電氣自動化技術在電力系統中的運用淺談

任 杰

內蒙古開灤宏豐煤炭有限公司，河北唐山 063000

0 引言

伴隨著微電子信息技術和電力電子技術的飛速發展，電力拖動的控制業已走出了工廠，現代生產自動化系統當中所承擔流水線工作的全部控制設備在傳統的電子拖動（電力傳動）控制下顯得很吃力。因此，運用電子技術及自動化技術，提高在交通、農場、辦公室和家用電器等多個領域都獲得了較為廣泛的運用。

1 電力系統中電氣自動化技術應用方向

1.1 電力系統自動化實時仿真系統的應用

該仿真系統在可提供大量實驗數據的前提下，還可多種電力系統的暫態及穩態實驗同步進行，還能用以協助科研人員測試新裝置，且多種控制裝置都能與其構成閉環系統，從而為靈活輸電系統及研究智能保護的控制策略提供了一流的實驗條件。電力系統數字模擬實時仿真系統的引進，方便了對電力系統負荷動態特性監測、電力系統實時仿真建模等方面進行深入研究，從而建成具備混合實時仿真環境的實驗室。

1.2 綜合自動化技術與智能保護的應用

目前，國內的綜合自動化領域的研究已達到國際先進水平，智能自動化保護技術領域的研究相對處于國際領先水平，研制的分層式綜合自動化裝置能夠適用于各種電壓等級電站。將國內外最新的人工智能、網絡通信、微機新技術、自適應理論、綜合自動控制理論等應用于電氣自動化保護裝置中，對電力系統自動化保護的新原理進行了研究，可以大大提高電力系統的安全水平，使得新型保護裝置具有智能控制的特點。

1.3 電力系統中人工智能的應用

電力系統及其元件的故障診斷、運行分析、規劃設計等方面將模糊邏輯、專家系統以及進化理論應用到實際研究，并且結合電力工業發展的需要，開展了電力系統智能控制理論與應用的研究，同時也開展了在上述實用軟件研究的基礎上以提高電力系統運行與控制的智能化水平。

1.4 電力系統配電網自動化技術

該技術采用的模型為最新國際標準公共信息模型，輸電網的理論算法采用與配網實際與高級應用軟件相結合，負荷預測時配合應用人工智能灰色神經元算法進行，最后進行潮流計算時采用配網遞歸虛擬流算法。電力系統配電網自動化技術取得了重大技術突破，主要表現在信息配網一體化、高級應用軟件、配網模型、中低壓網絡數字方面，最終，解決了載波正在配電網上應用的路由、衰耗等技術難題，正是因為采用數字信號處理技術，才得以提高了載波接收靈敏度。

2 電氣自動化技術在電力系統中的應用

2.1 計算機技術在電力系統自動化應用

計算機控制技術在電力系統中起到了至關重要的作用。這是由于隨著計算機技術的飛速發展，電力系統中用電等重要環節以及輸電、發電、配電、變電環節都需要計算機技術的支撐，這樣就會使得電力系統自動化技術同時得到了快速地發展。

2.1.1 智能電網技術的應用

信息管理系統作為計算機技術中應用最為廣泛的技術之一，電力系統自動化技術與計算機技術結合所形成針對整個全局進行智能控制的技術，也就是智能電網技術，是一個最具典型性的技術，涵蓋了配電、輸變電和用戶以及調度、發電的各個環節。其中變電站自動化系統、穩定控制系統等被廣泛應用到計算機技術的系統中，同時一樣的還有諸如調度柔性交流輸電以及自動化系統等。目前這種數字化電網建設，一定程度上可以說是智能電網的雛形，實際上也為我國建設智能電網做著準備工作。智能電網中較為典型的有智能電網的通信技術，同時在建設的過程中需要很多依托計算機的技術，需要具備實時性、雙向性、可靠性的特征，需要先進的現代網絡通信技術的應用，而且該系統也是完全依托計算機技術而存在的，同時具有信息管理系統。

2.1.2 變電站自動化技術的應用

可以說，變電站的自動化的實現又是依托計算機技術的發展實現的，要實現電力生產的現代化，一個不可缺少的、重要的環節就是實現變電站的自動化。變電站依賴計算機技術實現自動化，在實現的過程中計算機也得到了充分利用，二次設備也隨之實現集成化、網絡化、數字化，完全是采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜。變電站實現自動化，實現計算機屏幕化以及運行管理和記錄統計實現自動化，另外兩個組成部分是操縱以及監視，變電站的整體自動化才得以實現，正是如此多的組成部分實現了計算機的自動化管理。為了聯系發電廠與電力用戶，變電站以及與之相關的輸配電線路必不可少。變電站自動化的實現，不僅組成電網調度自動化的一個重要組成部分，更是為了滿足變電站的運行操作任務。

2.1.3 電網調度自動化的應用

電網調度自動化是電力系統自動化中最主要的組成部分，目前我國將電網調度自動化分為五級，其中各級電網的自動化調度都是與計算機技術的應用分不開的，從高到低分別是：國家電網、大區、省級、地區以及縣級調度。其中最重要的組成部分就是電網調度控制中心的計算機網絡系統，這些裝置在計算機系統的連結下形成一個自動化的電網調度系統，將整個的結合起來。其他的主要組成部分有工作站、服務器、變電站終端設備、調度范圍內的發電場、大屏蔽顯示器、打印設備。計算機在電網調度自動化的作用不僅要實現對電網運行安全分析的監控，還要實現實時數據的采集，更要實現電力系統的電力負荷預測以及狀態估計等功能。因此種種這些，都是通過電力系統專用廣域網連結的測量控制以及下級電網調度控制中心等裝置。

2.2 電力系統自動化中PLC技術的應用

PLC是計算機技術與繼電接觸控制技術相互結合的產物，其存儲器采用了可編程序以實現在其內部存儲進行控制、運算、記錄等操作指令。該技術是為了在工業環境下使用而設計的一種可編程邏輯控制器系統。該技術近年來被廣泛應用于電力系統自動化中，解決了傳統控制系統內可靠性低、接線復雜、靈活性較差以及耗能高等缺點。

2.2.1 PLC技術的數據處理

PLC可以完成數據的采集、分析及處理，具有排序、查表、數學運算、數據轉換、數據傳送以及位操作等功能。這些數據可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，可以完成一定的控制操作，與存儲在存儲器中的參考值比較，也或將它們打印制表。數據可用于過程控制系統，也可以處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統。

2.2.2 PLC技術的閉環過程控制

并過程控制是指對壓力、溫度、流量等連續變化的模擬量的閉環控制，PLC通過模擬量I/O模塊對模擬量進行閉環PID控制，并且實現數字量與模擬量之間的D/A、A/D轉換。可使用專用的PID模塊，也可用PID子程序來實現。

2.2.3 PLC技術的開關量控制

火力發電系統內的輔助系統的工藝流程的控制多為順序控制和開關量控制兩種。用許多行業也應用到PLC進行開關量控制，如機床電氣控制、電機控制以及電梯運行控制、汽車裝配線和啤酒灌裝生產線等。PLC技術的輸出和輸入信號都是通/斷的開關信號。工業控制中應用最多的控制是開關量的邏輯控制。控制的輸出、輸入點數均可通過擴展實現，從十幾個到成千上萬個點，不受限制。

2.2.4 PLC技術的順序控制

隨著國家對節能減排要求的逐步提高以及改革的深入，近年來大型火電企業的輔助系統均已由原來的繼電控制器升級成PLC控制系統，該行業在生產過程中降低資源損耗和提高效益，已成為各企業的管理最終目標。因此隨著科技的進步，各電廠對類似企業輔助車間的自動控制水平也提出了更高的要求，而采用PLC控制系統不僅可以通過信息模塊單獨控制某個工藝流程，并且可以與通信總線連接來協調全廠生產工作。

3 綜合自動化技術發展趨勢

3.1 保護、控制、測量一體化的應用

目前，鑒于人員配備、運行體制、專業分工的不同，我國設計的自動化系統主要是采用在站內進行監控和采集數據的，從而保護了系統的相對獨立的模式，用以提供較為清晰的事故分析與處理的相關界面。然而從減少設備重復配置、技術的合理性、簡化維護工作量以及系統的發展趨勢等多個方面來考慮，可以將保護和控制、測量等方面結合在一起，這樣會更能體現出它的優勢。由于控制和保護、測量用到的信息源主要均是來自于現場：保護的是設備的主要故障的異常狀態信息的采集，這個一般主要是按照額定值來考慮的，通常是對測量精度的要求比較低，但是要求測量狀態信息的范圍比較寬；通常情況下在測量的額定值附近都會出現明顯的波動，然而控制和測量主要是采集運行的狀態信息，測量的精度要求則是較高，并要求測量的范圍比較窄。因此總控系統單元在經過必要的校核之后可以直接執行動作至回路保護，它之前可以直接地接受來自上位機或者是遠方控制的輸出命令，這樣就簡化了不必要的設備投入，可以省去遙控執行以及遙控輸出等多個環節，綜合來看則是提高了設備的可靠性。

3.2 國際標準的應用和現代計算機技術的推廣

近幾年來，開始越來越普及，IED 電力自動化方面也出現了廣泛地應用。為了實現各個廠家的IED 設備的信息共享與互相操作，使得廠站的電氣綜合自動化系統成為主要的開發系統，而后國際的電工委員會也制定了IEC61850 國際標準，用于規范這一系統。為了使我國與國際接軌，國內目前已經開始了按照IEC61850標準來進行的電氣綜合自動化系統的研發。現代計算機技術作為信息處理技術當中的一項主要技術。它包含在計算機技術當中，它主要的表現是在計算機網絡系統中， 它正沿著并行處理分布式的方向迅速發展。目前，計算機技術已經廣泛地應用到了智能建筑的當中， 它以通信管理、信息、控制等多個方式在智能建筑OAS、CNS、BAS 當中起到了重要作用，從而構成了主干告訴網絡技術，主要有快速FDDI、以太網、ATM以及各種類型的快速網絡互連設備等等。一般的局域網主要是采用以太網或者是環型令牌網等為主的， 主要是用以滿足建筑物內部多個業務的需要的信息傳輸與交換。智能建筑的對外界通信的主要網絡是運用局域網或者是Internet 等廣域網來共同承擔建筑的計算機網絡。多媒體技術、計算機技術以及通信技術的結合技術正在向家庭辦公的方向邁進。

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