電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)的應(yīng)用與展望

摘 要：本文從三個(gè)方面闡述了電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)的應(yīng)用與展望。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動(dòng)化；新技術(shù)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)”等各項(xiàng)指標(biāo)的要求越來越高，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動(dòng)化提出更高的要求。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化總的發(fā)展趨勢(shì)

電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)不斷從低到高，從局部到整體的發(fā)展。自動(dòng)控制技術(shù)在當(dāng)今電力系統(tǒng)傾向于：（1）增加優(yōu)化控制策略，適應(yīng)，情報(bào)，協(xié)調(diào)、區(qū)域化發(fā)展。（2）面對(duì)日益增加的需求設(shè)計(jì)分析多機(jī)系統(tǒng)模型來解決這個(gè)問題。（3）在理論工具越來越多的現(xiàn)代控制理論。（4）控制意味著增加計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、電力電子設(shè)備和遠(yuǎn)程通信。（5）構(gòu)成的研究人員越來越需要更多的“武器”聯(lián)合行動(dòng)。

整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展往往是：（1）開發(fā)的一部分地區(qū)和整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)單一的元素，如SCADA的發(fā)展（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制。（2）的多功能集成開發(fā)的一個(gè)函數(shù)，如變電站自動(dòng)化的發(fā)展。（3）數(shù)字設(shè)備的性能，快速和靈活的開發(fā)，如保護(hù)技術(shù)的進(jìn)化。（4）目標(biāo)優(yōu)化協(xié)調(diào)、智力開發(fā)、勵(lì)磁控制、流量控制等。

2 具有變革性重要影響的三項(xiàng)新技術(shù)

2.1 電力系統(tǒng)的智能控制

控制電力系統(tǒng)的研究和應(yīng)用在過去的40年里可以分為三個(gè)階段：基于傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式，單一輸出控制階段；線性最優(yōu)控制、非線性控制和多機(jī)電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制階段；智能控制階段。電力系統(tǒng)控制所面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)是：（1）電力系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)非線性、變參數(shù)（包括多個(gè)隨機(jī)和不確定因素，各種操作模式和失效模式共存）動(dòng)態(tài)大系統(tǒng)。（2）多目標(biāo)優(yōu)化和魯棒性要求在不同的運(yùn)行模式和故障模式。（3）不僅需要協(xié)調(diào)不同的本地控制器，但是還需要遠(yuǎn)程控制之間的協(xié)調(diào)不同的控制器。

2.2 FACTS和DFACTS

⑴FACTS的核心裝置之一——ASVC的研究現(xiàn)狀。ASVC由一個(gè)三相逆變器并聯(lián)電容器，在國(guó)內(nèi)，一些科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位已開始FACTS技術(shù)方面的規(guī)劃和研究試制工作。清華大學(xué)與河南省電力局合作研制的±20Mvar ASVC裝置已在洛陽成功運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的柔性輸電技術(shù)達(dá)到了工程實(shí)用階段。從我國(guó)遠(yuǎn)距離輸電多、電網(wǎng)相對(duì)薄弱的特點(diǎn)出發(fā)，再考慮到電力市場(chǎng)化越深入發(fā)展對(duì)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求越迫切，F(xiàn)ACTS技術(shù)在我國(guó)必將有廣闊的發(fā)展前景。

⑵DFACTS的研究態(tài)勢(shì)。DFACTS在電力系統(tǒng)中的一個(gè)應(yīng)用范例是清華大學(xué)與澳門大學(xué)的學(xué)者合作于1997年提出的綜合電能質(zhì)量控制器（DS—Unicon）的概念。即：快速補(bǔ)償供電電壓中的突降或突升、波動(dòng)和閃變、諧波電流和電壓、各相電壓的不平衡以及故障時(shí)的短期電壓中斷。在這種裝置中，主要有兩個(gè)重要部分：并聯(lián)交流單元和蓄電池單元。具有一定的調(diào)峰能力，利用蓄電池的儲(chǔ)能和釋能，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行短期的電能調(diào)節(jié)。

目前，在國(guó)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)DS-Unicon的技術(shù)困難已基本得到解決，系列樣機(jī)已于2000年至今陸續(xù)研制成功。

2.3 基于GPS統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS和動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

⑴基于GPS統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS。電力系統(tǒng)監(jiān)控工具目前主要集中在錄音的過程中使用各種各樣的電磁暫態(tài)故障記錄器和集中在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。前記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時(shí)間短，缺乏溝通不同的錄音機(jī)，讓困難分析系統(tǒng)作為一個(gè)整體的動(dòng)態(tài)特性；后者數(shù)據(jù)刷新間隔時(shí)間，只能用于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。都有一個(gè)共同的、缺乏精確的時(shí)間戳之間的聯(lián)合不同位置即記錄數(shù)據(jù)只是部分有效。很難分析整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。

⑵基于GPS的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)。新一代的基于GPS動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是一個(gè)相結(jié)合的新的和現(xiàn)有的SCADA的動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)。新一代的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)分為四個(gè)部分的同步定時(shí)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號(hào)處理器。GPS同步相量測(cè)量技術(shù)和光纖通訊技術(shù)和實(shí)施總量控制提供了條件。GPS技術(shù)和相量測(cè)量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品——PMU（相量測(cè)量單元）裝置，正逐步取代RTU設(shè)備電壓和電流相量測(cè)量（相位和幅值）。

在大型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振動(dòng)監(jiān)測(cè)中常用的GPS系統(tǒng)的研究已取得初步成效。GPS同步相量測(cè)量裝置監(jiān)控系統(tǒng)在南方電網(wǎng)投運(yùn)。中國(guó)南方電網(wǎng)功率角振蕩天骨干接觸線已廣泛應(yīng)用在網(wǎng)格中的500千伏線路可以在實(shí)時(shí)調(diào)度中心觀察。

3 2l世紀(jì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的展望

電力系統(tǒng)自動(dòng)化的深度和廣度都會(huì)在21世紀(jì)有更加飛速的發(fā)展；電力系統(tǒng)智能控制將迅速由研究走向?qū)嵱茫瑢?duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行自學(xué)習(xí)，以幫助運(yùn)行人員快速正確地作出決策。近年來，專家系統(tǒng)已在一些電力公司得到應(yīng)用，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模擬進(jìn)化算法在電力系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用正在加緊研究。多種不同方法的混合使用也是正在進(jìn)行的研究課題之一。我國(guó)ASVC的研究已經(jīng)達(dá)到工程實(shí)用水平。由于我國(guó)電網(wǎng)的特點(diǎn)，F(xiàn)ACTS和DFACTS技術(shù)將在我國(guó)有異乎尋常的需求和發(fā)展。

基于GPS統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在各大電網(wǎng)得到普及，動(dòng)態(tài)安全控制系統(tǒng)將逐步得到應(yīng)用。GPS相量測(cè)量系統(tǒng)提供了可實(shí)時(shí)跟蹤功角化化軌跡的可能性，從而可通過預(yù)測(cè)不穩(wěn)定現(xiàn)象的演化適時(shí)決定應(yīng)采取的控制措施（如切機(jī)、快關(guān)等）。可以預(yù)期，GPS相量測(cè)量裝置與常規(guī)RTU相結(jié)合，使調(diào)度中心的EMS系統(tǒng)功能從穩(wěn)態(tài)向動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，將使大電力系統(tǒng)的全局穩(wěn)定和恢復(fù)控制成為可能。

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