變電站自動化在電力系統中的應用

郭保聚++院天杰

摘 要：本文主要結合筆者多年工作經驗總結，簡要的分析了電子信息技術在電力自動化系統中的應用，并探討其未來發展方向。

關鍵詞：變電站自動化；電力系統；應用技術

伴隨著我國人民生活水平的不斷提高，人們對供電系統的可靠性和安全性也越來越重視。電力自動化系統由此應運而生，其借助現代電子信息技術實時監視電力系統的運行參數，能夠綜合監控整個電網的運行狀況；實施遙控命令，使變電站管理人員能夠通過監控中心全面而詳細地了解電力系統的運行狀況，準確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡便地實現各種數據分析等等。可見，電力系統要實現完全意義上的自動化、即真正意義上實現變電站和電網的智能化，就必須運用電子信息和計算機技術，電子信息和網絡通信技術，因為其在促進電力系統自動化的進程中起著決定性的作用。

1 電力自動化系統技術

發電、輸電、變電、配電及用電等相關環節所組成的系統為電力系統。電力系統的一次設備是由發電機、變壓器、開關及輸電線路等相關設備組成。為了確保電力一次設備安全與穩定地運行及電力生產獲得理想的經濟效益，就需要對一次設備進行在線測控、保護、調度控制等。電力系統中將這些測控裝置、保護裝置、有關通信設備、各級電網調度控制中心的計算機系統、發電站（廠）、變電站的計算機監控系統等統稱為電力系統的二次設備，它涵蓋了電力系統自動化的主要技術內容。根據電力系統運行中與電子信息技術手段結合的特點，可將電力系統自動化分為幾個模塊。

2電子信息設備的構成

2.1硬件構成

電網在運行中過程中主要采集遙測量和遙信量的實時數據，電網在運行中主要的調節和控制信息是遙控信息和遙調信息這兩大類，即運用的調節命令，以改變設備運行參數，例如改變發電機出力的調節命令。目前我國電力系統主要是采用微刑機為核心的遠動裝置（即微機遠動系紉，以實現上述數據采集和調度控制功能，即遙測、遙信、遙控和遙調四大功能。

（1）微機遠動系統結構分析。微機遠動系統主要山二個部分構成，即廠站端的遠方終端裝置rtu （remote terminal u-nib）調度中心的遠動通信接口裝置mtu.masterterminal unit）和遠動通道。

遠方終端rtu是裝在變電站內的遠方數終端裝置，rtuii的主要功能有：數據采集，如模擬量（yc）、開關量（yx）、數字量（yc）、脈沖量（yc）等；數據通信；執行命令，如完成遙控（yk）、遙調（yt）等操作。按規約完成遠動數據采集、處理、發送、接收以及輸出執行等功能。調度端遠動通信接口裝置 mtu，其主要功能是對接受的數據進行必要的處理后，傳入主機系統的實時數據庫，供系統模擬盤、crt 顯示及其他應用程序調用。mtu 可根據調度控制要求，執行不同的操作命令，傳送至廠站端的rtu。顯然，處于主機和rtu之間的mtu裝置執行著雙重任務：

①要完成雙向通信的作用；②為了減輕主機的工作負載，不同程度地完成數據整理、加工的預處理任務。如果自動化系統功能需要擴展，特別是當主機需要承擔狀態估計及安全分析等繁重的計算任務時，更多的數據預處理工作需由mtu來實現。這種情況一般是通過增設前置預處理機（即scada前置機），構成前置機系統。遠動通道有多種方式，目前我國電力系統常用的通信信道有載波、微波、擴頻、特高頻、直通電纜、衛星、光纖等幾種方式。根據傳送信號類型的不同可將通道可分為模擬通道和數字通道。

（2）實時監控計算機系統的基本配置。隨著科技的進步和電力事業的發展，我國電力系統調度中心的實時監控計算機系統基本配置要求也越來越高，在其構成上主要有：大容量、高速度的主機系統和前置機、遠動通信接口部分及人機聯系系統。

2.2軟件的構成

能量管理系統ems（energy management system） 除包括scada系統外，還包括agc/edc、狀態估計se、安全分析sa、最佳潮流opf和自動電路恢復acr等高層軟件。根據各軟件的主要功能和用途，可將ems劃分為五種類型：發電控制類、發電計劃類、網絡分析類、調度員培訓模擬類、市場交易與管理類。監視控制與數據采集scada（supervisory controlanddataacquisition）系統主要功能是：數據采集；實時數據顯示；異常或事故報警；事件順序記錄；遙控和遙調；運行報表記錄；事故追憶。其中“事件順序記錄”是發生事故時對各斷路器、繼電保護等動作狀況及時間，按時間順序進行記錄。“事故追憶”可保留事故發生前后一定時間內的部分實時數據，如樞紐點電壓、主干線潮流和頻率等，這些數據為分析事故提供了重要信息。

3 系統技術應用

3.1 發電廠自動化

分散控制系統（dcs）在目前發電廠綜合自動化系統中運用最為普遍，其保護和測控裝置就地安裝在開關柜中，通過現場總線連接起來，經通信管理機連接至后臺機。該系統一般采用多臺計算機分散處理多個控制回路，而各控制站的現場信號和控制參數可以經由通信傳到其它控制站和操作員站的crt上。dcs的運用給發電廠帶來巨大進步，特別是計算機的硬件技術、軟件組態技術和通訊技術所形成的技術優勢，使前期電站中相對獨立的控制系統，在數字技術的支持下形成了控制功能分散、監控參數集中、各子系統信號聯系緊密的整體。

3.2變電站自動化

變電站自動化是為了取代人工監控和電話人工操作，加強對變電站的監控功能，以實現變電站的安全高效地運行。信息技術在變電站自動化中的應用，源于在變電站中普遍使用基于計算機技術的智能設備（ied），它不但能分析出很多現場難以直接測量的數據，實現數據數字化，而且能通過計算機數據通信接口，利用計算機的存儲功能完成統計記錄。

變電站自動化系統的特點是運用計算機技術、自動控制技術和通訊技術等實現對變電站二次設備（如繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重組和優化，通過變電站系統內部各設備的信息交換、數據共享，實現監視、測量、控制和協調變電站全部設備的運行監視和控制的任務。變電站綜合自動化取代了變電站常規二次設備，能夠簡化變電站二次接線，它作為電網調度自動化不可或缺的重要組成部分，是電力生產現代化的一個重要環節。

4 電力系統自動化未來應用趨勢

4.1電子信息設備與電力自動化設備的兼容問題電子信息設備與電力自動化設備硬件、軟件兼容問題成為當前的一個研究熱點。電力系統中微機型產品的應用越來越廣泛（如繼電保護裝置的微機化比率越來越高等），已形成電力系統自動化控制類產品的主流方向。但由于電力系統的復雜性，其電磁環境非常惡劣，而以微處理器為核心的微機型產品很容易受到這些電磁干擾而導致誤動、拒動、數據丟失或死機等現象，給電力系統安全高效地運行帶來了嚴重的事故隱患。

4.2 電力系統自動化應用

電子信息技術的更新速度加快20世紀90年代高性能工作站、服務器及軟件技術、信息處理技術及高速網絡技術的發展使電力系統自動化的技術水平取得了突破性進展，產品逐步發展成為一種開放式、分布式、網絡化、智能化的新模式。而最近幾年各種嵌入式新產品（如嵌入式高性能微處理器、嵌入式計算機、嵌入式操作系統、嵌入式以太網）的出現，使電力系統中的裝置類設備（如測量控制設備、繼電保護裝置及數據通信控制器）再次更新換代。裝置的硬件電路和應用程序應用結構簡化，產品性能不斷提高，裝置信息處理速度加快，功能擴展能力加強，使電力系統自動化程度不斷向前發展。

綜上所述，電力系統自動化已是我國現代電子信息技術應用的一個重要領域，電子信息技術與計算機發展中出現的新技術、新成果都以最快的速度被應用于電力系統自動化中，電子信息技術的發展在不斷推動著電力系統自動化、特別是近幾年風生水起的智能化變電站和智能化電網建設的進程。