论文部分内容阅读
【摘 要】发展电力系统自动化是离不开科学技术的，为了有效促进电力系统的可靠、安全、长效、经济及稳定运行，本文从电力系统自动化的发展现状着手，探讨了各类现代化技术应用发展方向，对提升电力系统的自动化控制水平与综合服务效益有重要的实践意义。
【关键词】电力系统；自动化；新方向
引言
电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面，并形成一个分层分级的自动化系统。
1、电力系统自动化发展趋势分析
电力系统自动化经历了手工阶段、简单自动装备阶段，传统调度中心阶段、现代调度的初级阶段等几个组成。
1.1手工阶段。在电力工业的起步发展的初期，因为受当时发电、输变电条件以及落后的技术水平限制，一般都采取人工操作的方式在发电机、电器设备的开关设备旁就近监测，控制电力设备的运行。
1.2简单自动化装备阶段。随着生产、生活和量的不断增加，伴着相应技术的有效成熟，电力行业逐渐出现继电保护，断路器自动操作等自动装置，并开始广泛应用。
1.3传统调度中心阶段。这个阶段是电力系统自动化发展历史上的里程碑。开始设置电网中心一调度电厂，妥善处理电网的异常和事故，保证供电的持续，可知性和经济性。
1.4现代调度的初级别阶段。本阶段初步实现了调度的自动化，出现了远程自动装置，满足了快捷，实时的调度要求。
1.5综合自动化阶段。随着经济的进一步发展，电力科学技术的逐步成熟，要想要真正满足生产，生活对电能高质、可知与安全的需要，单一功能的自动化装置已经难以满足新时期，新形势的要求。
1.6自动化技术的远程化。传统的RTU在设计上通常采用工业控制计算机作为系统的硬件平台，并通过扩展测控硬件接口电路。目前随着微电子技术和网络技术的迅速发展，远动终端也在朝着小型化、智能化、网络化的方向发展。
1.7自动化技术的分布式。随着能源的日益枯竭，作为一种集约式发展的电力运行方式，分布式发电系统得到越来越多的关注。
1.8自动化技术的图形化。全国电力系统联网工程的实施，电力市场运营的启动，EMS高级分析应用软件的完善等，都使得电力系统管理、调度和分析计算所需的信息不但数量巨大，传输路径交叉复杂，而且还要求信息刷新速度更快。以计算机和通信技术为代表的信息技术的迅猛发展，给电力系统带来了很多新的技术进步的机遇，但同时也带来了新的挑战。
2、当今整个电力系统自动化的发展趋势为以下几方面
（1）由开环监测向闭环控制发展，例如从系统功率总加到AGC（自动发电控制）；（2）由高电压等级向低电压扩展，例如从EMS（ 能量管理系统）到DMS（配电管理系统）；（3）由单个元件向部分区域及全系统发展，例如SCADA（监测控制与数据采集） 的发展和区域稳定控制的发展；（4）由单一功能向多功能、一体化发展，例如变电站综合自动化的发展；（5）装置性能向数字化、快速化、灵活化发展，例如继电保护技术的演变；（6）追求的目标向最优化、协调化、智能化发展，例如励磁控制、潮流控制；（7）由以提高运行的安全、经济、效率为目标向管理、服务的自动化扩展，例如MIS（管理信息系统）在电力系统中的应用。
3、具有变革性重要影响的三项新技术
1.电力系统的智能控制。电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为3个阶段：基于传递函数的单输入、单输出控制阶段；线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段；智能控制阶段。而智能控制是当今控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统。智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景，其具体应用于快关汽门的人工神经网络适应控制，基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构，多机系统中的ASVG（新型静止无功发生器）的自学习功能等。
2.FACTS和DFACTS。（1）FACTS概念的提出。电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性，一种改变传统输电能力的新技术——柔性交流输电系统（FACTS）技术悄然兴起。所谓“柔性交流输电系统技术”又称“灵活交流输电系统技术”，简称FACTS，就是在输电系统的重要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调整控制，使输电更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率；（2）FACTS的核心装置ASVC的研究现状。ASVC由二相逆变器和并联电容器构成，其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。它不仅可校正稳态运行电压，而且可以在故障后的恢复期间稳定电压，因此对电网电压的控制能力很强。与旋转同步调相机相比，ASVC的调节范围大，反应速度快，不会响应迟缓，没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声。并且因为ASVC是一种固态装置，所以能响应网络中的暂态，也能响应稳态变化，因此其控制能力大大优于同步调相机；（3）DFACTS的研究态势。DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术，其主要内容是对供电质量的各种问题采用综合的解决办法，在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。
3.基于GPS统一时钟的新一代EMS和动态安全监控系统。（1）基于GPS统一时钟的新一代EMS。目前应用的电力系统监测手段，主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集（SCADA）系统。前者记录数据冗余，记录时间较短，不同记录仪之间缺乏通信，使得对于系统整体动态特性分析困难；而后者数据刷新间隔较长，只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足，即不同地点之间缺乏准确地共同时间标记，记录数据只是局部有效，难以用于对全系统动态行为的分析；（2）基于GPS的新一代动态安全监控系统。基于GPS的新一代动态安全监控系统，是新动态安全监测系统与原有SCADA的结合。电力系统新一代动态安全监测系统，主要由同步定时系统，动态相量测量系统、通信系统和中央信号处理机四部分组成。采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信技术，为相量控制提供了实现的条件。
总结
随着计算机技术、控制技术及信息技术的发展，电力系统自动化也面临着空前的改革。因为电力系统要想能适应市场经济建设需求、促进社会可持续发展，就必须要实现全面自动化、一体化的管理。而且，在电力系统的广泛运营中，自动化控制体系的建立是管理水平、制度水平、科技水平、智能化水平、人性化水平中最真实有效的体现，也是电力系统生产效能、服务效率提升的重要影响因素。因此，多媒体技术、智能控制将迅速进入电力系统自动化领域，并且会推动电力系统控制向更高水平发展。
【关键词】电力系统；自动化；新方向
引言
电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面，并形成一个分层分级的自动化系统。
1、电力系统自动化发展趋势分析
电力系统自动化经历了手工阶段、简单自动装备阶段，传统调度中心阶段、现代调度的初级阶段等几个组成。
1.1手工阶段。在电力工业的起步发展的初期，因为受当时发电、输变电条件以及落后的技术水平限制，一般都采取人工操作的方式在发电机、电器设备的开关设备旁就近监测，控制电力设备的运行。
1.2简单自动化装备阶段。随着生产、生活和量的不断增加，伴着相应技术的有效成熟，电力行业逐渐出现继电保护，断路器自动操作等自动装置，并开始广泛应用。
1.3传统调度中心阶段。这个阶段是电力系统自动化发展历史上的里程碑。开始设置电网中心一调度电厂，妥善处理电网的异常和事故，保证供电的持续，可知性和经济性。
1.4现代调度的初级别阶段。本阶段初步实现了调度的自动化，出现了远程自动装置，满足了快捷，实时的调度要求。
1.5综合自动化阶段。随着经济的进一步发展，电力科学技术的逐步成熟，要想要真正满足生产，生活对电能高质、可知与安全的需要，单一功能的自动化装置已经难以满足新时期，新形势的要求。
1.6自动化技术的远程化。传统的RTU在设计上通常采用工业控制计算机作为系统的硬件平台，并通过扩展测控硬件接口电路。目前随着微电子技术和网络技术的迅速发展，远动终端也在朝着小型化、智能化、网络化的方向发展。
1.7自动化技术的分布式。随着能源的日益枯竭，作为一种集约式发展的电力运行方式，分布式发电系统得到越来越多的关注。
1.8自动化技术的图形化。全国电力系统联网工程的实施，电力市场运营的启动，EMS高级分析应用软件的完善等，都使得电力系统管理、调度和分析计算所需的信息不但数量巨大，传输路径交叉复杂，而且还要求信息刷新速度更快。以计算机和通信技术为代表的信息技术的迅猛发展，给电力系统带来了很多新的技术进步的机遇，但同时也带来了新的挑战。
2、当今整个电力系统自动化的发展趋势为以下几方面
（1）由开环监测向闭环控制发展，例如从系统功率总加到AGC（自动发电控制）；（2）由高电压等级向低电压扩展，例如从EMS（ 能量管理系统）到DMS（配电管理系统）；（3）由单个元件向部分区域及全系统发展，例如SCADA（监测控制与数据采集） 的发展和区域稳定控制的发展；（4）由单一功能向多功能、一体化发展，例如变电站综合自动化的发展；（5）装置性能向数字化、快速化、灵活化发展，例如继电保护技术的演变；（6）追求的目标向最优化、协调化、智能化发展，例如励磁控制、潮流控制；（7）由以提高运行的安全、经济、效率为目标向管理、服务的自动化扩展，例如MIS（管理信息系统）在电力系统中的应用。
3、具有变革性重要影响的三项新技术
1.电力系统的智能控制。电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为3个阶段：基于传递函数的单输入、单输出控制阶段；线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段；智能控制阶段。而智能控制是当今控制理论发展的新阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统。智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景，其具体应用于快关汽门的人工神经网络适应控制，基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构，多机系统中的ASVG（新型静止无功发生器）的自学习功能等。
2.FACTS和DFACTS。（1）FACTS概念的提出。电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性，一种改变传统输电能力的新技术——柔性交流输电系统（FACTS）技术悄然兴起。所谓“柔性交流输电系统技术”又称“灵活交流输电系统技术”，简称FACTS，就是在输电系统的重要部位，采用具有单独或综合功能的电力电子装置，对输电系统的主要参数（如电压、相位差、电抗等）进行调整控制，使输电更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率；（2）FACTS的核心装置ASVC的研究现状。ASVC由二相逆变器和并联电容器构成，其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。它不仅可校正稳态运行电压，而且可以在故障后的恢复期间稳定电压，因此对电网电压的控制能力很强。与旋转同步调相机相比，ASVC的调节范围大，反应速度快，不会响应迟缓，没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声。并且因为ASVC是一种固态装置，所以能响应网络中的暂态，也能响应稳态变化，因此其控制能力大大优于同步调相机；（3）DFACTS的研究态势。DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术，其主要内容是对供电质量的各种问题采用综合的解决办法，在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。
3.基于GPS统一时钟的新一代EMS和动态安全监控系统。（1）基于GPS统一时钟的新一代EMS。目前应用的电力系统监测手段，主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集（SCADA）系统。前者记录数据冗余，记录时间较短，不同记录仪之间缺乏通信，使得对于系统整体动态特性分析困难；而后者数据刷新间隔较长，只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足，即不同地点之间缺乏准确地共同时间标记，记录数据只是局部有效，难以用于对全系统动态行为的分析；（2）基于GPS的新一代动态安全监控系统。基于GPS的新一代动态安全监控系统，是新动态安全监测系统与原有SCADA的结合。电力系统新一代动态安全监测系统，主要由同步定时系统，动态相量测量系统、通信系统和中央信号处理机四部分组成。采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信技术，为相量控制提供了实现的条件。
总结
随着计算机技术、控制技术及信息技术的发展，电力系统自动化也面临着空前的改革。因为电力系统要想能适应市场经济建设需求、促进社会可持续发展，就必须要实现全面自动化、一体化的管理。而且，在电力系统的广泛运营中，自动化控制体系的建立是管理水平、制度水平、科技水平、智能化水平、人性化水平中最真实有效的体现，也是电力系统生产效能、服务效率提升的重要影响因素。因此，多媒体技术、智能控制将迅速进入电力系统自动化领域，并且会推动电力系统控制向更高水平发展。