電力系統及自動化控制技術

寧靜 樊晨曦 衛學峰 郭偉亮

【摘? 要】變電站自動化系統是變電站的核心系統，自動化系統的穩定性與先進性對變電站及電網的影響深遠，先進穩定的自動化系統不僅可以保證電力企業經濟效率，而且能保證廣大用電戶利益?，F代社會對電能供應的“安全、可靠、經濟、優質”等各項指標的要求越來越高，相應地，電力系統也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統自動化技術不斷地由低到高、由局部到整體發展，本文對此進行了詳細的闡述。

【關鍵詞】電力系統;自動化;控制技術

1 前言

變電站電力系統是把一些設備組裝起來，用以切斷或接通、改變或者調整電壓，在電力系統中，變電站是輸電和配電的集結點，變電站主要分為：升壓變電站，主網變電站，二次變電站，配電站。電力系統綜合自動化是基于科技發展和計算機網絡技術的出現而逐步形成的一個概念，是一個綜合發電廠、變電站、輸配網絡和用戶的集成概念，其概念研究和實現的主要目的就是如何更好地掌控和監視電力從出廠到供應的全過程，使輸配過程更有效和通暢。

2 電力系統自動化的概念

電力系統自動化系統一般是指電工二次系統，即電力系統自動化指采用各種具有自動檢測、決策和控制功能的裝置并通過信號系統和數據傳輸系統對電力系統各個元件、局部系統或全系統進行就地或遠方自動監視、協調、調節和控制以保證電力系統安全穩定健康地運行和具有合格的電能質量。

3 電力自動化系統的構成

3.1系統調度自動化

電力系統調度自動化是當前電力系統中發展最快的技術領域之一，它的主要功能構成為：電力系統數據采集與監控，其是實現調度自動化的基礎和前提;電力系統經濟運行與調度、電力市場運營與可靠性、發電廠運營決策等;變電站綜合自動化等[2]。電力系統調度自動化是電力系統自動化的核心與關鍵，對自動化系統的質量與穩定性有著重要影響。

3.2變電站自動化

變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備（包括繼電保護、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新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統[3]。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩定運行水平、降低運行維護成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。

3.3配電網自動化

配電網長期以來只能采用手工操作進行控制，自90年代開始逐步發展實現了一批功能獨立的孤島自動化，其今后的發展趨勢必然走向基于先進通信技術的網絡自動化。配電網自動化主要包括饋線自動化、自動制圖/設備管理/地理信息系統及配電網分析軟件，它是配電自動化的基礎部分。與傳統的孤島自動化相比，基于信息技術的配電網自動化的關鍵在于以下三點：大量的智能終端、通信技術和豐富的后臺軟件[4]。針對我國配電網的具體情況，配電網自動化應當分期分批逐步發展完善，最終實現對配電系統資源的綜合利用。

4 電力系統中自動化控制技術

4.1電網調度自動化

電網調度自動化主要組成部分，由電網調度控制中心的計算機網絡系統、工作站、服務器、大屏蔽顯示器、打印設備等，其主要是通過電力系統專用廣域網連結的，下級電網調度控制中心、調度范圍內的發電廠、變電站終端設備（如測量控制等裝置）等構成。電網調度自動化的主要功能是：電力生產過程實時數據采集與監控電網運行安全分析、電力系統狀態估計、電力負荷預測、自動發電控制（省級電網以上）、自動經濟調度（省級電網以上）并適應電力市場運營的需求等。

4.2 變電站自動化

變電站自動化的目的是取代人工監視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規電磁式設備;二次設備數字化、網絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監視實現計算機屏幕化：運行管理、記錄統計實現自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產現代化的一個重要環節。

4.3 發電廠分散測控系統（DCS）

發電廠分散控制系統（DCS）一般采用分層分布式結構，由過程控制單元（PCU）、運行員工作站（0S）、工程師工作站（ES）和冗余的高速數據通訊網絡（以太網）組成。過程控制單元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能I/0模件組成。MCU模件通過冗余的I/0總線與智能FO模件通訊。PCU直接面向生產過程，接受現場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關量、脈沖量等信號，經運算處理后進行運行參數、設備狀態的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅動執行機構，完成生產過程的監測、控制和聯鎖保護等功能。

運行員工作站（0S）和工程師工作站（ES）提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發來的信息和向PCU發出指令，為運行操作人員提供監視和控制機組運行的手段，工程師工作站為維護工程師提供系統組態設置和修改、系統診斷和維護等手段。

5 電力系統自動化總的發展趨勢

5.1 當今電力系統的自動控制技術正趨向于：

①在控制策略上日益向最優化、適應化、智能化、協調化、區域化發展。②在設計分析上日益要求面對多機系統模型來處理問題。③在理論工具上越來越多地借助于現代控制理論。④在控制手段上日益增多了微機、電力電子器件和遠程通信的應用。⑤在研究人員的構成上益需要多“兵種”的聯合作戰。

5.2 整個電力系統自動化的發展則趨向于：

①由開環監測向閉環控制發展，例如從系統功率總加到AGC（自動發電控制）。②由高電壓等級向低電壓擴展，例如從EMS（能量管理系統）到DMS（配電管理系統）。③由單個元件向部分區域及全系統發展，例如SCADA（監測控制與數據采集）的發展和區域穩定控制的發展。④由單一功能向多功能、一體化發展，例如變電站綜合自動化的發展。⑤裝置性能向數字化、快速化、靈活化發展，例如繼電保護技術的演變。⑥追求的目標向最優化、協調化、智能化發展，例如勵磁控制、潮流控制。⑦由以提高運行的安全、經濟、效率為完成向管理、服務的自動化擴展，例如MIS（管理信息系統）在電力系統中的應用。

近20年來，隨著計算機技術、通信技術、控制技術的發展，現代電力系統已成為一個計算機（Computer）、控制（Control）、通信（Communication）和電力裝備及電力電子（Power System Equiqments and Power Electronics）的統一體，簡稱為“CCCP”。其內涵不斷深入，外延不斷擴展。電力系統自動化處理的信息量越來越大，考慮的因素越來越多，直接可觀可測的范圍越來越廣，能夠閉環控制的對象越來越豐富。

6 結束語

電氣自動化控制技術的出現和發展，促進了電力部門生產工作的平穩、安全和高效率的開展。傳統的電力部門融入高科技技術，不僅能夠有效地提升生產力，而且還能夠解放大量人力勞動，促進社會經濟的良性健康發展，符合新時代的發展理念。因此，目前要對電氣自動化技術進行進一步的研究，加強自動化技術與電力部門的融合發展，這是符合時代要求的舉措。

參考文獻：

[1]張俊.電力系統中電氣自動化技術的探索[J].中國新技術新產品，2016.3（03）.267.

[2]陳綱，曹斌勇，劉宏偉.電力自動化專業各研究領域發展趨勢與現狀調查[J].長沙電力學院學報（自然科學版）.2006（4）：134-139.

[3]張繼雄.變電站自動化系統選型中應注意的問題.內蒙古電力技術.2005，02

（作者單位：國網山西省電力公司陽城縣供電公司）