電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢及新技術(shù)的應(yīng)用

王瓏 王琳

[摘要]現(xiàn)代社會對電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)”等各項指標的要求越來越高，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)不斷地由低到高、由局部到整體發(fā)展，本文對此進行了詳細的闡述。

[關(guān)鍵詞]自動化 發(fā)展 結(jié)構(gòu)

一、電力系統(tǒng)自動化總的發(fā)展趨勢

1.當今電力系統(tǒng)的自動控制技術(shù)正趨向于：

（1）在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。

（2）在設(shè)計分析上日益要求面對多機系統(tǒng)模型來處理問題。

（3）在理論工具上越來越多地借助于現(xiàn)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(yīng)用。

2.整個電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展則趨向于：

（1）由開環(huán)監(jiān)測向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到AGC（自動發(fā)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(tǒng)）到DMS（配電管理系統(tǒng)）。

（3）由單個元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如SCADA（監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集）的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展。

（4）由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動化的發(fā)展。

（5）裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護技術(shù)的演變。

二、變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在高壓或超高壓變電所中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之，智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電所則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上，實現(xiàn)了變電所機電一體化設(shè)計。

數(shù)字化變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù)IEC6185A通信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“所控層”。

1、過程層：該層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測；（3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動。

2、間隔層：其主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（2）實施對一次設(shè)備保護控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及所控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

3、所控層：其主要任務(wù)是：（1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（4）具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能；（5）具有所內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（7）具有變電所故障自動分析和操作培訓功能。

三、發(fā)電廠中的自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

發(fā)電廠自動化系統(tǒng)是一個整體，熱控與電氣部分應(yīng)有效結(jié)合，未來不僅僅是DCS向FCS發(fā)展，整個電廠自動化系統(tǒng)應(yīng)該是一個由若干子FCS系統(tǒng)構(gòu)成的大控制系統(tǒng)，子FCS系統(tǒng)可以有一定的獨立性，但聯(lián)系成大系統(tǒng)后又可實現(xiàn)全廠機、爐、電監(jiān)視控制及優(yōu)化運行。

發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)作為其中一個子FCS系統(tǒng)，也有一定的獨立性。從范圍看，ECMS系統(tǒng)應(yīng)包含對6KV及400V的全部電源及電動機的保護監(jiān)視，還應(yīng)包 含機組部分保護及自動裝置，此外，升壓站電氣部分也可接入其中。從作用及地位 上看，有建議將ECMS作為未來全通信控制方式下DCS一部分的觀點；也有觀點 認為ECMS系統(tǒng)以電氣系統(tǒng)監(jiān)測管理為主要目的，實現(xiàn)全廠電氣系統(tǒng)的集中監(jiān)視、 管理及輔助控制等功能。還有觀點認為，電氣系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，主要目的是實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的集中監(jiān)視、管理，其控制應(yīng)主要通過DCS系統(tǒng)下發(fā)給ECMS，并通過ECMS 系統(tǒng)的保護測控裝置執(zhí)行，以ECMS為主進行控制只能作為后備。

在地位上：ECMS 既是DCS系統(tǒng)的一部分，同時又獨立成為一個電氣自動化系統(tǒng)，完成DCS不關(guān)心、 少關(guān)心以及無法實現(xiàn)的電氣系統(tǒng)功能，如集中抄表、狀態(tài)檢修、電氣邏輯閉鎖、電 氣開關(guān)順序控制、定值管理、保護動作分析等。 從技術(shù)上講，發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）與升壓站的微機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系 統(tǒng)（NCS ）有相似之處，但更多的是實際應(yīng)用條件造成的差異，表現(xiàn)在以下幾方面： 一是ECMS系統(tǒng)所連接的6KV及400V節(jié)點（裝置）數(shù)量可達數(shù)百點或接近千點， 高出NCS系統(tǒng)一個數(shù)量級，這就要求系統(tǒng)有足夠的容量。其次，如作為一個DCS 子系統(tǒng)參與電廠的過程控制，則需要ECMS系統(tǒng)有很高的可靠性并且需要ELMS 系統(tǒng)實現(xiàn)工藝連鎖，并保證足夠的實時性。第三，ECMS系統(tǒng)涉及到與DCS系統(tǒng) 的接口，與輔機控制系統(tǒng)的接口，與SIS及MIS的接口，且沒有相關(guān)的系統(tǒng)規(guī)范。

電力系統(tǒng)調(diào)度監(jiān)測從穩(wěn)態(tài)/準穩(wěn)態(tài)監(jiān)測向動態(tài)監(jiān)測發(fā)展是必然趨勢。GPS技術(shù)和相量測量技術(shù)的結(jié)合標志著電力系統(tǒng)動態(tài)安全監(jiān)測和實時控制時代的來臨。

隨著計算機技術(shù)，控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進入電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，而信息技術(shù)的發(fā)展，不僅會推動電力系統(tǒng)監(jiān)測的發(fā)展，也會推動電力系統(tǒng)控制向更高水平發(fā)展。

參考文獻

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