探討電力自動化的技術與發展

【摘 要】隨著我國電力工業、計算機技術、通信技術、功率電子技術和控制技術的發展，現代社會對供電系統的“安全、經濟、穩定、優質”等指標要求越來越高。同時對電力系統自動化技術的發展也提出了更高的要求。文章從電力系統自動化發展趨勢進行探討分析。

【關鍵詞】電力系統：發展趨勢：自動化

近現代計算機技術、通信技術、功率電子技術和控制技術日新月異，而且這些新技術逐漸由理論和實驗階段進入應用領域，這些都對電力自動化技術產生了巨大的影響。一些新的觀點和理論應運而生，電力自動化技術也隨之進入一個新的時期。

1 自動化總的發展趨勢

1.1 自動控制技術正趨向于

在控制策略上日益向最優化、適應化、智能化、協調化、區域化發展。 在設計分析上日益要求面對多機系統模型來處理問題。 在理論工具上越來越多地借助于現代控制理論。在控制手段上日益增多了微機、電力電子器件和遠程通信的應用，保證了控制操作的高可靠性。

1.2 自動化的發展則趨向于

由開環監測向閉環控制發展，例如從系統功率總加到AGC(自動發電控制)。由高電壓等級向低電壓擴展，例如從EMS(能量管理系統)到DMS(配電管理系統)。由單個元件向部分區域及全系統發展，例如SCADA(監測控制與數據采集)的發展和區域穩定控制的發展。由單一功能向多功能、一體化發展，例如變電站綜合自動化的發展。裝置性能向數字化、快速化、靈活化發展，例如繼電保護技術的演變。 追求的目標向最優化、協調化、智能化發展，例如勵磁控制、潮流控制。由以提高運行的安全、經濟、效率為完成向管理、服務的自動化擴展，例如管理信息系統在電力系統中的應用。

1.3 電網調度自動化

電網調度自動化是現代電力系統自動化的主要組成部分和核心內容， 它是信息技術、計算機技術及自動控制技術在電力系統中的應用。經過近20年的發展，電網調度自動化系統在電力系統的安全經濟運行中已經起著不可或缺的作用。

2 影響電力系統自動化的三項新技術

2.1 電力系統的智能控制

電力系統的控制研究與應用在過去的40多年中大體上可分為三個階段:基于傳遞函數的單輸入、單輸出控制階段;線性最優控制、非線性控制及多機系統協調控制階段;智能控制階段。電力系統控制面臨的主要技術困難有:

電力系統是一個具有強非線性的、變參數(包含多種隨機和不確定因素的、多種運行方式和故障方式并存的動態大系統。

智能控制在電力系統工程應用方面具有非常廣闊的前景，其具體應用有快關汽門的人工神經網絡適應控制，基于人工神經網絡的勵磁、電掣動、快關綜合控制系統結構，多機系統中的新型靜止無功發生器的自學習功能等。

2.2 FACTS和DFACTS

2.2.1 FACTS概念的提出

在電力系統的發展迫切需要先進的輸配電技術來提高電壓質量和系統穩定性的時候，一種改變傳統輸電能力的新技術——柔性交流輸電系統(FACTS)技術悄然興起。

柔性交流輸電系統是Flexible AC Transmission Systems中文翻譯，英文簡稱FACTS，指應用于交流輸電系統的電力電子裝置。利用大功率電力電子元器件構成的裝置來控制調節交流電力系統的運行參數或網絡參數，優化電力系統運行狀態，提高交流電力系統線路的輸電能力。其中“柔性”是指對電壓電流的可控性；如裝置與系統并聯可以對系統電壓和無功功率進行控制，裝置與系統串聯可以對電流和潮流進行控制；FACTS通過增加輸電網絡的傳輸容量，從而提高輸電網絡的價值，FACTS控制裝置動作速度快，因而能夠擴大輸電網絡的安全運行區域；在電力電子裝置最早用于直流輸電系統中并實現了對輸送功率的快速控制，由此人們想在交流系統中加裝電力電子裝置，尋求對潮流的可控，以獲得最大的安全裕度和最小的輸電成本，FACTS技術應運而生，靜止無功補償器（SVC），靜止同步補償器（STATCOM）又稱作ASVG，晶閘管投切串聯電容器（TCSC），靜止同步串聯補償器（Static Synchonous Series Compensator）以及統一潮流控制器（UPFC）就是基于FACTS裝置家族的成員。這是一種將電力電子技術、微機處理技術、控制技術等高新技術應用于高壓輸電系統，以提高系統可靠性、可控性、運行性能和電能質量，并可獲取大量節電效益的新型綜合技術。

2.2.2 對ASVC的研究現狀

各種FACTS裝置的共同特點是:基于大功率電力電子器件的快速開關作用和所組成逆變器的逆變作用。ASVC是包含了FACTS裝置的各種核心技術且結構比較簡單的一種新型靜止無功發生器。

ASVC由二相逆變器和并聯電容器構成，其輸出的三相交流電壓與所接電網的三相電壓同步。它不僅可校正穩態運行電壓，而且可以在故障后的恢復期間穩定電壓，因此對電網電壓的控制能力很強。與旋轉同步調相機相比，ASVC的調節范圍大，反應速度快，不會發生響應遲緩，沒有轉動設備的機械慣性、機械損耗和旋轉噪聲，并且因為ASVC是一種固態裝置，所以能響應網絡中的暫態也能響應穩態變化，因此其控制能力大大優于同步調相機。

2.2.3 DFACTS的研究態勢

隨著高科技產業和信息化的發展，電力用戶對供電質量和可靠性越來越敏感，電器設備的正常運行甚至使用壽命也與之越來越息息相關。可以說，信息時代對電能質量提出了越來越高的要求。

DFACTS是指應用于配電系統中的靈活交流技術，它是Hingorani于1988年針對配電網中供電質量提出的新概念。其主要內容是:對供電質量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網和大量商業用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

2.3 新一代EMS和動態安全監控系統

2.3.1 基于GPS統一時鐘的新一代EMS

目前應用的電力系統監測手段主要有側重于記錄電磁暫態過程的各種故障錄波儀和側重于系統穩態運行情況的監視控制與數據采集(SCADA)系統。前者記錄數據冗余，記錄時間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統整體動態特性分析困難;后者數據刷新間隔較長，只能用于分析系統的穩態特性。兩者還具有一個共同的不足，即不同地點之間缺乏準確的共同時間標記，記錄數據只是局部有效，難以用于對全系統動態行為的分析。

2.3.2 基于GPS的新一代動態安全監控系統

基于GPS的新一代動態安全監控系統，是新動態安全監測系統與原有SCADA的結合。電力系統新一代動態安全監測系統，主要由同步定時系統，動態相量測量系統、通信系統和中央信號處理機四部分組成。采用GPS實現的同步相量測量技術和光纖通信技術，為相量控制提供了實現的條件。GPS技術與相量測量技術結合的產物——相量測量單元設備，正逐步取代RTU設備實現電壓、電流相量測量。

3 結束語

電力系統自動化技術的發展經歷了一個相當漫長的過程，為了加快電力系統自動化建設的發展，這就要求不斷運用高科技的研究成果來“武裝”我們，提高電力系統自動化控制水平，多媒體技術、智能控制將迅速進入電力系統自動化領域，而信息技術的發展，不僅會推動電力系統監測的發展，也會推動電力系統控制向更高水平發展，只有這樣才能保證電力系統自動化早日全面實現。