電氣自動(dòng)化在電力系統中的應用
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摘要：電網(wǎng)調度自動(dòng)化是電力系統自動(dòng)化的主要組成部分。伴隨著(zhù)科技的進(jìn)步與社會(huì )的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，它在電力系統中起到的作用越來(lái)越顯著(zhù)。文章就其在電力系統中的應用與發(fā)展進(jìn)行了闡述和簡(jiǎn)單的探討。
關(guān)鍵詞：電力系統;自動(dòng)化技術(shù);應用
自動(dòng)化技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，它和控制論、信息論系統工程、計算機技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著(zhù)十分密切的關(guān)系。電力系統綜合自動(dòng)化采用的是分層控制的操作的方式，即在調度所、控制所和發(fā)電廠(chǎng)、變電站的各組織分層間，按所管轄功能范圍分擔和綜合協(xié)調控制功能。以達到系統合理經(jīng)濟可靠運行目的的控制系統。
一 電力系統自動(dòng)化技術(shù)
1.電網(wǎng)調度自動(dòng)化 。
電網(wǎng)調度自動(dòng)化系統，其基本結構包括控制中心、主站系統、廠(chǎng)站端(RTU)和信息通道四大部分。根據所完成功能的不同，可以將此系統劃分為信息采集和執行子系統、信息傳輸子系統、信息處理子系統和人機聯(lián)系子系統。主要包括：數據采集和控制(SCADA)、發(fā)電自動(dòng)控制(AGC)、經(jīng)濟調度運行(EDC)、電網(wǎng)靜態(tài)安全分析(SA)以及調度員培訓模擬(DTS)在內的能量管理系統。電網(wǎng)調度自動(dòng)化的主要功能是電力生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數據采集與監控電網(wǎng)運行安全分析、電力系統狀態(tài)估計、電力負荷予測、自動(dòng)發(fā)電控制(省級電網(wǎng)以上)、自動(dòng)經(jīng)濟調度(省級電網(wǎng)以上)并適應電力市場(chǎng)運營(yíng)的需求等。
縣級電網(wǎng)調度控制中心設備規模一般要比地區電網(wǎng)調度小，并且工作站、服務(wù)器一般選用工業(yè)或普通商用 PC機。
地區電網(wǎng)調度是指城市供電網(wǎng)的調度，調度功能和調度范圍要比大區電網(wǎng)和省級電網(wǎng)小得多，地區電網(wǎng)調度不對發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行控制，主要對供電網(wǎng)內的各級變電站和配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，保證安全可靠供電。
國家電網(wǎng)調度和大區電網(wǎng)調度控制中心的計算機設備配備比省級電網(wǎng)調度控制中心的規模大，服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò )設備容量大，功能性應用軟件也有差別。
2.變電站自動(dòng)化 。
電力系統中變電站與輸配電線(xiàn)路是聯(lián)系發(fā)電廠(chǎng)與電力用戶(hù)的主要環(huán)節。變電站自動(dòng)化的目的是取代人工監視和電話(huà)人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動(dòng)化的內容就是對站內運行的電氣設備進(jìn)行全方位的監視和有效控制，其特點(diǎn)是全微機化的裝置替代各種常規電磁式設備;二次設備數字化、網(wǎng)絡(luò )化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監視實(shí)現計算機屏幕化;運行管理、記錄統計實(shí)現自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化除了滿(mǎn)足變電站運行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調度自動(dòng)化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現代化的一個(gè)重要環(huán)節。
3.發(fā)電廠(chǎng)分散測控系統 (DCS) 。
發(fā)電廠(chǎng)分散控制系統(DCS)一般采用分層分布式結構，由過(guò)程控制單元(PCU)、運行員工作站(OS)、工程師工作站(ES)和冗余的高速數據通訊網(wǎng)絡(luò )(以太網(wǎng))組成。
過(guò)程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能l/O模件組成。MCU模件通過(guò)冗余的l/O總線(xiàn)與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過(guò)程，接受現場(chǎng)變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進(jìn)行運行參數、設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和打印以及輸出信號直接驅動(dòng)執行機構，完成生產(chǎn)過(guò)程的監測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。
運行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發(fā)來(lái)的信息和向PCU發(fā)出指令，為運行操作人員提供監視和控制機組運行的手段。工程師工作站為維護工程師提供系統組態(tài)設置和修改、系統診斷和維護等手段。
二 電力系統自動(dòng)化的發(fā)展
1.電力一次設備智能化 。
常規電力一次設備和二次設備安裝地點(diǎn)一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時(shí)考慮將常規二次設備的部分或全部功能就地實(shí)現，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡(jiǎn)述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見(jiàn)的"智能化開(kāi)關(guān)"、"智能化開(kāi)關(guān)柜"、"智能化箱式變電站"等。
2.電力一次設備在線(xiàn)狀態(tài)檢測 。
對電力系統一次設備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開(kāi)關(guān)等設備的重要運行參數進(jìn)行長(cháng)期連續的在線(xiàn)監測，不僅可以監視設備實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，判斷有無(wú)存在故障的先兆，從而延長(cháng)設備的維修保養周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態(tài)檢修過(guò)度提供保障。
3.光電式電力互感器 。
電力互感器是輸電線(xiàn)路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線(xiàn)路上的高電壓和大電流數值降到可以用儀表直接測量的標準數值，以便用儀表直接測量。其缺點(diǎn)是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質(zhì)量也越大;信號動(dòng)態(tài)范圍小，導致電流互感器會(huì )出現飽和現象，或發(fā)生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會(huì )已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內也有大專(zhuān)院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。
目前主要問(wèn)題是材料隨溫度系數的影響而使穩定性不夠理想。另一關(guān)鍵技術(shù)是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過(guò)較長(cháng)的電纜線(xiàn)送給測控和保護裝置，需要在就地轉換為數字信號后通過(guò)光纖接口送出，模數轉換、光電轉換等電子電路部分在結構上需要與互感器進(jìn)行一體化設計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件 、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點(diǎn)之一。
4.適應光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置 。
電力系統采用光電互感器技術(shù)后，與之相關(guān)的二次設備，如測控設備，繼電保等裝置的結構與內部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內部的隔離互感器、A/D轉換電路及部分信號處理電路，從而提高了裝置的響應速度。但需要解決的重要關(guān)鍵技術(shù)是為滿(mǎn)足數值計算需要對相關(guān)的來(lái)自不同互感器的數據如何實(shí)現同步采樣，其次是高效快速的數據交換通信協(xié)議的設計。
自動(dòng)化技術(shù)在電力系統中的應用越來(lái)越廣泛而深入，這也使電網(wǎng)管理方式產(chǎn)生翻天覆地的變化，新技術(shù)新理論的應用使一些概念不斷被更新和修正，傳統的技術(shù)界線(xiàn)逐漸模糊，各種原來(lái)看似不相關(guān)聯(lián)的技術(shù)會(huì )彼此融合和滲透，這些推動(dòng)著(zhù)電力自動(dòng)化系統的不斷發(fā)展和變化。
參考文獻
[1] 李帆.自動(dòng)化技術(shù)在電力系統中應用淺探.電力與能源，2010.21.
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