電力工程自動化技術應用探討

劉玉文

（廣東運峰電力安裝有限公司，廣東 佛山 528251）

電力工程自動化技術應用探討

劉玉文

（廣東運峰電力安裝有限公司，廣東 佛山 528251）

隨著國民經濟的快速發展，社會對電力的需求也在與日俱增，由于電力系統的規模、范圍都極為龐大，系統內設備之間的聯系又極為復雜，因而要求電力系統必須納入高質量的自動化控制之下。本文探討了電力工程自動化技術的概況、最新發展和應用情況。

電力工程；自動化；應用

1 電力工程自動化技術概況及最新發展

1.1 概況

電力系統自動化，按其內容一般可分為調度自動化、發電廠自動化和變電站綜合自動化三部分，其中調度自動化又可再細分為電網調度自動化（即發電和輸電調度自動化）和配電網調度自動化（或配電自動化）。

電網調度自動化是利用發電廠、變電站的終端（RTU）采集電網信息，再以通信網絡傳輸到調度中心主站系統（MS），MS通過對信息的分析、整理及負荷預測進行調度，以確保整個電網處于良好的運行狀態。

發電廠自動化主要通過機械自動控制系統、自動發電量控制系統（AGC）和自動電壓控制系統（AVC）等子系統，實現對發電廠汽輪機（水輪機）、發電機組等設備的自動化控制。

變電站綜合自動化是通過利用信息技術、電子技術、計算機技術等對變電站二次設備的功能進行重新組合和優化設計，從而實現對全站設備、線路的運行情況進行自動監控、自動測量、自動保護和自動通信等功能。

配電網自動化由配電網調度自動化系統、開關站及變電站自動化系統、饋線自動化系統、用電管理系統、配電運行管理系統、地理信息系統（GIS）等組成，以實現對配電網實施數據采集、實時監控、故障隔離及恢復非故障區域供電等功能。

1.2 最新進展

1.2.1 柔性交流輸電系統（FACTS）

FACTS是采用電力電子、微電子、計算機、通信等技術，對輸電系統主要參數（如電壓、功率、相位差、電抗、潮流等）進行靈活快速的控制，使系統具有更高的可靠性、更大的可控性和更高的效率。1988年美國科學家提出FACTS概念，至今已發展至第三代，其技術主要是將兩臺或多臺控制器復合為一組FACTS，使其成為共同的、統一的控制系統。FACTS類型按接入系統方式可分為串聯型、并聯型和串并聯綜合型，柔性直流輸電系統是其獨立分支。串聯型用于有功潮流控制、暫態穩定控制和系統功率振蕩抑制等，典型裝置有 FCSC、FSC、SCCL、SSSC、DVR等。并聯型用于電壓控制、無功潮流控制、諧波控制等，典型裝置有SVC、SVG、APF、TC-RFD等。串并聯綜合型用于電壓控制、有功/無功潮流控制、暫態穩定控制、系統功率振蕩抑制等，典型裝置是UPFC、TCPR。柔性直流輸電系統包括HVDC、HVDC Light。

1.2.2 功率半導體器件

功率半導體器件又稱為電力電子器件，是20世紀50年代末以晶閘管誕生為標志出現的，也經歷四代的發展。隨著可實現高電壓、大功率、高頻、高溫新型功率半導體器件的出現，新型大功率電力電子裝置成功用于各種工業電源、電能質量控制、分布式發電、可再生能源發電等領域。

功率半導體器件正由傳統硅基向碳化硅基發展。碳化硅的禁帶寬度為3.26kV，比硅的1.1kV高得多，所以碳化硅器件更適合用于高電壓、高溫場合。耐壓對比：硅基<10kV，10150℃。目前已研制的碳化硅基功率半導體器件主要有碳化硅功率二極管（有SBD、PiN、JBS三種類型）、碳化硅MOSFET器件、碳化硅IGBT、碳化硅晶閘管等。

2 電力工程自動化技術的應用

2.1 柔性交流輸電系統的應用

目前，FACTS中應用最廣的是SVC，全世界已投運SVC工程超過一千個，總容量超過100Gvar。SVC設備主要供應商是ABB公司、西門子公司等。SVC的應用范圍從1kV配電網到765kV超高壓輸電網，容量從1Mvar到1066Mvar。美國Eddy變電站為彌補無功功率缺口，采用TSC、TCR和容性濾波網絡進行補償。武鋼硅鋼廠由于主軋機及其配套設備特殊的負荷特性，造成母線電壓波動大、高次諧波電流大、功率因數低，裝設SVC設備后這些問題都顯著改善。

FSC是固定串聯電容補償器，用于固定串補裝置，廣西百色500kV輸電線路就采用了該裝置。

向家壩-上海800kV特高壓直流輸電工程利用換流站實現交直流電的轉換。換流站的主要設備是換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器等。

2.2 功率半導體器件的應用

功率半導體器件已用于固態變壓器、柔性交流輸電、靜止無功補償、直流輸電技術等多個方面。

固態變壓器是分布式發電系統、智能電網技術、可再生能源的關鍵技術，其核心就是電力電子技術，通過電力電子變流器和高頻變壓器實現電壓變換、能量傳遞和控制。與傳統變壓器相比，不僅體積小、重量輕，而且供電質量高和更便于自動監控。新一代的固態變壓器基于15kV碳化硅MOSFET，開關頻率將從1KHz提高到20KHz。

FACTS技術主要采用晶閘管、GTO和IGBT等器件，目前IGCT器件替代GTO器件后可實現電壓源變流器切換4～5KA的電流，這需要比硅基耐壓更高的碳化硅基功率器件。

靜止無功補償器（STATCOM）也是FACTS控制器之一，用于潮流控制、無功補償及提高系統穩定性。STATCOM主要采用GTO、IGBT、IGCT等全控型器件，采用硅基器件其電路要采用多電平拓撲或器件串聯來提高耐壓能力，而利用高壓碳化硅IGBT、GTO，結構將大為簡化，電能質量也將得到提升。

特高壓直流輸電技術，其直流換流閥的核心器件是6英寸的高壓晶閘管。換流閥工作時電壓高達幾百KV，電流高達幾KA，新型碳化硅SiCGT、GTO可得到應用。

2.3 主動對象數據庫技術的應用

電力系統自動監控包括現場數據采集、傳輸、存儲及調度端數據分析、產生指令、執行這樣的過程。數據采集二次回路中的接線比較復雜，采用面向對象的技術則比較簡單，主動對象數據庫技術提供了這種支持。主動對象數據庫技術采用觸發器技術，利用對象函數，實現電力工程自動化的應用。

2.4 光互連技術的應用

光互連技術是利用光纖（或光底板）為傳輸媒介（或無媒介的自由空間），結合波分復用技術、IP網絡通信協議的一種技術。光互連技術用于電力工程自動化控制系統，具有抗磁干擾強、傳輸速度快、可靠性高等優點。

結語

電力工程自動化技術是目前和今后相當長時期最重要和最具活力的技術之一，它解決了電力系統所亟需解決的一系列問題，面對未來更多更復雜的需求，該技術仍將有很大的發展空間。自動化技術用于電力工程的內容極廣，本文所涉及的僅為很小一部分，權當拋磚引玉之作。

[1]繆勇.柔性交流輸電系統[J].裝備機械，2010.

[2]婁進.淺談電力工程中的電力自動化技術應用[J].廣東科技，2012.

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