電能質(zhì)量）。對(duì)于一些難于判斷的故障，可以通過波形記錄來幫助管理者分析故障原因。該電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括：系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、電能質(zhì)量監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制和操作記錄、事件報(bào)警和記錄、數(shù)據(jù)采集和歷史數(shù)據(jù)管理、各種報(bào)表打印、電能管理。

5 電力自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展研究方向

5.1 智能保護(hù)與變電站綜合自動(dòng)化 為了使電力自動(dòng)化系統(tǒng)的研究能跟上國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)該注重對(duì)電力系統(tǒng)智能保護(hù)和變電站綜合自動(dòng)化的研究，如此可以大大增加電力系統(tǒng)的安全水平。

5.2 電力市場(chǎng)理論與技術(shù) 要想使電力自動(dòng)化系統(tǒng)取得更大的發(fā)展，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電力市場(chǎng)理論和技術(shù)的研究，提出適合我國(guó)現(xiàn)階段電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式的具體數(shù)學(xué)模型和算法。

5.3 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) 如果要想為智能保護(hù)及靈活輸電系統(tǒng)的控制策略提供一流的實(shí)驗(yàn)條件，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的研究，它能夠有效的協(xié)助科研人員進(jìn)行新裝置的測(cè)試。

5.4 配電網(wǎng)自動(dòng)化 在中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電子載波ndlc、配網(wǎng)的模型及高級(jí)應(yīng)用軟件pas、地理信息與配網(wǎng)scada一體化方面取得了重大技術(shù)突破。

5.5 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 開展了電力電子裝置控制理論和控制算法、各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的行為和作用、靈活交流輸電系統(tǒng)、直流輸電的微機(jī)控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)、有源電力濾波技術(shù)、大容量交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)和新型儲(chǔ)能技術(shù)等方面的研究

5.6 電力系統(tǒng)分析與控制 應(yīng)該加強(qiáng)電力系統(tǒng)分析和控制的研究，比如在實(shí)時(shí)相角測(cè)量、小電流接地選線方法、潮流計(jì)算的收斂性、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化仿真、等方面進(jìn)行研究。

5.7 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制的智能化水平，應(yīng)該結(jié)合電力工業(yè)發(fā)展的需要，開展電力系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用的研究。

5.8 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù) 為了全面提高電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，開發(fā)出發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備、電容型設(shè)備和直流系統(tǒng)等主要電氣設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)。

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