電廠電氣自動化控制技術探討

摘要：文章以電氣自動化控制技術為切入點，就其自動化控制的含義、特性與主要技術進行探討，并分析了該技術在水力發電廠中的應用方式，期望通過對電廠電氣自動化控制技術的探究研討，為自動化控制技術的應用推廣與提升電廠發電效率，提供有益的參考。

關鍵詞：電氣自動化；控制技術；水力發電；電力能源；電力生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM763 文章編號：1009-2374（2016）34-0146-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.071

伴隨我國社會經濟發展與人民生活水平的提升，社會電力消耗量逐年上升，企業與人民對電力能源的需求也逐漸提高。在此社會需求背景下，電廠就需不斷改革自身發電技藝與設施，提升電力生產效率與水平，以此滿足社會對電力資源的需求缺口。而電氣自動化控制技術就是發電技術改革進程中的重要產物，其技術的應用與實踐，將對電廠發電成效的優化改進起著關鍵影響。因此本文以水電廠電氣自動化控制技術為研究出發點，對其技術的概念、特點與內容做逐一分析研究，并探究自動化控制技術在水力發電廠的具體應用措施。

1 電氣自動化控制技術概述

電氣自動化控制技術是指將網絡通信、計算機與電子技術相互結合，由此形成的一類新型綜合化控制技術，其技術的研究應用目的在于提升電氣技術工藝的自動化生產水平，實現工業生產的自動化與智能化目標。因此電氣自動化控制技術的關鍵在于電子技術，其技術作為現代工業生產提升效率質量的重要措施，被應用于各類工業生產領域中。

電氣自動化控制技術的特點主要有兩個方面：

1.1 技術覆蓋面廣

即控制技術本身為融合了多類學科領域的綜合性技術，所用科學知識與技術極為廣泛。因此在技術研發與應用上的要求相對較高，電氣自動化控制技術的研究需要多種技術的配合發展，任一軟硬件技術的缺失都會影響電氣自動化控制技術的水平與使用。

1.2 控制技術的電子化程度較高

電氣自動化控制技術的關鍵在于電子技術，其技術的主要實踐、應用方式即是經由電子信號的傳輸、處理來對工業生產做自動化管理與控制，因此控制技術具有較強的電子性，其電子技術的水平將直接影響整個自動化控制技術的成效與質量，對電氣自動化控制技術的研究應用，關鍵在于及時發展其電子技術，優化控制技術的電子水平。

2 電廠主要電氣自動化控制技術分析

2.1 電網調度自動化技術

電廠電氣自動化控制技術的一大應用項目，就是電網調度自動化技術，該技術通過計算機與通信網絡技術的輔助，對電廠電網中各個部分、構件的運行情況做實時收集與了解，進而掌握到電網整體的運行情況，并為調度人員的決策提供電網運行數據與信息支持。作為電力系統的重要構成部分，電網調度自動化技術能夠有效調控電廠發電系統，保證其正常運行與發電質量，并能顯著優化電網的工作調配效率，以處理電廠發電系統因發電工作調度不佳出現的發電故障問題，進而保障電廠發電的持續穩定。

2.2 ECS系統

ECS系統伴隨電廠電氣工藝技術改革發展，研制出的新型電氣自動化控制技術，該技術主要使用計算機與電子信號處理等手段，對電廠的各個器械設施做監控、維護與管理工作。ECS系統的結構使用分層分布式架構，該架構共分為三層（站控層、通信管理層與間隔層），此三層結構的構成與功用各有不同，這其中站控層主要由硬件構成，負責各類應用軟件與控制系統間的通信傳輸。通信管理層主要由通信網與通信管理設備構成，發揮出網絡與系統做聯系銜接的作用。間隔層由各類專業化功能設備構成，實現對電廠發電系統電壓保護、電流切換、自動控制等功能。具體ECS系統結構如圖1所示：

電廠傳統的控制系統主要為集散控制系統（DCS），此系統將計算機、通信等技術進行結合，對發電廠的各個主要工作設施進行分散控制與分級管理。但該系統線路較為單一，極大地影響了輸電效率，無法滿足人們的用電需求，并且DCS系統可控的信號種類不足，若要增加可控信號種類，就需增設電纜、變送器等設備，抬升電廠的自動化控制成本。目前ECS系統在DCS中的主要實現應用方法主要有以下兩種：

2.2.1 部分DCS法。該方法是僅使用DCS系統軟件來進行電氣自動化控制，系統控制指令信號經由網絡通信，或是DCS系統的I/O通道直接傳輸到電氣控制設備上，由此達到對各個電氣控制設備開啟停止、分合閘門等使用目的。而繼電保護等裝置設備的控制則僅由DCS系統進行操控，此類裝置設備的功能發揮并不依賴DCS系統，即使系統停止作用仍然能夠發揮裝置作用。

2.2.2 完全DCS法。該方法是完全由DCS系統軟硬件做電氣自動化控制的方式，將系統硬件與軟件結合來發揮部分電氣控制設備的作用，兩類方法的優劣對比如表1所示：

通過將ECS系統與DCS的結合改進，能彌補DCS系統本身存在部分缺陷，并改變原本DCS系統單一的線路情況，令其電路更趨多元化。ECS系統的建立也能令發電系統的用電維持在均衡狀態，同時對線路設置的優化改進，也有利于系統管理、維護工作的有效開展。

3 電廠電氣自動化控制技術在水力發電廠的應用研究

水力發電廠的計算機監控系統，主要應用目的在于對發電裝置設施做操控管理、自動發電并管理電壓、對發電系統進行自診處理、傳輸系統的數據信息、報警等功能。當前我國大部分的水力發電廠的計算機監控系統均為H90000V4.0系統，比如大唐國際長河壩水電站監控系統就是H90000V4.0。此系統將電子技術、計算機技術與通信網絡技術做整合統一，設計出開放化分層分布式結構體系。長河壩水電站H90000V4.0監控系統分為兩層結構：一層為場站控制層；一層為現地控制層。這其中場站控制是對整個水電廠裝置設施進行監控管理，其主要由操作站、采集服務器、通訊服務器與應用服務器構成。而現地控制層則主要由各個水電廠裝置設施中的現地控制單元組成，以對各個裝置設施做實施監管控制。

H90000V4.0系統同時也可依照其部件功能的不同劃分為各個模塊部分，各模塊依照自身功能的差異位于不同的分層中，通過各模塊的作用銜接實現對水電廠整體的監管控制。例如LCU單元位于LCU層之中，負責各個裝置設施數據的采集與監督作用。而主站監控功能模塊與水電廠數據庫則主要位于場站控制層之中，以控制所用電廠裝置設施完成自身的功能作用。

要確保水力發電廠的計算機監控系統的運行可靠性與安全性，就應提升其系統的運行安全與質量標準，通過為H90000V4.0系統增加部分冗余手段保證系統運行的穩定與安全。比如對系統各個節點均加裝冗余配備，從而在主機裝置出現故障問題時，冗余配備能確保系統運行的穩定，防止因主機故障影響監控系統的整體功能發揮。同時也可對場站控制層與現地控制層使用雙冗余結構予以銜接，令其互為備用網絡，防止在網絡通信出現故障問題時，缺少備用網絡引發信息數據傳輸問題。

由于H90000V4.0系統的結構使用開放化架構，因此可方便進行系統功能擴充，依據各水力發電廠的實際需求來配置系統構件，實現使用者所需的功能用途，進而減少水電廠的設備采購成本與重復投資費用，節省發電企業的自動化控制成本。例如長河壩水電站H90000V4.0系統的操作系統即為標準漢化版的UNIX，同時使用較少節點設置WINDOWS系統，使得整個計算機監控系統的擴展或是維護工作都較為簡便可行。

4 結語

綜上所述，電氣自動化控制技術伴隨各類技術工藝，特別是電子技術的進步發展，其自動化控制水平與成效逐漸提高，并已成為電廠的重要應用技術。而隨著電廠電量供應需求的提升，電廠的發電壓力與技術要求愈發提高，電氣自動化控制技術的選用與改進也應隨之加強，各水力發電廠應結合自身的發電需求與技術特點，引入適合于本電廠的自動化控制技術，以優化電廠的發電效率與質量，滿足社會對電力資源的需求。

參考文獻

[1] 潘海龍，劉旭杰.電廠電氣自動化技術應用探討[J].電子測試，2016，（7）.

[2] 王家陳.電廠電氣綜合自動化技術應用探討[J].科技與企業，2013，（6）.

[3] 蔣志榮.電氣自動化控制技術的研究[J].黑龍江科技信息，2014，（1）.

[4] 王學智.關于電氣自動化控制技術的探討[J].科技資訊，2012，（28）.

作者簡介：高家奇（1987-），男，江蘇徐州人，大唐四川發電有限公司助理工程師，研究方向：電力生產管理。

（責任編輯：小 燕）