變電站自動(dòng)化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭保聚++院天杰

摘 要：本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，簡(jiǎn)要的分析了電子信息技術(shù)在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并探討其未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：變電站自動(dòng)化；電力系統(tǒng)；應(yīng)用技術(shù)

伴隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性和安全性也越來(lái)越重視。電力自動(dòng)化系統(tǒng)由此應(yīng)運(yùn)而生，其借助現(xiàn)代電子信息技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，能夠綜合監(jiān)控整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況；實(shí)施遙控命令，使變電站管理人員能夠通過(guò)監(jiān)控中心全面而詳細(xì)地了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，準(zhǔn)確、快速地判斷故障位置和故障原因，簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析等等?？梢?jiàn)，電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)完全意義上的自動(dòng)化、即真正意義上實(shí)現(xiàn)變電站和電網(wǎng)的智能化，就必須運(yùn)用電子信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子信息和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，因?yàn)槠湓诖龠M(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)程中起著決定性的作用。

1 電力自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)

發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等相關(guān)環(huán)節(jié)所組成的系統(tǒng)為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的一次設(shè)備是由發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)及輸電線路等相關(guān)設(shè)備組成。為了確保電力一次設(shè)備安全與穩(wěn)定地運(yùn)行及電力生產(chǎn)獲得理想的經(jīng)濟(jì)效益，就需要對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行在線測(cè)控、保護(hù)、調(diào)度控制等。電力系統(tǒng)中將這些測(cè)控裝置、保護(hù)裝置、有關(guān)通信設(shè)備、各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電站（廠）、變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備，它涵蓋了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要技術(shù)內(nèi)容。根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行中與電子信息技術(shù)手段結(jié)合的特點(diǎn)，可將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分為幾個(gè)模塊。

2電子信息設(shè)備的構(gòu)成

2.1硬件構(gòu)成

電網(wǎng)在運(yùn)行中過(guò)程中主要采集遙測(cè)量和遙信量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，電網(wǎng)在運(yùn)行中主要的調(diào)節(jié)和控制信息是遙控信息和遙調(diào)信息這兩大類，即運(yùn)用的調(diào)節(jié)命令，以改變?cè)O(shè)備運(yùn)行參數(shù)，例如改變發(fā)電機(jī)出力的調(diào)節(jié)命令。目前我國(guó)電力系統(tǒng)主要是采用微刑機(jī)為核心的遠(yuǎn)動(dòng)裝置（即微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系紉，以實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)采集和調(diào)度控制功能，即遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)四大功能。

（1）微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析。微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)主要山二個(gè)部分構(gòu)成，即廠站端的遠(yuǎn)方終端裝置rtu （remote terminal u-nib）調(diào)度中心的遠(yuǎn)動(dòng)通信接口裝置mtu.masterterminal unit）和遠(yuǎn)動(dòng)通道。

遠(yuǎn)方終端rtu是裝在變電站內(nèi)的遠(yuǎn)方數(shù)終端裝置，rtuii的主要功能有：數(shù)據(jù)采集，如模擬量（yc）、開(kāi)關(guān)量（yx）、數(shù)字量（yc）、脈沖量（yc）等；數(shù)據(jù)通信；執(zhí)行命令，如完成遙控（yk）、遙調(diào)（yt）等操作。按規(guī)約完成遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能。調(diào)度端遠(yuǎn)動(dòng)通信接口裝置 mtu，其主要功能是對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理后，傳入主機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供系統(tǒng)模擬盤(pán)、crt 顯示及其他應(yīng)用程序調(diào)用。mtu 可根據(jù)調(diào)度控制要求，執(zhí)行不同的操作命令，傳送至廠站端的rtu。顯然，處于主機(jī)和rtu之間的mtu裝置執(zhí)行著雙重任務(wù)：

①要完成雙向通信的作用；②為了減輕主機(jī)的工作負(fù)載，不同程度地完成數(shù)據(jù)整理、加工的預(yù)處理任務(wù)。如果自動(dòng)化系統(tǒng)功能需要擴(kuò)展，特別是當(dāng)主機(jī)需要承擔(dān)狀態(tài)估計(jì)及安全分析等繁重的計(jì)算任務(wù)時(shí)，更多的數(shù)據(jù)預(yù)處理工作需由mtu來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種情況一般是通過(guò)增設(shè)前置預(yù)處理機(jī)（即scada前置機(jī)），構(gòu)成前置機(jī)系統(tǒng)。遠(yuǎn)動(dòng)通道有多種方式，目前我國(guó)電力系統(tǒng)常用的通信信道有載波、微波、擴(kuò)頻、特高頻、直通電纜、衛(wèi)星、光纖等幾種方式。根據(jù)傳送信號(hào)類型的不同可將通道可分為模擬通道和數(shù)字通道。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本配置。隨著科技的進(jìn)步和電力事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)調(diào)度中心的實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本配置要求也越來(lái)越高，在其構(gòu)成上主要有：大容量、高速度的主機(jī)系統(tǒng)和前置機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信接口部分及人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)。

2.2軟件的構(gòu)成

能量管理系統(tǒng)ems（energy management system） 除包括scada系統(tǒng)外，還包括agc/edc、狀態(tài)估計(jì)se、安全分析sa、最佳潮流opf和自動(dòng)電路恢復(fù)acr等高層軟件。根據(jù)各軟件的主要功能和用途，可將ems劃分為五種類型：發(fā)電控制類、發(fā)電計(jì)劃類、網(wǎng)絡(luò)分析類、調(diào)度員培訓(xùn)模擬類、市場(chǎng)交易與管理類。監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集scada（supervisory controlanddataacquisition）系統(tǒng)主要功能是：數(shù)據(jù)采集；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；異常或事故報(bào)警；事件順序記錄；遙控和遙調(diào)；運(yùn)行報(bào)表記錄；事故追憶。其中“事件順序記錄”是發(fā)生事故時(shí)對(duì)各斷路器、繼電保護(hù)等動(dòng)作狀況及時(shí)間，按時(shí)間順序進(jìn)行記錄?！笆鹿首窇洝笨杀Ａ羰鹿拾l(fā)生前后一定時(shí)間內(nèi)的部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如樞紐點(diǎn)電壓、主干線潮流和頻率等，這些數(shù)據(jù)為分析事故提供了重要信息。

3 系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

3.1 發(fā)電廠自動(dòng)化

分散控制系統(tǒng)（dcs）在目前發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)用最為普遍，其保護(hù)和測(cè)控裝置就地安裝在開(kāi)關(guān)柜中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接起來(lái)，經(jīng)通信管理機(jī)連接至后臺(tái)機(jī)。該系統(tǒng)一般采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分散處理多個(gè)控制回路，而各控制站的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和控制參數(shù)可以經(jīng)由通信傳到其它控制站和操作員站的crt上。dcs的運(yùn)用給發(fā)電廠帶來(lái)巨大進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)、軟件組態(tài)技術(shù)和通訊技術(shù)所形成的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使前期電站中相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，在數(shù)字技術(shù)的支持下形成了控制功能分散、監(jiān)控參數(shù)集中、各子系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)系緊密的整體。

3.2變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化是為了取代人工監(jiān)控和電話人工操作，加強(qiáng)對(duì)變電站的監(jiān)控功能，以實(shí)現(xiàn)變電站的安全高效地運(yùn)行。信息技術(shù)在變電站自動(dòng)化中的應(yīng)用，源于在變電站中普遍使用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能設(shè)備（ied），它不但能分析出很多現(xiàn)場(chǎng)難以直接測(cè)量的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化，而且能通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信接口，利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)功能完成統(tǒng)計(jì)記錄。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備（如繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）的功能進(jìn)行重組和優(yōu)化，通過(guò)變電站系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備的信息交換、數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和控制的任務(wù)。變電站綜合自動(dòng)化取代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，能夠簡(jiǎn)化變電站二次接線，它作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化不可或缺的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化未來(lái)應(yīng)用趨勢(shì)

4.1電子信息設(shè)備與電力自動(dòng)化設(shè)備的兼容問(wèn)題電子信息設(shè)備與電力自動(dòng)化設(shè)備硬件、軟件兼容問(wèn)題成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。電力系統(tǒng)中微機(jī)型產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛（如繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化比率越來(lái)越高等），已形成電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制類產(chǎn)品的主流方向。但由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，其電磁環(huán)境非常惡劣，而以微處理器為核心的微機(jī)型產(chǎn)品很容易受到這些電磁干擾而導(dǎo)致誤動(dòng)、拒動(dòng)、數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)等現(xiàn)象，給電力系統(tǒng)安全高效地運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重的事故隱患。

4.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用

電子信息技術(shù)的更新速度加快20世紀(jì)90年代高性能工作站、服務(wù)器及軟件技術(shù)、信息處理技術(shù)及高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使電力系統(tǒng)自動(dòng)化的技術(shù)水平取得了突破性進(jìn)展，產(chǎn)品逐步發(fā)展成為一種開(kāi)放式、分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新模式。而最近幾年各種嵌入式新產(chǎn)品（如嵌入式高性能微處理器、嵌入式計(jì)算機(jī)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式以太網(wǎng)）的出現(xiàn)，使電力系統(tǒng)中的裝置類設(shè)備（如測(cè)量控制設(shè)備、繼電保護(hù)裝置及數(shù)據(jù)通信控制器）再次更新?lián)Q代。裝置的硬件電路和應(yīng)用程序應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，產(chǎn)品性能不斷提高，裝置信息處理速度加快，功能擴(kuò)展能力加強(qiáng)，使電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度不斷向前發(fā)展。

綜上所述，電力系統(tǒng)自動(dòng)化已是我國(guó)現(xiàn)代電子信息技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，電子信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)發(fā)展中出現(xiàn)的新技術(shù)、新成果都以最快的速度被應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，電子信息技術(shù)的發(fā)展在不斷推動(dòng)著電力系統(tǒng)自動(dòng)化、特別是近幾年風(fēng)生水起的智能化變電站和智能化電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)程。