淺析電力變電自動化的發(fā)展

摘要：變電站綜合自動化功能由屯網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和變電站建設(shè)、運行維護的綜合經(jīng)濟效益要求所決定，是電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢與要求。本文介紹了變電自動化系統(tǒng)的幾種常用結(jié)構(gòu)，其次對自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型進行了論述。

關(guān)鍵詞：電力 變電 自動化

在電力系統(tǒng)運行中，隨著電壓、頻率的瞬時變化，存在著瞬時的狀態(tài)變量。對于一個電力系統(tǒng)，有多少個狀態(tài)變量就有多少種穩(wěn)定性問題。在電力系統(tǒng)運行中，有三種常見且必須同時滿足的穩(wěn)定性要求，即同步運行穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性。現(xiàn)實工作中，為了預(yù)防這種故障需要頻繁地對二次設(shè)備進行定期試驗和調(diào)試，而一旦出現(xiàn)不可預(yù)見的設(shè)備故障，便會給整個電網(wǎng)的安全運行帶來嚴重后果。

1、電力自動化

1.1智能化

一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

1.2網(wǎng)絡(luò)化

變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

1.3運行治理系統(tǒng)

變電站運行治理自動化系統(tǒng)應(yīng)包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化；數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化；變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見；系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

2、電力自動化的發(fā)展

在三個層次中，數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的研究正在自下而上逐步發(fā)展。國外已有一定的成熟經(jīng)驗，國內(nèi)的大專院校、科研院所以及有關(guān)廠家都投入了相當?shù)娜肆M行開發(fā)研究，并且在某些方面取得了實質(zhì)性的進展。

3、電力自動化網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的命脈，它的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩詻Q定了系統(tǒng)的可用性。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)中單套保護裝置的信息采集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的，使得同步采樣、A/D轉(zhuǎn)換，運算、輸出控制命令整個流程快速，簡捷，而全數(shù)字化的系統(tǒng)中信息的采樣、保護算法與控制命令的形成是由網(wǎng)絡(luò)上多個CPU協(xié)同完成的，如何控制好采樣的同步和保護命令的快速輸出是一個復(fù)雜問題，其最基本的條件是網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性，要害技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)通信速度的提高和合適的通信協(xié)議的制定。

3.1變電自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型

（1）假定電力網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點編號的次序先是各發(fā)電機節(jié)點，然后是負荷和其它節(jié)點。由于在電網(wǎng)故障后功角的第一個搖擺周期內(nèi)，各種調(diào)節(jié)器因為時滯來不及動作或動作很小，且在穩(wěn)定性預(yù)測和早期控制中對時間要求很短暫，故一般采用電力系統(tǒng)的經(jīng)典模型（如恒定阻抗負荷模型和暫態(tài)電抗后恒定電勢的同步電機模型）；

（2）在研究系統(tǒng)多個功角搖擺周期時段的動態(tài)穩(wěn)定時，要考慮各個元件的反應(yīng)特性。在電力系統(tǒng)運行方式處于穩(wěn)定域邊界處，由經(jīng)典模型得出的結(jié)果與實際模型相差甚遠，故需采用詳細發(fā)電機等單元的數(shù)學(xué)模型（含勵磁、調(diào)速系統(tǒng)模型，負荷考慮電壓和頻率特性）來研究。

3.2變電自動化系統(tǒng)內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

構(gòu)建一個快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的通信網(wǎng)絡(luò)是變電自動化系統(tǒng)的基本要求，也是整個電力系統(tǒng)運行管理自動化的根本前提。由于強調(diào)專用性而犧牲了通用性，長期缺乏統(tǒng)一的國際標準。在通信節(jié)點多，現(xiàn)場總線存在以下局限性：

（1）當通信節(jié)點超過一定數(shù)量后，響應(yīng)速率下降到不能接受的水平，不能適應(yīng)對通信的要求；

（2）有限的帶寬使錄波等大量數(shù)據(jù)的傳輸延遲大到不能令人滿意的程度；

（3）總線型拓撲結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)的任一點故障時均可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。

因此，自動化通信系統(tǒng)需要計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更需要帶寬、通用性和符合國際標準的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在帶寬、可擴展性、可靠性、經(jīng)濟性、通用性等方面的綜合評估中，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將成為自動化系統(tǒng)中通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。

4、變電自動化系統(tǒng)安全控制和穩(wěn)定性分析

處于穩(wěn)定狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到某些擾動時，可能轉(zhuǎn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。處于正常狀態(tài)的電力系統(tǒng)受到較嚴重的擾動時，可能轉(zhuǎn)為極不穩(wěn)定狀態(tài)。極不穩(wěn)定狀態(tài)可能出現(xiàn)以下兩類危機：

（1）穩(wěn)定性危機（Stability crisis）：電力系統(tǒng)暫態(tài)過程積蓄的能量可能破壞其運行穩(wěn)定性，即不能再回到初始狀態(tài)或停留在一個允許的新狀態(tài)。這一過程歷時很短，如幾秒鐘。

（2）持久性危機（Viability crisis）：局部或整個系統(tǒng)發(fā)電、送電和負荷不平衡，導(dǎo)致系統(tǒng)運行參數(shù)大幅度偏離正常值，可能破壞對用戶的持續(xù)供電。這一過程歷時較長，如幾秒鐘至幾分鐘。

電力系統(tǒng)在極不穩(wěn)定狀態(tài)下為了維持穩(wěn)定運行和持續(xù)供電，必須采取必要的控制措施。這種控制稱為緊急控制（Emergency control）或預(yù)測控制（Predictive control），也稱為極不穩(wěn)定狀態(tài)下的安全控制或動態(tài)安全控制。因而需要進行恢復(fù)控制（Restorative control），恢復(fù)控制包括起動備用設(shè)備，增加發(fā)電機組的功率，重新投入被切機組、負荷和線路等隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展擴大，對安全控制提出越來越高的要求，安全控制成為電力系統(tǒng)運行和控制的一個極其重要的課題。

5、結(jié)束語

由于電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展擴大，因此對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的分析越來越復(fù)雜，對系統(tǒng)自動控制的要求也越來越高。在變電站自動化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，變電站自動化技術(shù)即將進入數(shù)字化新階段分層分布式綜合自動化變電系統(tǒng)通過各種設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)對變電運行的自動監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制，從而提高了變電保護和控制性能，改善和提高了電網(wǎng)的控制水平。有利于系統(tǒng)擴展的方便性和靈活性。特別是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為通信系統(tǒng)發(fā)展模式，更是日后變電自動化發(fā)展的趨勢。