電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

佟慶

國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司杜爾伯特蒙古族自治縣供電分公司 黑龍江 大慶 166200

引言

現(xiàn)代化電力系統(tǒng)整體構(gòu)成較為復(fù)雜，為了滿足大范圍穩(wěn)定供電需求，整個電力系統(tǒng)中各分支系統(tǒng)種類繁多，在電力系統(tǒng)控制監(jiān)測以及檢修維護(hù)過程中工作人員整體工作量相對較大，而在現(xiàn)代電子信息技術(shù)高速發(fā)展的態(tài)勢下，電氣自動化技術(shù)不斷與電力系統(tǒng)進(jìn)行融合發(fā)展，通過電氣自動化技術(shù)來減少電力系統(tǒng)控制監(jiān)測以及檢修維護(hù)等相關(guān)工作的人工操作。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由于在各項(xiàng)子系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要大量人員對其進(jìn)行人工干預(yù)控制，加上系統(tǒng)整體構(gòu)成較為復(fù)雜，因此傳統(tǒng)電力系統(tǒng)容易出現(xiàn)各種人為因素故障，在現(xiàn)代化發(fā)展過程中，無法滿足整體控制以及信息整合等相關(guān)需求。電氣工程自動化技術(shù)與電力系統(tǒng)結(jié)合，不僅能夠在軟件層面給予更多的參數(shù)支持，同時也能在硬件層面實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)自動化操作，當(dāng)前電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜的態(tài)勢下，充分應(yīng)用電氣自動化技術(shù)是電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。目前電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)多項(xiàng)子系統(tǒng)中均有廣泛應(yīng)用，其對于電力系統(tǒng)現(xiàn)代化發(fā)展的重要意義不言而喻，加快電力系統(tǒng)電氣自動化技術(shù)融合應(yīng)用能夠?yàn)槲覈娏ΜF(xiàn)代化發(fā)展提供強(qiáng)大的驅(qū)動力。研究電氣自動化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用有助于相關(guān)技術(shù)在電力系統(tǒng)更多方向上的整合，這對于我國電力工程發(fā)展非常重要。

1 電氣自動化技術(shù)概述

電氣工程自動化是現(xiàn)代自動化技術(shù)的主要組成部分，該技術(shù)既包含一系列的軟件控制技術(shù)，同時也涵蓋各種硬件機(jī)械化控制技術(shù)，在軟件控制方面，其能夠通過各種信息采集途徑，在獲取相關(guān)參數(shù)后對軟件控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對軟件系統(tǒng)的自動化控制，而在硬件控制方面，則可以基于自動化控制系統(tǒng)，對各軟件下達(dá)工作指令從而完成相應(yīng)的硬件控制。電子信息技術(shù)是電氣自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)自動化操作的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)代化電子信息技術(shù)能夠多維獲取整體系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)信息，而參數(shù)信息則是實(shí)現(xiàn)自動化控制的必要條件[1]。目前電氣自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域均有重要應(yīng)用，在電力系統(tǒng)發(fā)展過程中，電氣自動化技術(shù)最大限度提高了電力系統(tǒng)中電氣系統(tǒng)的操作和運(yùn)維便捷性，減少了電力電氣系統(tǒng)運(yùn)行所需的人工干預(yù)，在極大程度上提升了電力系統(tǒng)整體自動化水平。電力系統(tǒng)包含各種強(qiáng)弱電工程，電氣自動化技術(shù)具備完善的強(qiáng)弱電工程調(diào)控能力，因此電氣自動化技術(shù)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分。

2 電力系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)的意義

當(dāng)前電力系統(tǒng)復(fù)雜程度高，在電力輸配各階段均有較多的控制需求，而電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中對發(fā)電、配電、變電以及電力調(diào)度等方面均有重要意義。從發(fā)電控制角度來看，電氣自動化技術(shù)保障了既有電力輸出端在滿足電力需求的基礎(chǔ)上穩(wěn)定供電，在時間調(diào)配以及輸出峰值等方面進(jìn)行了精確控制。而在配電過程中，電氣自動化技術(shù)有效保障了按需分配，在輸出電能一定的情況下，按照電力需求進(jìn)行區(qū)域和時段供電劃分，最大限度滿足了配電范圍內(nèi)所有用戶的用電需求[2]。而在變電站應(yīng)用方面電氣自動化技術(shù)全程跟蹤記錄變電箱的運(yùn)行參數(shù)信息，結(jié)合變電箱的具體參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及變電箱升級換代提供了全方位的數(shù)據(jù)信息。而從電力調(diào)度角度來看，傳統(tǒng)電力調(diào)度存在時效性差、電能浪費(fèi)比較嚴(yán)重的問題，通過應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，電力調(diào)度工作幾乎可在瞬間完成，既保障了連續(xù)穩(wěn)定供電同時也規(guī)避了無效電能損耗。

3 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 變電站自動化技術(shù)

變電站是保障穩(wěn)定電力供應(yīng)的重要構(gòu)成部分，現(xiàn)代化電力系統(tǒng)中變電站自設(shè)計(jì)階段即在考慮實(shí)際使用需求的基礎(chǔ)上整合了電氣自動化技術(shù)。在通信線路方面，采用光纖通信，既滿足了高帶寬數(shù)據(jù)信號傳遞同時也為后續(xù)電路拓展預(yù)留更大空間。在主變維護(hù)方面充分發(fā)揮了分層分布結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，其數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析能力有極大提升。從站控層角度來看，應(yīng)用電氣自動化技術(shù)后站控層能夠更好地進(jìn)行電壓優(yōu)化處理，而且也能夠通過搜集的電壓、溫度等參數(shù)自動辨別運(yùn)行狀態(tài)，及時報告故障并在一定程度上指明故障類型。從間隔層角度來看，電氣自動化技術(shù)充分發(fā)揮了相應(yīng)的信息上行功能，保障了站內(nèi)信息交流以及信息上傳。過程層的智能終端、隔離開關(guān)、電壓互感器等設(shè)備均通過電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)參數(shù)檢測以及動作執(zhí)行指令的下達(dá)。舉例來講，某110V智能變電站在溫度采集方面可對多種直流量進(jìn)行識別，包括0～5V、110V、24V以及4～20mA，通過多種直流量的采集識別結(jié)合溫度傳感器參數(shù)更為精確的上傳變電站電路單元的運(yùn)行溫度[3]。

3.2 電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)中電氣自動化技術(shù)是關(guān)鍵，提升電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)有助于提高電力系統(tǒng)對現(xiàn)代化大電網(wǎng)的駕馭能力，保障現(xiàn)有供電體系輸出的電能滿足用電需求。電網(wǎng)調(diào)度自動化依托于電網(wǎng)系統(tǒng)的信息同步功能，在整合地區(qū)用電峰谷狀態(tài)以及用電參數(shù)隨時間變化的具體情況下對地區(qū)性電力分配做出科學(xué)判斷，實(shí)現(xiàn)了相同電力輸出能力下更好的區(qū)域電力分配。電氣自動化技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度過程中既能夠通過服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞同時也能夠在輸電分配方面對相應(yīng)的開關(guān)系統(tǒng)下達(dá)動作指令，集合了軟件操控和硬件控制。舉例來講，某新型自動化電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通過整合電氣自動化技術(shù)其處理容量達(dá)到500000，而且相較于傳統(tǒng)EMS系統(tǒng)，整合電氣自動化技術(shù)后系統(tǒng)不僅支持EMS，而且還兼容WAMS以及DMS等，在數(shù)據(jù)管理方面，其能夠?qū)θ龖B(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行完整監(jiān)控，包括各變電所的有功值、無功值以及電流幅值等參數(shù)，另外還能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的自動繪制，為電力調(diào)度工作提供有效保障。

3.3 故障診斷技術(shù)

電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)中有重要應(yīng)用，其在故障診斷系統(tǒng)的硬件控制、故障參數(shù)分析以及意見反饋等方面均發(fā)揮關(guān)鍵作用。電力系統(tǒng)中線路總長度普遍較長，而且從發(fā)電到配變電再到入戶需要經(jīng)過的電子以及機(jī)械設(shè)備相對較多，其發(fā)生故障單純依靠人工巡檢難以滿足現(xiàn)代化電力系統(tǒng)要求，整合電氣自動化技術(shù)后其通過遍布于電力系統(tǒng)各個分支系統(tǒng)的傳感器來獲取系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，在故障發(fā)生后能夠依靠傳感器數(shù)據(jù)波動對故障位置進(jìn)行判斷，同時其系統(tǒng)內(nèi)擁有所有設(shè)備的正常運(yùn)行參數(shù)范圍，對照參數(shù)波動情況并將數(shù)據(jù)回傳給專家數(shù)據(jù)庫可指明故障原因并在一定程度上指導(dǎo)搶修工作。舉例來講，某絕緣和耐熱等級為A的千伏變壓器，其線圈絕緣性能隨溫度升高而下降，根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)標(biāo)注的極限溫度可知，該線圈能夠滿足絕緣要求的極限溫度為105℃，其高溫報警溫度為85℃，由于某種因素，該變壓器絕緣線圈溫度驟升，在達(dá)到85℃后傳感器上傳溫度信息并引發(fā)高溫報警，明確故障點(diǎn)為3#箱，并指出異常參數(shù)為后續(xù)快速搶修奠定了基礎(chǔ)。

3.4 發(fā)電廠自動化技術(shù)

發(fā)電廠系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜，不僅涵蓋能源轉(zhuǎn)換部分同時也包括各種用于平衡和控制參數(shù)的軟件及機(jī)電單元。電氣自動化技術(shù)在發(fā)電廠中的應(yīng)用范圍比較廣，整體來講包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以及自動化調(diào)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括以傳感器為主的數(shù)據(jù)參數(shù)采集系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的直接監(jiān)控系統(tǒng)。傳感器能夠從多角度了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，是自動化控制系統(tǒng)的“眼睛”。而數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)能夠完成高頻、高帶寬數(shù)據(jù)通信，保障復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行下海量數(shù)據(jù)傳遞需求，其屬于自動化控制系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”。自動化調(diào)控系統(tǒng)能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，依托于中央處理器和既定的軟件系統(tǒng)對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括軟件和硬件的調(diào)整，該系統(tǒng)可謂自動化控制系統(tǒng)的“大腦”。當(dāng)前發(fā)電廠自動化技術(shù)中普遍應(yīng)用分散控制系統(tǒng)以及電氣監(jiān)控系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)、隔離開關(guān)、電壓參數(shù)以及直流系統(tǒng)中均能夠進(jìn)行全面參數(shù)監(jiān)控，且可通過自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)調(diào)控。

3.5 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)的主體是數(shù)字化模型技術(shù)，電力系統(tǒng)整體構(gòu)成極為復(fù)雜，下轄的子系統(tǒng)包含各種不同設(shè)備，在系統(tǒng)構(gòu)建、檢修、升級等工作中很難從整體角度對具體工作方案進(jìn)行科學(xué)校驗(yàn)，而仿真系統(tǒng)則很好地解決了這一問題。仿真技術(shù)包括數(shù)字仿真、模擬仿真以及數(shù)?；旌先箢悾瑢τ诂F(xiàn)代電力系統(tǒng)這種非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)運(yùn)行的時間刻度非常短，在進(jìn)行分析的過程中需要以μS為單位進(jìn)行分析，而仿真技術(shù)能夠依托于完整的數(shù)據(jù)和相同的軟硬件結(jié)構(gòu)從局部或整體角度分析既定方案的運(yùn)行效果。新設(shè)備整合過程中仿真技術(shù)能夠在設(shè)備不實(shí)際接入系統(tǒng)的情況下模擬設(shè)備并入的運(yùn)行效果，可以從中發(fā)現(xiàn)新設(shè)備與原有系統(tǒng)整合存在的不利問題，在仿真模型之下即可通過參數(shù)調(diào)整進(jìn)行修改，不斷調(diào)試并最大限度保障設(shè)備實(shí)際并入后的妥善運(yùn)行，減少系統(tǒng)運(yùn)行中斷時間，提高工作效率。

4 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢

4.1 緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前電力系統(tǒng)不斷朝人工智能方向發(fā)展，這也是現(xiàn)代化大電網(wǎng)體系下滿足社會用電需求的必然趨勢。目前歐洲國家及部分亞洲發(fā)達(dá)國家在電力系統(tǒng)建設(shè)過程中面向人工智能領(lǐng)域建立了多項(xiàng)電力系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在參數(shù)設(shè)定方面代表了先進(jìn)電力系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的均值，我國在電力系統(tǒng)電氣自動化技術(shù)發(fā)展方面也應(yīng)重視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括電力系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEC61970以及61968、61850等。這些國際認(rèn)可的電力自動化標(biāo)準(zhǔn)在很大程度上為我國電氣自動化技術(shù)電力系統(tǒng)共應(yīng)用指明了道路，既有明確的層級系統(tǒng)具體要求同時也有相應(yīng)的參數(shù)要求，緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)既有利于我國電力自動化系統(tǒng)的科學(xué)發(fā)展同時也能夠?yàn)槲覈嚓P(guān)設(shè)備技術(shù)邁向國際市場奠定有利基礎(chǔ)。

4.2 實(shí)現(xiàn)三位一體的高度集成自動化系統(tǒng)

三位一體的高度集成自動化系統(tǒng)是指系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)控制以及精確測量3種技術(shù)。從系統(tǒng)整體角度來講，上述3種技術(shù)有明顯的互相依存關(guān)系，系統(tǒng)保護(hù)依賴于精確測量獲取的系統(tǒng)參數(shù)以及高速響應(yīng)的系統(tǒng)控制功能，而系統(tǒng)控制和精確測量也必須在完善的系統(tǒng)保護(hù)下才能正常運(yùn)行，因此在未來發(fā)展過程中電力系統(tǒng)電氣自動化技術(shù)應(yīng)保障三者的整合發(fā)展，在技術(shù)投入方面應(yīng)保障齊頭并進(jìn)，而在各自系統(tǒng)研發(fā)過程中則要注意系統(tǒng)交叉和系統(tǒng)兼容，保障各系統(tǒng)在發(fā)揮自身優(yōu)勢功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)1+1+1＞3的效果。

4.3 基于創(chuàng)新原則的專利技術(shù)研發(fā)

目前我國電力系統(tǒng)電氣自動化技術(shù)在發(fā)展過程中呈現(xiàn)本國專利技術(shù)和購買國外技術(shù)并行的方式，這符合我國當(dāng)前電力系統(tǒng)技術(shù)水平也滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)的建設(shè)需求。在未來發(fā)展過程中我國電力系統(tǒng)電氣自動化技術(shù)必然不斷提升，屆時，為保障技術(shù)應(yīng)用自由和打開國際市場，必須在相應(yīng)技術(shù)開發(fā)上進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，逐漸擴(kuò)大具有我國獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備占比，這樣既能夠保障國內(nèi)電力系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)不受技術(shù)專利限制同時也能夠讓我國先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品走出國門進(jìn)入國際市場。目前我國在電力電氣自動化技術(shù)的通信技術(shù)領(lǐng)域有諸多專利技術(shù)，其他子系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)也應(yīng)秉承創(chuàng)新精神提升技術(shù)水平。

5 結(jié)束語

本文針對電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析了不同子系統(tǒng)中的電氣自動化技術(shù)應(yīng)用情況，針對未來相關(guān)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了論述，希望能夠在一定程度上推動我國電力現(xiàn)代化建設(shè)。