電力系統及其自動化技術的應用研究

華能甘谷發電有限公司 王軍

1 電力系統自動化的特點及要求

1.1 電力系統自動化的特點分析

1.1.1 技術要求高，系統性強

電力系統自動化具有很強的系統性，需要一定科技技術作為支撐。電力系統應用環境復雜多變，從始端到終端包含內容繁多，覆蓋范圍廣，對系統本身的容量和硬核支持技術要求非常高，需形成龐大完整的系統網絡，監管到每個節點。電力自動化系統必須具備較強的系統性，以前沿科技水平作為后盾，保障電網運轉正常穩定。

1.1.2 數據精準，實時監控

電力系統自動化的顯著特點便是數據準確、實時監控。在實際應用的過程中，管理者可對其中任何一個環節進行隨時隨地的監控，對關鍵節點的數據進行精準采集，這是電力系統自動化有別于傳統人工管理最為鮮明的特點。整個監控系統自動完整，數據采集無須人工參與，數據采集后直接導入運算系統分析產生結果，高效低耗[1]。

1.1.3 完整的可追溯性

電力系統自動化將電力行業的每個節點相互連接，形成完整的產業網，并實時記錄產業網中每個節點的工作狀況，保證電力系統的自動化可追溯性。在電網的運行過程中，管理者可輕易地對全生產鏈或單個環節進行追溯，節省了處理特殊問題的精力和成本。當突發事件發生時，電力系統能用最少時間解決問題，保障工業用電、居民用電不受影響。

1.2 電力系統自動化的技術要求

電力系統運行的安全性、系統性、穩定性是電力系統及自動化的根本需求。自動化系統有效調控電力系統各器件，保障各器件處于最佳的運行狀態，實現高品質的電力供應。同時，自動化技術可以有效實現精準收集各器件的工作數據，確保在安全的前提下，能夠有效進行電網協調，將決策上報給操作人員。此外，自動化技術可以及時應對突發性電力中斷以及器件安全故障，能夠有效掌握電力系統的運行狀況，強化了傳統電力系統的監控機制，系統分析電網元器件的技術安全性以及經濟節能方面的要求。火電廠電力系統自動化注重操作人員以及監管人員的管理培訓，保障工作人員的專業素養，要求其在工作中能夠按要求進行設備操作以及元器件的調控，保障不同層級的器件有效協調，優化資源，尋求最佳的電力系統供應方式，確保電力系統的穩定運行[2]。

2 電力系統自動化技術的實際應用

2.1 電力數據分類

在火電廠的電力自動化系統當中，可以將數據分為兩種類型。一種為原始數據，是指在發電廠運行的過程中直接獲得的數據，也可被稱為直接數據。另一種為再生數據，是指在現場數據的基礎上進行加工分析所得到的數據。從自動化技術的特點來看，電力數據可細化分為四種。其一為實時的數據，是指直接來自于現場的數據，其具備存儲設備要求高、存儲量大、速度快的特點。其二為基礎性數據，是指電力自動化系統中各電力設備的屬性數據，是電力設備管理的關鍵。其三為工作數據，是指在火電廠的日常運行過程中所產生的數據，也包括企業內部管理形成的數據。其四為市場數據，是指整個電力行業的運行數據。市場數據是我國電力行業朝市場化發展的一大指標性數據，電力企業需要對市場中的情況進行綜合的數據整理與分析[3]。

2.2 電網調度自動化技術

在火電廠自動化系統中電網調動自動化技術十分關鍵，其主要是通過控制中心的計算機平臺以及其他控制系統協調操作完成，能夠有效保障電力運輸過程的穩定性，更快地處理電力優化配置問題。電網調動自動化系統是通過對電力生產以及運輸過程中所產生的數據進行實時的采集以及監控，能夠有效分析整個電網的運行狀態，對電力系統的實施狀況進行有效分析。科學有效的電網調度能夠實現自動發電控制以及經濟調度，適應電力市場運行的發展需求，從而保障電力運輸的安全性以及穩定性，有效減少了運輸成本，能夠使電網在物理極限的狀態下穩定運行，保障了電網運行的經濟效益。就目前的狀況來看，我國的電網調度中心系統一般分為五個等級，其中包括國家級、網、局級、省級、地區級以及縣級。

2.3 GPRS監控系統的運用

電力監控系統可分為兩種。一種是對電網系統運行的狀況進行系統監管，其中包括監視、控制以及數據采集多個環節。這一系統的特點是能夠進行長時間的數據刷新，但是只能分析電力系統的穩態特征。另一種是對電磁暫態過程故障進行有效控制，其特點是記錄時間短暫、數據復雜，記錄儀之間會由于通信不暢而無法對整個電網的動態信息進行合理分析。這兩種監控系統均存在不足，這就促使更加高效、便捷的動態監測系統的產生。智能監控系統基于GPS 系統，由通信系統、中央信號處理系統以及同步定時系統組合而成，運用GPS 系統達到光纖通信以及同步測量的作用。

3 電力系統自動化新技術的應用

3.1 微機實時保護系統

火電廠的電力系統要適應信息技術的高速發展，從原有的人工看守模式轉換為計算機運行模式，將原有的指示燈、報警器等轉換為微機實時保護系統，通過工作人員設計軟件系統，憑借微機對電力系統各裝置進行實時監控，一方面減輕了工作人員的工作量，另一方面能夠保障監控安全有效。火電廠通過設置計算機實時保護系統，可以有效節約設備成本以及人工成本，編程人員將正常的工作值輸入到設備當中，讓計算機對各層器件進行有效控制。一旦發現運行過程中設備出現問題，通過計算機層面對設備發布指令。引入微機實時保護系統后，火電廠在人員配置方面可進行適當的調整，由一個工作人員通過軟件系統同時監控多臺設備，能夠有效提高工作效率。電力系統微機保護線路如圖1所示。

圖1 電力系統微機保護線路

3.2 遠程監控及維護系統

電力系統是指火電廠中的發電裝置，將自然界中的能源轉換為電能，通過配電裝置輸送到每個用電單位。在電力輸送的過程中，涉及傳輸數據傳輸環節以及監測環節，通過自動化數據傳輸監測，能夠有效保障電力運行的穩定性以及電能的合理調度。遠程監控及維修系統，其性能優越，能夠利用衛星繼電保護裝置解決運輸中的問題，滿足了電力運行穩定性的需求，同時遠程監控能夠大大提高綜合效益。隨著現階段我國電力系統的不斷優化發展，靈活的嵌入式系統逐漸應用到電力運行的過程中，彌補了系統管理的不足，在一定程度上實現了系統優化，能夠有效提高系統運行的綜合效率。

3.3 GIS技術與GPRS技術

電力自動化系統當中有效融合GPRS 系統以及GIS系統。GPRS系統是一種無線分組系統，能夠有效避免電力運輸過程中數據傳輸的缺陷，實現了自動化系統對于低壓配電控制以及遠程抄表的需要，能夠把電表中的實時數據傳輸到監控中心，從而有效控制電力運行系統中的電力設備。針對偏遠地區的電力設備管理，GPRS 系統能夠遠程控制偏遠地區變電站的運行狀況，自動讀取電表中的數據且自動維護變電站的設備運行狀況，從而達到節省人工成本的目的。GIS 系統融合了信息化地理信息管理以及維護平臺，能夠有效幫助工作人員對配電系統進行合理的空間設計。GIS 環境下電網運行監控系統結構如圖2所示。

圖2 GIS環境下電網運行監控系統結構

3.4 PLC技術的應用

電力系統的PLC技術如圖3所示。

圖3 電力系統的PLC技術

電力自動化系統當中的PLC 技術在數據整合、數據分析、數據轉換以及數據采集方面具有明顯的優勢，可以實現智能操控，協調整個電網的運行狀況。PLC 技術可以實現對獨立板塊的點對點控制，也可以進行總線間的信號連接，能夠服務于整個系統，實現電力系統的智能控制，保障各部門協調運行，提高電力運輸的綜合效益。由于PLC 系統中的開關量控制并沒有結點數目的限制，因此工作人員可根據需求進行自由拓展，使得工作更加高效、便利。PLC 技術具有數據分析與處理、數據控制、閉環過程控制以及開關量控制等多種功能，因此可以對連續量進行閉環控制，實現數據之間的自由轉換，同時運用PID 模塊可以有效強化PLC 技術的功效，能夠在電力系統運行中提供更加高效、高質的技術保障[4]。

3.5 DMS系統的應用

在大數據、云計算發展的大背景下，火電廠電力系統自動化發展要尋求建立系統完備的DMS 系統，提高電力設備管理的綜合水平，優化電力設備保護，在一定程度上降低停電事故的發生概率，進而有效提高電網運行的穩定性。火電廠要建立一套設備事故的處理機制，一旦出現事故，能夠盡量減少停電時間，進而降低故障對于電力設備的影響。工作人員要及時掌握電力運輸的各種參數以及電力系統的運行綜合狀況，進而實現電力的平衡以及負荷的有效監控，達到節約用電、精準預算的效果。同時，火電廠要積極構建無人值守的電力系統綜合運行管理機制，進而達到減員增效的目的[5]。

4 結語

火電廠電力自動化系統可以幫助工作人員及時掌握功率、頻率、電壓等各項參數，對于電能質量、開關設備狀態監控以及電力負荷有明確分析。隨著智能電網以及超高壓輸電技術的迅猛發展，火電廠的自動化系統在其生產運行過程中越來越重要，自動化技術將是未來電力系統發展的重要方向。火電廠在發展的過程中要巧妙融合自動化技術、智能管理技術、通信技術以及信息技術，朝著自動化、智能化的方向進展。火電廠自動化系統要以配電管理系統、自動化技術、變電所綜合自動化、電力系統調整為基石深入拓展，電力系統自動化發展，提高配電安全性、穩定性，提升輸電綜合效益，轉變電力系統人員冗雜的問題。