電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用研究

摘 要：近年來，我國電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，有效加強電力系統(tǒng)的調節(jié)和控制已成為推動電力系統(tǒng)發(fā)展的關鍵。在電力系統(tǒng)中應用電氣自動化控制技術，有利于保證電力系統(tǒng)運行的高效性、穩(wěn)定性和可靠性。文章簡要就電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用進行了相關研究。

關鍵詞：電氣自動化控制技術；電力系統(tǒng)；應用

近年來，隨著計算機技術、信息技術等飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的控制和管理逐漸走向智能化和數(shù)字化。電氣自動化控制技術是一門以計算機網絡技術、電子技術和微機控制技術為基礎的現(xiàn)代化電力技術，這一技術可有效解決電力系統(tǒng)電力生產能力擴大和電力傳輸范圍擴展等方面的問題，提升電力系統(tǒng)運行效率，滿足電力系統(tǒng)智能化、信息化的控制要求。

1 電力系統(tǒng)電氣自動化控制技術發(fā)展概況

1.1 電氣自動化控制技術的發(fā)展歷程

電氣自動化控制技術的發(fā)展起源可追溯到20世紀50年代，當時的自動化控制主要為機械控制，還未實現(xiàn)電氣自動化控制的實質，但為后期的電氣自動化控制研究提供了基本思路和方向。進入到20世紀80年代，計算機網絡技術的迅速崛起與發(fā)展，網絡技術基本成熟，這一時期形成了計算機管理下的局部電氣自動化控制方式，其應用范圍較小，對于系統(tǒng)的復雜程度也有一定要求，如電網系統(tǒng)過于復雜，易出現(xiàn)各類系統(tǒng)故障，但不可否認，這一階段促進了電氣自動化控制技術的基本體系與基礎結構的形成。進入新時期，高速網絡技術、計算機處理能力、人工智能技術的逐步發(fā)展和成熟，促進了電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用，電氣自動化控制技術真正形成，其以遠程遙感、遠距離監(jiān)控、集成控制為主要技術，電氣自動化控制技術的基礎也因此形成[1]。且隨著時代的不斷發(fā)展，電氣自動化控制技術日臻完善，電力系統(tǒng)逐步走向網絡智能化、功能化和自動化。

1.2 電氣自動化控制技術的重要意義

隨著我國經濟的高速發(fā)展，電力需求量不斷增加，電網的規(guī)模和覆蓋范圍都不斷擴大，電網結構日趨復雜，電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的廣泛應用，能較好的適應電網的廣泛性、復雜性和功能性的特點，充分發(fā)揮出其功能性和系統(tǒng)性的優(yōu)勢，保證電力系統(tǒng)的安全、可靠運行。同時，電氣自動化控制技術可強化電力企業(yè)的各項職能，對電力企業(yè)建設與企業(yè)目標的實現(xiàn)有重要的意義。隨著電氣自動化控制技術的不斷進步和發(fā)展，其高級功能將會不斷得到擴展與開發(fā)，促進電力企業(yè)的管理和可持續(xù)健康發(fā)展，使其在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

2 電力系統(tǒng)電氣自動化控制技術的實現(xiàn)形式

2.1 電網調度自動化

電網調度自動化是依托計算機技術和通信技術而發(fā)展起來，可發(fā)揮電力相關信息采集、信息命令、信息執(zhí)行、信息控制等多種功能。電網調度自動化系統(tǒng)主要由電網調度中心的計算機網絡系統(tǒng)、服務器、工作站、大屏蔽顯示器、打印設備等通過電力系統(tǒng)的專用廣域網連接的下級電網調度控制中心、調度范圍內的發(fā)電廠、變電站終端設備等構成。而我國電網調度目前采用五級分層的調度管理，即國調（國家調度控制中心）、網調（大區(qū)電網調度控制中心）、省調（省電網調度控制中心）、地調（地市電網調度控制中心）和縣調（縣級電網調度控制中心）。電力系統(tǒng)中，電網調度自動化的應用，可實現(xiàn)對電力生產過程中實時數(shù)據的采集、監(jiān)控及電網運行狀態(tài)的全程監(jiān)控，同時其還發(fā)揮著預測電力負荷、評估電力系統(tǒng)狀態(tài)、維護電網運行安全、省級電網以上的自動發(fā)電控制和自動經濟調度等重要作用[2]，通過這些信息的采集，調度人員進行有效分析，可及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，有利于促進電網的健康穩(wěn)定運行。

2.2 變電站自動化

變電站自動化是利用先進的計算機技術、信息處理技術、現(xiàn)代電子技術和通信技術等全方位、全程監(jiān)控變電站的一切生產設備和生產系統(tǒng)。除了以上功能外，其還承擔其辨別和測量變電站中相關的數(shù)據、狀態(tài)，自動進行預警、報警打印等工作，能自動、快速地切除出現(xiàn)故障的電力設備，維修部分故障，縮短檢修時間，提高檢修效率，其取代了傳統(tǒng)的人為操作和監(jiān)控管理，有利于對變電站的實時有效監(jiān)控，提升了變電站的工作效率，保障了變電站的安全運行，對優(yōu)化和完善變電站的現(xiàn)代化管理有重要的現(xiàn)實意義。變電站自動化實現(xiàn)了各種常規(guī)電磁式設備向全微機化的裝置轉化，電力信號電纜向計算機電纜或光纖；操作監(jiān)視的計算機屏幕化；二次設備的集成化、數(shù)字化、網絡化；運行管理、記錄統(tǒng)計的自動化。同時，變電站自動化還是電網調度自動化不可或缺的重要內容，通過這一系統(tǒng)的應用，可有效提升電力系統(tǒng)電力生產現(xiàn)代化的水平。隨著科學技術的不斷進步和發(fā)展，變電站自動化的發(fā)展趨勢將會不斷朝著高集成化、標準化、數(shù)字化方向發(fā)展。

2.3 發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（DCS）

發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)（distributed control systems，簡稱DCS）是一個龐大的多級計算機系統(tǒng)，其運用計算機的通訊技術、顯示技術和控制技術等多種綜合功能實現(xiàn)對發(fā)電廠的分散測控、分級管理和集中操作。近年來，發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，對加強和完善發(fā)電廠自動化管理起到了重要的作用。其通常采用分層分布式的結構，由過程控制單元（PCU）、冗余的高速數(shù)據通訊網絡（以太網）、運行員工作站（0S）和工程師工作站（ES）四部分構成。PCU主要由智能I/0模件和冗余配置的主控模件（MCU）構成，其直接面向生產過程，并可接收現(xiàn)場變送器、電氣量、熱電偶、熱電阻、脈沖量等各種信號，這些信號經運算處理后，通過實時顯示的設備狀態(tài)、運行的參數(shù)、輸出信號直接驅動的執(zhí)行機構，實現(xiàn)生產過程的全程監(jiān)測、控制、聯(lián)鎖保護等功能，確保生產過程的井然有序。運行員工作站（0S）和工程師工作站（ES）主要充當了“人機接口”的角色，運行員工作站可接收過程控制單元發(fā)來的信息并向其發(fā)送指令，這樣一來，運行操作人員可實現(xiàn)對機組運行的有效監(jiān)控。而工程師工作站主要是用于控制DCS應用軟件組態(tài)、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)維護等的工程設備，其便于維護工程師對系統(tǒng)的診斷、組態(tài)設置、修改和維護[3]。

3 電子技術、計算機技術的發(fā)展不斷推動電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展

20世紀60年代，晶體管技術的發(fā)展及中小規(guī)模集成電路的研發(fā)為電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展提供了重要的技術條件，電力開關信號檢測、電力變送器、晶體管及集成電路繼電保護等二次設備被應用，這一階段自動化裝置的設計主要以模擬電路和布線邏輯為主，功能比較單一，缺乏故障自我診斷能力。進入20世紀80年代，單片機技術不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化設備得以升級換代，數(shù)字電路和模塊化軟件設計技術等被應用，電力自動化裝置的性能更加優(yōu)越。另外，這一時期，電廠監(jiān)控系統(tǒng)、電力系統(tǒng)調度自動化、變電站綜合自動化等得到了一定程度的發(fā)展，這主要得益于國產工業(yè)計算機和引進的PC機技術，電力系統(tǒng)可實現(xiàn)實時數(shù)據采集、分類匯總、分析、顯示、打印等任務。20世紀90年代，電力系統(tǒng)自動化技術水平進入高速發(fā)展發(fā)展，逐步走向開放式、分布式、網絡化、智能化。這一時期，電力系統(tǒng)電力電纜、通信電纜的用量大大減少，設備體積減小，建設成本降低。同時設備配置的技術水平、靈活性、互換性和可維護性提升。近幾年以來，嵌入式計算機、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式以太網等在現(xiàn)代生產和生活中被逐漸廣泛應用，其促進了電力系統(tǒng)的繼電保護裝置、測量控制設備、數(shù)據通信控制器等的再次升級換代，進一步提高了電力系統(tǒng)自動化水平。

4 當前電力系統(tǒng)自動化依賴IT技術向前發(fā)展的重要技術

4.1 電力一次設備智能化

電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時，將常規(guī)二次設備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，“智能化開關柜”、“智能化箱式變電站”等都屬于電力一次設備智能化在電力系統(tǒng)中的具體應用。其對于國家電力行業(yè)智能化意義重大，目前對于主變壓器、開關設備、避雷設備等的智能化已做出了初步研究，這種進步改變了以往的電力運行模式，能夠提前預測和分析可能存在的問題及安全隱患，給系統(tǒng)維護提供可靠的數(shù)據支持。

4.2 電力一次設備在線狀態(tài)檢測

電力一次設備在線狀態(tài)檢測是指對電力系統(tǒng)一次設備重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題，跟蹤不安全因素，并對各種重要參數(shù)的變化趨勢進行分析，對可能存在的故障加以判別，而且這種檢測是自動進行的，成本較低，有利于延長設備的維修保養(yǎng)周期，逐步實現(xiàn)電力設備的狀態(tài)檢修。

4.3 光電式電力互感器

在輸電線路中，電力互感氣設備是很重要的，其主要作用是按照一定的比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值控制在儀表直接測量的標準數(shù)值范圍內，但存在一定的缺點，如信號動態(tài)范圍比較狹窄，容易引起電流互感器飽和或信號畸變；在電壓等級逐漸升高的情況下，絕緣難度、設備體積和質量會逐漸增大，互感器輸出信號不能直接與微機電計量及保護設備接口。隨著科技的不斷發(fā)展，不少發(fā)達國家光電式電力互感器進行研究，已成功研制出新型光電式電力互感器，國內對于光電式電力互感器的研究也取得了一定的成績，但目前仍存在諸多問題，如電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源等[4]。

5 電氣自動化控制技術在變配電場所中的應用

電氣自動化控制技術在變配電場所中的應用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對材料設備如線路、變壓器、電容器等起到相應的保護作用，同時還可起到保護過電壓、過電流、低頻減載的作用。第二，利用電氣自動化控制技術可實現(xiàn)各電力系統(tǒng)站與站之間的聯(lián)系，可實現(xiàn)電力數(shù)據信息的通信、遙控、遙調、故障錄波數(shù)據上報等。第三，利用電氣自動化控制系統(tǒng)可全程監(jiān)控變配電場所系統(tǒng)的運行狀態(tài)、系統(tǒng)故障等，即實現(xiàn)遙測、遇信和遏調及故障報警、數(shù)據統(tǒng)計功能，同時其還能自動化描繪一些基本工作，如圖形、生產報表、曲線等的描繪。第四，實現(xiàn)對變配電所運行管理、保護管理、操作管理及設備管理。

總之，電力發(fā)展對人們的生活起著舉足輕重的作用，其對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。電氣自動化控制技術可提高電力系統(tǒng)的智能化水平，促進電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我們應加強研究和探索，將電氣自動化控制技術全面應用于電力系統(tǒng)中，確保電力系統(tǒng)正常、可靠、穩(wěn)定運行，提高電力系統(tǒng)的工作效率，從而為我國國民經濟的持續(xù)發(fā)展提供了堅實的基礎。

參考文獻

[1]柴虹.電力系統(tǒng)中電氣自動化控制技術的運用探究[J].中國新技術新產品，2014（10）.

[2]李宏松.淺論電力系統(tǒng)中電氣自動化控制技術的運用[J].科技與企業(yè)，2013（20）.

[3]賴佩坤.論電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].通訊世界，2014（14）.

[4]林永清.淺談電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].中國機械，2014（24）.