淺談電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展趨勢

李永君

（佛山市南海輝城電力電器安裝有限公司，廣東 佛山 528231）

中國目前電力需求缺口巨大。如何采用先進管理方法與模式對電力系統(tǒng)實行全行業(yè)遙控、遙測、遙調(diào)、遙信和遙視已經(jīng)成為了確保電力系統(tǒng)高效、安全、可持續(xù)運營的重大課題，就目前發(fā)展趨勢來看，隨著電網(wǎng)不斷的發(fā)展，電網(wǎng)的運行和管理需求在不斷地變化，要保證電力生產(chǎn)的安全有序進行，有必要進一步地將電力系統(tǒng)的自動化控制技術(shù)不斷地應(yīng)用到我國電力系統(tǒng)當(dāng)中，以促進我國電力系統(tǒng)的良性健康發(fā)展。

1 電力系統(tǒng)自動化內(nèi)涵

電力系統(tǒng)一般由發(fā)電、輸電、變電以及用電等幾個環(huán)節(jié)鏈接而成，每個鏈結(jié)處都有其控制系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的自動化不僅對電力供應(yīng)能否穩(wěn)定、安全、可持續(xù)舉足輕重，而且可以減少電力系統(tǒng)工作人數(shù)，降低勞動強度，減少事故發(fā)生率，增長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備性能，電力網(wǎng)絡(luò)管理和維修快速便捷。最重要的是電力系統(tǒng)自動化可以有效防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)事故的時候出現(xiàn)大面積停電等連鎖重大事故，保障經(jīng)濟運行穩(wěn)定可靠的電力支持，意義長遠(yuǎn)而深刻。電力系統(tǒng)自動化的特點主要是：電力系統(tǒng)是動態(tài)系統(tǒng)，且具有模型不確定性和強非線性；電力系統(tǒng)要求高度適應(yīng)性；電力系統(tǒng)自動化中難以控制的不確定因素和隨即因素較多。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)難點主要包括有：電力系統(tǒng)自動化中多目標(biāo)尋優(yōu)以及多運行方式故障下要求魯棒性；電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，單一鏈結(jié)處的控制需要本鏈結(jié)和其他鏈接的協(xié)調(diào)合作。

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)分別應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和變電系統(tǒng)。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的自動化技術(shù)主要應(yīng)用為電荷預(yù)報、發(fā)電計劃、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥㈦娏ο到y(tǒng)狀態(tài)評估、暫態(tài)靜態(tài)安全分析、自控發(fā)電等功能。配電系統(tǒng)的光纜通信促進了內(nèi)部信息交流，提高了控制實時、穩(wěn)定、高效、可靠等性能。變電系統(tǒng)自動化技術(shù)可以從供電線路中采集電流、電壓、電抗等實時參數(shù)，通過主控端分析，遙控供電設(shè)備進行調(diào)整，滿足客戶用電需求，保證供電質(zhì)量。同時，可以分析用電需求趨勢，預(yù)測潮流，更好地進行電力調(diào)配。

2 電力系統(tǒng)自動化發(fā)展現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)以下特點：自動控制技術(shù)是多領(lǐng)域技術(shù)為基礎(chǔ)的集成，包括信息技術(shù)、控制技術(shù)、電子力學(xué)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，各技術(shù)間的配合效率日漸高漲；數(shù)據(jù)分析傾向于多機系統(tǒng)模型；現(xiàn)代控制理論為理論指導(dǎo)；自動化技術(shù)人員自身素質(zhì)水平提高，構(gòu)成上需要“多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)”；自動化控制系統(tǒng)傾向于最優(yōu)化智能化建設(shè)。電力系統(tǒng)自動化呈現(xiàn)出向圖像化、分布化、遠(yuǎn)程化方向發(fā)展的趨勢。通信技術(shù)的更新和計算機技術(shù)的發(fā)展，使得電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的信息處理方式開始轉(zhuǎn)向電力系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)圖形化處理，有利于電力系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度人員及領(lǐng)導(dǎo)通過圖像對系統(tǒng)實時信息及變化趨勢進行直觀了解。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)硬件平臺以計算機為主，設(shè)計方式靈動性不強，成本高，體積大，能耗大，現(xiàn)階段，跟隨電子信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)終端設(shè)備開始網(wǎng)絡(luò)化、小型化和智能化，電力系統(tǒng)自動化開始傾向于最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化。

電力系統(tǒng)整體發(fā)展趨向則表現(xiàn)為：（1）電力系統(tǒng)管理理念有提升經(jīng)濟價值轉(zhuǎn)向提高自動化服務(wù)水平，加強實際效用；（2）開環(huán)監(jiān)測向閉環(huán)控制發(fā)展；電力傳輸呈低壓化，由EMS（能量管理系統(tǒng)）轉(zhuǎn)向DMS（配電管理系統(tǒng)）；（3）逐步發(fā)展監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集和區(qū)域穩(wěn)定控制，越來越專注整體安全；（4）多功能、一體化傾向發(fā)展；（5）裝置效能數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展。

3 變革性自動化技術(shù)的運用與發(fā)展趨向

電力系統(tǒng)的智能控制經(jīng)歷了基于傳遞函數(shù)的單輸入和單輸出控制、線性最優(yōu)解和非線性控制以及多級系統(tǒng)協(xié)調(diào)、智能控制等階段。

電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜有序，眾單元部件涵蓋了繼電器、發(fā)電單元、輸電設(shè)施、配電線路、用戶負(fù)荷等，管理人員需要進行復(fù)雜的工程計算和處理非線性優(yōu)化問題，工作量大而效率低，有些復(fù)雜度高的問題更是無法通過模型建立與數(shù)據(jù)分析解決。智能控制系統(tǒng)通過集成現(xiàn)代化設(shè)備、控制中心設(shè)備以及職能儀表，促使形成多視角全方位數(shù)字一體化的科學(xué)規(guī)范控制與通訊，彌補了傳統(tǒng)單純依賴數(shù)學(xué)方法解決的不足。

FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）核心裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)，將電力電子技術(shù)、微機處理技術(shù)、控制技術(shù)等應(yīng)用于輸電系統(tǒng)，使其具備較高的分享性、開放性、智能性和繼承性，其面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫，融合了權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)分析的優(yōu)勢，提高了數(shù)據(jù)庫的安全可靠性，實現(xiàn)有效自動化監(jiān)控與控制。各種FACTS裝置的共同特點是：大功率電力電子器件對其具有快速開關(guān)的作用，并且對所組成逆變器具有逆變作用。其基本原理是基于電力系統(tǒng)整體系統(tǒng)參數(shù)如電壓、相位差、電抗等的控制，是供應(yīng)電量不超出電力的熱穩(wěn)定安全極限，禁止無功補償器和可串聯(lián)電容補償器等，保障系統(tǒng)暫態(tài)和輸送量的穩(wěn)定，且轉(zhuǎn)換系統(tǒng)功率以恒定輸電電壓，保障線路運行安全。FACTS核心裝置之一—AVSC包含了FACTS裝置的各種核心技術(shù)，是一種新型靜止無功發(fā)生器，由二項逆變器和并聯(lián)電容器組成，結(jié)構(gòu)比較簡單，是一種固態(tài)裝置，能夠使輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。其功能是校正電壓穩(wěn)態(tài)運行，故障后恢復(fù)期間穩(wěn)定電壓，不僅能響應(yīng)暫態(tài)變化，還能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化，比同步調(diào)相機性能更優(yōu)。由FACTS技術(shù)派生而來的DFACTS技術(shù)即用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)中DvR設(shè)置使得電力系統(tǒng)電壓故障時，在一毫秒的時間內(nèi)迅速輸入正常電壓與故障電壓差值，從而維護輸電電壓的穩(wěn)定，大大延長了了電器設(shè)備的使用壽命，保障了客戶對供電可靠性和質(zhì)量的需求。

基于GPS統(tǒng)一時鐘和EMS技術(shù)的動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，運用衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)，結(jié)合EMS系統(tǒng)信息，靜態(tài)動態(tài)結(jié)合，在線離線并舉，在線研究缺乏，則轉(zhuǎn)化離線研究結(jié)果能為在線監(jiān)視員和調(diào)度員能確認(rèn)的注入無功儲備，傳輸功率等穩(wěn)定指標(biāo)，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，同時能夠全面檢測電氣設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)潛藏故障，防患未然。其監(jiān)測電力系統(tǒng)的手段主要有兩個方面：（1）記錄電磁暫態(tài)過程各種故障錄波儀，（2）對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集。GPS技術(shù)結(jié)合相量測量技術(shù)產(chǎn)生了PMU（相量測量單元）設(shè)備，漸漸取代RTU設(shè)備，實現(xiàn)相量測量電壓電流，調(diào)度監(jiān)測由過去的穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測逐步趨向動態(tài)監(jiān)測。

雖然FACTS以及DFACTS等技術(shù)與控制技術(shù)集成在電力系統(tǒng)運用取得了較大的成果，但是基于GPS時鐘的EMS動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)的不斷深入探究，更多的電力系統(tǒng)自動化技術(shù)會陸續(xù)出現(xiàn)，不斷提升電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展水平。

電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用包括強電系統(tǒng)管理自動化、電網(wǎng)系統(tǒng)管理自動化、電氣技術(shù)管理智能化。其工作流程是中央計算機根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度管理規(guī)程統(tǒng)一控制各鏈接安裝了可以通過模擬信號驅(qū)動的電力裝置控制系統(tǒng)的電廠或變電站的某些程序自動化運行；中央計算機可以獲得任一設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，并且進行遙控；各供電所和變電站內(nèi)部集中控制，而供電局統(tǒng)一控制各供電所和變電站。

隨著社會生活水平的提高與科學(xué)技術(shù)的進步，人們的生活越來越離不開電力系統(tǒng)的支持，對電力設(shè)備的穩(wěn)定運行要求更高，因此，必須采取有效措施減少供電故障，確保電力系統(tǒng)可靠運作。遠(yuǎn)程信息實時監(jiān)控及維護系統(tǒng)，其較高的拓展性與實時性實現(xiàn)了對各鏈接遠(yuǎn)程信息的實時監(jiān)控，綜合調(diào)度，精益分配，大大提高了經(jīng)濟效益，同時利用衛(wèi)星機繼電保護裝置提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性。

電力系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢主要集中于以下幾個方面：（1）電力自動化功能分層。電力自動化的發(fā)展與通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)，功能下放、分級分層、應(yīng)急應(yīng)變是基本原則，主站、子站以及饋線有機聯(lián)系要統(tǒng)籌安排。（2）電力自動化安全保護。廣大電力用戶供電質(zhì)量需求越來越高，依賴性增強，因此供電質(zhì)量與安全成為首要考慮因素，重點圍繞配電網(wǎng)絡(luò)饋線方面安全保護展開，解決故障第一時間分離、排除、恢復(fù)。（3）電力自動化電能質(zhì)量保證。顯而易見，未來用戶對于用電電能質(zhì)量要求將逐步提高，需要電力自動化系統(tǒng)深入研究并積極采取最新技術(shù)。可控性、可計算性、穩(wěn)定性、可靠性等優(yōu)勢將成為電力自動化熱點。

結(jié)語

電力系統(tǒng)自動化的運用在滿足社會用電需求的同時，有效提高了供電企業(yè)的經(jīng)濟效益。現(xiàn)階段，要想在激烈的市場競爭中擁有一席之地，就必須通過各種形式和方法，結(jié)合新知識和技術(shù)，切實做好資源投入，進一步強化電力系統(tǒng)自動化，推動我國電力事業(yè)的不斷進步，為高品質(zhì)社會生活保駕護航。

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