電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用研究

劉東蕓

摘? 要：文章研究電力系統(tǒng)中的重要組成部分，電氣自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展非常迅速且全面，并已進(jìn)入十分成熟的研究階段，在各行各業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，是人類生產(chǎn)生活必不可缺的一部分。這篇文章首先描述了電氣自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究情況與發(fā)展歷史，然后對(duì)其現(xiàn)狀與前沿技術(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究，最后對(duì)其以后發(fā)展的方向進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;電力系統(tǒng);控制;電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）21-0179-02

Abstract： This paper studies the important components of power systems， the application of electrical automation related technologies. The development of electrical automation technology is very rapid and comprehensive， and has entered a very mature research stage. It is widely used in various industries and is an indispensable part of human production and life. This paper first describes the domestic and international research and development history of electrical automation related technologies， and then researches the current status and realization of cutting-edge technologies， and finally analyzes the direction of future development.

Keywords： electrical automation; power system; control; power grid

1 概述

電氣自動(dòng)化技術(shù)是科技發(fā)展逐漸現(xiàn)代化、自動(dòng)化的主要研究領(lǐng)域，是現(xiàn)代自動(dòng)科技的主要內(nèi)容。依靠技術(shù)發(fā)展為工業(yè)創(chuàng)造更高效的產(chǎn)出方式是電氣自動(dòng)化研究的必然方向，從而達(dá)到確保如期實(shí)現(xiàn)全面小康的目標(biāo)。對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說，自動(dòng)化技術(shù)的加入有助于減少大部分人工勞動(dòng)的時(shí)間與消耗，并且有效提升計(jì)算測(cè)試的精準(zhǔn)性和準(zhǔn)時(shí)性的數(shù)據(jù)傳遞，從而能夠?yàn)樯a(chǎn)過程提供更高效的技術(shù)后備力量，同時(shí)可以盡量在最大程度內(nèi)避免重大型事故的出現(xiàn)，保證工人與設(shè)備的安全工作。經(jīng)過上世紀(jì)的飛速進(jìn)步，電氣自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)與國(guó)外均達(dá)到了長(zhǎng)足的發(fā)展和全面應(yīng)用實(shí)施，已經(jīng)不斷演變成低規(guī)格的電氣自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)以國(guó)內(nèi)中型企業(yè)為進(jìn)貨來(lái)源，中高規(guī)格電氣自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)以國(guó)外公司為進(jìn)貨渠道，生產(chǎn)規(guī)模較大的則選擇國(guó)外的中高規(guī)格電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行引進(jìn)，而中小型生產(chǎn)規(guī)模選擇國(guó)內(nèi)的電氣自動(dòng)化設(shè)備引進(jìn)的市場(chǎng)額分布。

2 電氣自動(dòng)化的發(fā)展歷史

17世紀(jì)初，人類開始對(duì)靜電相關(guān)的現(xiàn)象進(jìn)行初步研究，1600年威廉·吉爾伯特（英國(guó)）在其著作《論磁》中對(duì)“電”的概念給出了初具系統(tǒng)化的說明[1]。同一時(shí)間斯蒂芬·格雷（英國(guó)）發(fā)現(xiàn)了絕緣體以及導(dǎo)體。杜菲（法國(guó)）是首個(gè)對(duì)靜電相關(guān)的現(xiàn)象進(jìn)行深層次研究的學(xué)者。1746年本杰明·富蘭克林（美國(guó)）進(jìn)行了經(jīng)典的風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，證明了電是一種自然界中真實(shí)存在的物理現(xiàn)象[2]。19世紀(jì)，關(guān)于“電”的物理實(shí)驗(yàn)與定論層出不窮，愈加完善，電磁理論等重要理論為電學(xué)的知識(shí)體系搭建了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著研究的進(jìn)一步深入，很多國(guó)家都設(shè)置了電氣工程專業(yè)，專門培養(yǎng)電氣自動(dòng)化的人才。

中國(guó)對(duì)電氣理論與電氣自動(dòng)化的研發(fā)也給予了充分支持。1908年，南洋大學(xué)堂率先開設(shè)了電機(jī)專科，其下包含電氣工程專業(yè)，第一批專業(yè)化人才的培養(yǎng)為我國(guó)電氣理論研究初次打下了基礎(chǔ)。1930年，清華大學(xué)首次開設(shè)了電機(jī)系。新中國(guó)成立以后，工科性以及綜合性大學(xué)不斷創(chuàng)辦，機(jī)電學(xué)院、自動(dòng)化學(xué)院、電氣工程專業(yè)等教育力量持續(xù)加碼。1958年，北京電力學(xué)院成立，這是國(guó)內(nèi)第一所專門針對(duì)機(jī)電專業(yè)開展教學(xué)與研究的學(xué)院，學(xué)院內(nèi)開設(shè)了包括電力系統(tǒng)、電力自動(dòng)化等眾多專業(yè)。20世紀(jì)60年代期間，我國(guó)計(jì)劃專門教育電氣專業(yè)的學(xué)術(shù)性研究生與博士生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的多名電力專業(yè)的研究生到北京電力學(xué)院進(jìn)修更高學(xué)位。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷提升，我國(guó)對(duì)電氣工程學(xué)科以及電氣自動(dòng)化專業(yè)的建設(shè)給予了全力的支持，同時(shí)規(guī)定“電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化”正式成為博士學(xué)位學(xué)科。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 智能大型系統(tǒng)中

智能電網(wǎng)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過集成新能源、新材料、新設(shè)備和先進(jìn)傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)等新技術(shù)，形成的新一代電力系統(tǒng)，它具有高度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化等特征，可以更好地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行[3]。其中變電站使用的智能自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛。我國(guó)現(xiàn)代電網(wǎng)中使用的電網(wǎng)智能化發(fā)展，大部分作為了電網(wǎng)智能系統(tǒng)的框架。在智能電網(wǎng)技術(shù)框架中通信技術(shù)占很大地位，因此在電網(wǎng)搭建中信息技術(shù)很重要，并且準(zhǔn)確性需要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 在調(diào)度系統(tǒng)中

在調(diào)度系統(tǒng)中，電氣自動(dòng)化方法具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用，可以降低大量生產(chǎn)損耗，節(jié)省人力，資源利用率提高等。其具體應(yīng)用有：工作站、變電站等，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化技術(shù)開展自主調(diào)節(jié)，同時(shí)智能系統(tǒng)覆蓋全部電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。在整套智能電網(wǎng)中，CPU是核心，對(duì)機(jī)器獲得的信息進(jìn)行分析處理，并將運(yùn)算后的結(jié)果輸送到某臺(tái)機(jī)器，并對(duì)智能系統(tǒng)中機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控，給出有效的建議。

3.3 在電力網(wǎng)絡(luò)中

電力網(wǎng)絡(luò)中引入電氣自動(dòng)化技術(shù)，保證系統(tǒng)整體的安全可靠，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效能，有利于提高對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控準(zhǔn)確度，達(dá)到自動(dòng)化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人監(jiān)控，進(jìn)而變電站運(yùn)作能夠更加高效與精確。變電站自動(dòng)化就是在變電站常規(guī)二次系統(tǒng)中采用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和完成部分管理任務(wù)，將變電站的二次系統(tǒng)提高到了一個(gè)新的水平[4]。變電站自動(dòng)化智能系統(tǒng)是重要的電力工程應(yīng)用，可以達(dá)到當(dāng)前智能系統(tǒng)的運(yùn)行要求，從而推動(dòng)電力工程專業(yè)現(xiàn)代化，以及自動(dòng)化發(fā)展。

3.4 在生產(chǎn)型工廠中

現(xiàn)代高容量的發(fā)電廠已經(jīng)規(guī)定，發(fā)電廠的生產(chǎn)過程要自動(dòng)化，并且采用智能系統(tǒng)控制進(jìn)行監(jiān)控，而其中絕大多數(shù)發(fā)電廠的機(jī)器都使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此，智能自動(dòng)化電氣系統(tǒng)成為了這些電機(jī)、監(jiān)控感應(yīng)裝置的監(jiān)督和控制的頭腦。所以，智能自動(dòng)化電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，對(duì)于發(fā)電廠生產(chǎn)的安全性與經(jīng)濟(jì)性起著非常重要的作用[3]。由于工廠用電的本身特點(diǎn)，如工作量大，安置稀疏等實(shí)際情況，這種情況所造成的隱患在發(fā)電廠所有的隱患中是有非常主要的誘因。另外，工廠所鋪排的電路的連接和機(jī)器的缺陷常常發(fā)生突變，在很多情況下也往往會(huì)引起危險(xiǎn)的發(fā)生。因?yàn)橹悄茏詣?dòng)化電氣系統(tǒng)的增多，尤其是監(jiān)控模塊的不斷升級(jí)，大型生產(chǎn)工廠的電路可靠性提高，并完成相關(guān)的電氣聯(lián)鎖目的漸漸成為生產(chǎn)中的常態(tài)。

4 電氣自動(dòng)化的發(fā)展前景

4.1 設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化智能平臺(tái)

以提升電氣工程及其自動(dòng)化關(guān)鍵點(diǎn)的使用工廠為目標(biāo)，減少工廠的生產(chǎn)損耗及負(fù)荷，應(yīng)該以工廠的實(shí)際情況為導(dǎo)向，建設(shè)電氣工程及其自動(dòng)化的智能一體化系統(tǒng)，另一方面加速大部分工廠企業(yè)的擴(kuò)大規(guī)模速度，從而為國(guó)民工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速可靠發(fā)展提供所需的基礎(chǔ)。而若要達(dá)到這些層面的多重標(biāo)準(zhǔn)，需要選擇的基本要點(diǎn)有：對(duì)該生產(chǎn)領(lǐng)域有所了解的專業(yè)人員依據(jù)生產(chǎn)線與產(chǎn)品的實(shí)際情況設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的方案，達(dá)到智能系統(tǒng)建造所要得到的基本效果。對(duì)智能系統(tǒng)在使用中所發(fā)生的消耗費(fèi)用進(jìn)行全面計(jì)算，減少智能系統(tǒng)產(chǎn)生細(xì)節(jié)缺陷所帶來(lái)的可以避免的損失。按照不同工廠行業(yè)與形態(tài)的實(shí)際情況了解需求，強(qiáng)化智能系統(tǒng)的適應(yīng)維度，從而有效降低電氣工程及其自動(dòng)化智能系統(tǒng)使用消耗成本。

4.2 設(shè)計(jì)工廠生產(chǎn)所需的通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)自動(dòng)化智能一體化系統(tǒng)能夠?yàn)樵S多生產(chǎn)狀況的判斷提供穩(wěn)定而精準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)對(duì)資源配置、機(jī)器調(diào)動(dòng)、策略制定等重大問題進(jìn)行決策，從點(diǎn)上支持不同層面上的數(shù)據(jù)傳遞效率與準(zhǔn)確度長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在較高質(zhì)量。因此在設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化通用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，設(shè)計(jì)師要對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心模塊、功耗占比、安全情況等進(jìn)行重點(diǎn)詳細(xì)調(diào)研與設(shè)計(jì)，以確定自動(dòng)化智能一體化系統(tǒng)的合理和可靠。這種智能系統(tǒng)的頻繁使用將會(huì)豐富社會(huì)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，使更多企業(yè)可以相互借鑒經(jīng)驗(yàn)，互通有無(wú)。

4.3 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力不斷提升

隨著我國(guó)在科技方面的支持力度的持續(xù)提高，工廠對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和研究也水漲船高，多數(shù)開始自主研發(fā)針對(duì)于該工廠特殊情況的自動(dòng)化系統(tǒng)，從而提高工廠生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平，慢慢靠近國(guó)外的較高端技術(shù)的應(yīng)用水平，建造符合我國(guó)國(guó)情的電氣自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，最終完全達(dá)到自動(dòng)化較高的系統(tǒng)設(shè)備的全自主開發(fā)。能夠快速提升我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的科技國(guó)力，為中國(guó)在國(guó)際社會(huì)中提升國(guó)際地位[5]。

4.4 提煉開發(fā)與運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)化流程

電氣工程及其自動(dòng)化智能系統(tǒng)的逐漸成熟并流程書面化，是國(guó)內(nèi)科研人員努力的最終目標(biāo)，因此，設(shè)計(jì)人員對(duì)流程的設(shè)計(jì)，對(duì)執(zhí)行工人的培訓(xùn)是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。執(zhí)行工人與設(shè)計(jì)人員作為智能系統(tǒng)的操作者與開發(fā)者，是對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化智能系統(tǒng)的實(shí)踐與實(shí)際使用的結(jié)果具有決定性意義。因此吸收高水平開發(fā)人員，在內(nèi)部增強(qiáng)創(chuàng)新理念，就能夠增強(qiáng)我國(guó)電氣工程及其自動(dòng)化的影響力和硬實(shí)力，而執(zhí)行工人的培訓(xùn)質(zhì)量能夠?qū)C(jī)器的使用效果造成比較大的偏差。綜上所述，若要提升電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)的受益范圍，最好的辦法是建立一套執(zhí)行工人培訓(xùn)與開發(fā)人員研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化流程，從而可以確保每一個(gè)細(xì)節(jié)的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今情況下，不可再生資源的大規(guī)模開采，使一些自然資源，如煤炭、木材等出現(xiàn)了不可持續(xù)再生的結(jié)果，因此電氣工程及其自動(dòng)化的推進(jìn)方向需要以效率、和諧、持續(xù)為目標(biāo)原則。因此，在可持續(xù)發(fā)展原則的領(lǐng)導(dǎo)下，就要盡力維護(hù)效率、和諧、持續(xù)的底線，從而減少電氣工程及其自動(dòng)化生產(chǎn)所帶來(lái)的浪費(fèi)與污染。了解國(guó)外的電氣工程及其自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀和遇到的問題，從中尋找可以利用的地方，使我們的電氣自動(dòng)化發(fā)展之路變的更加暢通無(wú)阻。最后，在自由發(fā)展的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下，為了增強(qiáng)硬實(shí)力與競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)大力提倡技術(shù)創(chuàng)新與人才引進(jìn)。

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