我國電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢分析

電力系統(tǒng)是一個地域分布遼闊，由發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)和用戶組成的統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。按照電能的生產(chǎn)和分配過程，電力系統(tǒng)自動化包括電網(wǎng)調(diào)度自動化、火力發(fā)電廠自動化、水力發(fā)電站綜合自動化、電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng)、電力系統(tǒng)反事故自動裝置、供電系統(tǒng)自動化、電力工業(yè)管理系統(tǒng)的自動化等7個方面，并形成一個分層分級的自動化系統(tǒng)。

一、電力系統(tǒng)自動化總的發(fā)展趨勢

1.當(dāng)今電力系統(tǒng)的自動控制技術(shù)正趨向于這幾個方面。

（1）在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。

（2）在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對多機(jī)系統(tǒng)模型來處理問題。

（3）在理論工具上越來越多地借助于現(xiàn)代控制理論。

（4）在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用。

（5）在研究人員的構(gòu)成上日益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。

2.整個電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展則趨向于這幾個方面。

（1）由開環(huán)監(jiān)測向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到AGC（自動發(fā)電控制）。

（2）由高電壓等級向低電壓擴(kuò)展，例如從EMS(能量管理系統(tǒng))到DMS（配電管理系統(tǒng)）。

（3）由單個元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如SCADA(監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集)的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展。

（4）由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動化的發(fā)展。

（5）裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護(hù)技術(shù)的演變。

（6）追求的目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵磁控制、潮流控制。

（7）由以提高運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)、效率為目標(biāo)向管理、服務(wù)的自動化擴(kuò)展，例如MIS（管理信息系統(tǒng)）在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

二、具有變革性重要影響的三項(xiàng)新技術(shù)

1.電力系統(tǒng)的智能控制。電力系統(tǒng)的控制研究與應(yīng)用在過去的40多年中大體上可分為3個階段：基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制階段;線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制階段；智能控制階段。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。特別適于那些具有模型不確定性、具有強(qiáng)非線性、要求高度適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。智能控制在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景，其具體應(yīng)用于快關(guān)汽門的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)控制，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵磁、電掣動、快關(guān)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多機(jī)系統(tǒng)中的ASVG（新型靜止無功發(fā)生器）的自學(xué)習(xí)功能等。

2.FACTS和DFACTS。

（1）FACTS概念的提出。電力系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要先進(jìn)的輸配電技術(shù)來提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，一種改變傳統(tǒng)輸電能力的新技術(shù)——柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)悄然興起。所謂“柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)”又稱“靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)”，簡稱FACTS，就是在輸電系統(tǒng)的重要部位，采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)（如電壓、相位差、電抗等）進(jìn)行調(diào)整控制，使輸電更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將電力電子技術(shù)、微機(jī)處理技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可靠性、可控性、運(yùn)行性能和電能質(zhì)量，并可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。

（2）FACTS的核心裝置ASVC的研究現(xiàn)狀。ASVC由二相逆變器和并聯(lián)電容器構(gòu)成，其輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。它不僅可校正穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓，而且可以在故障后的恢復(fù)期間穩(wěn)定電壓，因此對電網(wǎng)電壓的控制能力很強(qiáng)。與旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機(jī)相比，ASVC的調(diào)節(jié)范圍大，反應(yīng)速度快，不會響應(yīng)遲緩，沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備的機(jī)械慣性、機(jī)械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲。并且因?yàn)锳SVC是一種固態(tài)裝置，所以能響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)，也能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化，因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機(jī)。

（3）DFACTS的研究態(tài)勢。DFACTS是指應(yīng)用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)，它是Hingorani于1988年針對配電網(wǎng)中供電質(zhì)量提出的新概念。其主要內(nèi)容是對供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

3.基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS和動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS。目前應(yīng)用的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段，主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。前者記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統(tǒng)整體動態(tài)特性分析困難；后者數(shù)據(jù)刷新間隔較長，只能用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。兩者還具有一個共同的不足，即不同地點(diǎn)之間缺乏準(zhǔn)確地共同時間標(biāo)記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對全系統(tǒng)動態(tài)行為的分析。

（2）基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)。基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是新動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)與原有SCADA的結(jié)合。電力系統(tǒng)新一代動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)，主要由同步定時系統(tǒng)，動態(tài)相量測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號處理機(jī)四部分組成。采用GPS實(shí)現(xiàn)的同步相量測量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，為相量控制提供了實(shí)現(xiàn)的條件。GPS技術(shù)與相量測量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物——PMU（相量測量單元）設(shè)備，正逐步取代RTU設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓、電流相量測量（相角和幅值）。

三、結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進(jìn)入電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，而信息技術(shù)的發(fā)展，不僅會推動電力系統(tǒng)監(jiān)測的發(fā)展，也會推動電力系統(tǒng)控制向更高水平發(fā)展。