淺談電力系統與自動化

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A文章編號：1008-925X(2012)02-0142-02

摘要：現代社會對電能供應的“安全、可靠、經濟、優質”等各項指標的要求越來越高，相應地，電力系統也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統自動化技術不斷地由低到高、由局部到整體發展，本文對此進行了詳細的闡述。

關鍵詞：電力系統自動化；發展；應用

1 電力系統自動化總的發展趨勢

1.1 當今電力系統的自動控制技術正趨向于。

①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。

②在設計分析上日益要求面對多機系統模型來處理問題。

③在理論工具上越來越多地借助于現代控制理論。

④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。

⑤在研究人員的構成上益需要多“兵種”的聯合作戰。

1.2 整個電力系統自動化的發展則趨向于:

①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)。

②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)。

③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。

④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。

⑤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。

⑥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。

⑦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MIS(管理信息系統)在電力系統中的應用。

近20年來，隨著計算機技術、通信技術、控制技術的發展，現代電力系統已成為一個計算機(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和電力裝備及電力電子(Power System Equiqments and Power Electronics)的統一體，簡稱為“CCCP”。其內涵不斷深入，外延不斷擴展。電力系統自動化處理的信息量越來越大，考慮的因素越來越多，直接可觀可測的范圍越來越廣，能夠閉環控制的對象越來越豐富。

2 具有變革性重要影響的三項新技術

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:

①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。

②具有多目標尋優和在多種運行方式及故障方式下的魯棒性要求。

③不僅需要本地不同控制器間協調，也需要異地不同控制器間協調控制。

智能控制是當今控制理論發展的新的階段，主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題;特別適于那些具有模型不確定性、具有強非線性、要求高度適應性的復雜系統。

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ASVG(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。

所謂“柔性交流輸電系統”技術又稱“靈活交流輸電系統”技術簡稱FACTS，就是在輸電系統的重要部位，采用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統的主要參數(如電壓、相位差、電抗等)進行調整控制，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、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 FACTS的核心裝置之一——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 基于GPS統一時鐘的新一代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——PMU(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(相角和幅值)。

電力系統調度監測從穩態/準穩態監測向動態監測發展是必然趨勢。GPS技術和相量測量技術的結合標志著電力系統動態安全監測和實時控制時代的來臨。

隨著計算機技術，控制技術及信息技術的發展，電力系統自動化面臨著空前的變革。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。