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摘要：本文分析了电气自动化控制系统应用模式，并对电力系统中自动化控制技术的应用与发展方向进行了论述，以供同仁参考。
关键词：电力系统；电气自动化技术；应用；发展方向
Abstract: This paper analyzes the electrical automation control system application mode, and power system automation and control technology application and development were discussed for peer reference.
Keywords: power system; electrical automation technology; application; development
中图分类号：F416.6文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、前言
隨着现代计算机技术、功率电子技术、通信技术和控制技术的日新月异，自动控制技术正趋向于智能化、最优化、协调化、适应化、区域化发展。而且这些新技术渐渐由实验及理论过程进入运用领域，其都对电力自动化技术产生了较大的影响。本文分析了电气自动化控制系统应用模式，并对电力系统中自动化控制技术的应用与发展方向进行了论述，以供同仁参考。
电气自动化控制系统应用模式
集中模式。集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和 4mA～20mA 标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态，实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/O接入方式和远程I/0接入方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/0采集柜，然后通过通信方式与DCS控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好；硬接线方式成熟，响应速度快。缺点主要有：电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响 DCS的可靠性；DCS系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整；所有信息量均要集中汇总至 DCS系统，风险集中，影响系统可靠性；由于 DCS调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求；没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的 电气运行管理工作(如防误、事故追忆、继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能)，不能实现电气的“综合自动化”。
分层分布式模式。分层分布式模式从逻辑上将ECS划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层(间隔单元)。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块(部件)正常运行。设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。
三、电力系统中自动化控制技术的应用
（1）电网调度自动化。电网调度自动化主要组成部分，由电网调度控制中心的计算机网络系统、工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印设备等，其主要是通过电力系统专用广域网连结的，下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂、变电站终端设备(如测量控制等装置)等构成。电网调度自动化的主要功能是：电力生产过程实时数据采集与监控电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制(省级电网以上)、自动经济调度(省级电网以上)并适应电力市场运营的需求等。
（2）变电站自动化。变电站自动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电磁式设备；二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆；操作监视实现计算机屏幕化：运行管理、记录统计实现自动化。变电站自动化除了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。
（3）配电网自动化。该技术采用的模型为最新国际标准公共信息模型，输电网的理论算法采用与配网实际与高级应用软件相结合，负荷预测时配合应用人工智能灰色神经元算法进行，最后进行潮流计算时采用配网递归虚拟流算法。电力系统配电网自动化技术取得了重大技术突破，主要表现在信息配网一体化、高级应用软件、配网模型、中低压网络数字方面，最终，解决了载波正在配电网上应用的路由、衰耗等技术难题，正是因为采用数字信号处理技术，才得以提高了载波接收灵敏度。
（4）电力一次设备智能化。常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。
（5）适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置。自从电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生巨大的变化。首先节省了装置内部的隔离互感器、A/D转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。
四、电力系统中电气自动化技术的发展方向
（1）全控型电力电子开关的发展。电力系统的运用器件随着时代的进步不断更新，从最初的晶闸管发展到二代全控式器件直到第四代电子元件，期间的发展正好说明了技术的进步所带来的电力方面的突破进展。那么由于传统的器件存在一些不易控制的缺点，而全控式的电子开关就促进了可控性，同时由于其电流密度较大而且开关速度相对较低，使得电路在处理方面变得更为方便，由此全控型电子开关的应用就可以促进电流的驱动和保护，同时可以整合检测等等流程，这是未来电气自动化的一个应用，而且必将对中国电气自动化的发展起到很好的推动作用。同时，对待全控型开关，要不断完善其弱点，针对不足进行改善，创新新一代电子开关技术，为电力系统注入新的科技力量。
（2）变换器电路高频化的发展。变换器电路的高频化会提高工作效率，同时可以降低开关损耗。由于高频变换器不会阻碍逆变器的工作频率所以可以适当缩小逆变器的尺寸，节约成本。随着电气自动化的不断创新，变换器会随着技术的更新而更新，未来趋势会趋向于高频化的需求。那么电力的高频化不仅可以降低外界对电压的干扰，同时可以提供供电的功率，逐步改善低频引致的问题。
（3）电流控制技术的更新。电流控制技术主要用于分离定子电流的磁场，从而分别对电流磁场进行控制。电流控制技术的发展将更好的服务于定子电流磁场的分离，从而可以加大电流的控制，促使管理技术的更新。电流控制技术的应用是一种控制电流的新型管理方法，管理手段可以发挥直接的效用，同时结构简便易懂，这种方法的应用将大大促进电力系统的完善。
（4）通用变电器的使用。通用变电器的使用可以促使自动化控制效率的提升，操作性较强，可控性较为明显。在未来的电力系统的发展过程中，通用变电器的大量使用会不断提高系统的操作效率，同时会增强系统的可控性，由此服务于电力系统的智能化发展。
五、结束语
综上所述，电气工程及其自动化专业是电力系统的重要工作，因此，我们的工作人员应对其不断进行探索和研究，提高了电力安全可靠性；还要结合自己的工作经验进行分析，从而保证电力系统工作的安全与发展。
关键词：电力系统；电气自动化技术；应用；发展方向
Abstract: This paper analyzes the electrical automation control system application mode, and power system automation and control technology application and development were discussed for peer reference.
Keywords: power system; electrical automation technology; application; development
中图分类号：F416.6文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、前言
隨着现代计算机技术、功率电子技术、通信技术和控制技术的日新月异，自动控制技术正趋向于智能化、最优化、协调化、适应化、区域化发展。而且这些新技术渐渐由实验及理论过程进入运用领域，其都对电力自动化技术产生了较大的影响。本文分析了电气自动化控制系统应用模式，并对电力系统中自动化控制技术的应用与发展方向进行了论述，以供同仁参考。
电气自动化控制系统应用模式
集中模式。集中模式也就是传统的硬接线方式，将强电信号转变为弱电信号，采用空接点方式和 4mA～20mA 标准直流信号，通过电缆硬接线将电气模拟量和开关量信号一对一接至DCS的I/O模件柜，进入DCS进行组态，实现对电气设备的监控。这种模式又分为直接I/O接入方式和远程I/0接入方式两种，前者是将电缆接至电子间集中组屏，后者是在数据较集中且离主控室较远的电气设备现场设立远程I/0采集柜，然后通过通信方式与DCS控制主机相连，两者具有相同的实现技术，本质上没有区别。电气量的采集集中组屏，便于管理，设备运行环境好；硬接线方式成熟，响应速度快。缺点主要有：电缆数量大，电缆安装工程量大，长距离电缆引进的干扰也可能影响 DCS的可靠性；DCS系统按“点”收费，不仅投资大，而且只有重要的电气量才能进入DCS，系统监测的电气信息不完整；所有信息量均要集中汇总至 DCS系统，风险集中，影响系统可靠性；由于 DCS调试一般是最后进行，采用集中模式通常难以满足倒送厂用电的要求；没有独立的电气监控主站系统，无法完成较复杂的 电气运行管理工作(如防误、事故追忆、继电保护运行与故障信息自动化管理、录波分析等高级应用功能)，不能实现电气的“综合自动化”。
分层分布式模式。分层分布式模式从逻辑上将ECS划分为三层，即站级监控层、通信层和间隔层(间隔单元)。间隔层由终端保护测控单元组成，利用面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计，将测控单元和保护单元就地分布安装在各个开关柜或其他一次设备附近。网络层由通信管理机、光纤或电缆网络构成，利用现场总线技术，实现数据汇总、规约转换、转送数据和传控制命令的功能。站级监控层通过通信网络，对间隔层进行管理和交换信息。间隔层测控终端就地安装，减少占用面积，各装置功能独立，组态灵活，可靠性高。模拟量采用交流采样，节省二次电缆，降低了成本，抗干扰能力增强，系统采集的数据精度大大提高。系统采集的数据量提高，监控信息完整，能实现在远方对保护定值的修改及信号复归，运行维护方便。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块(部件)正常运行。设置独立的电气监控主站，便于分步调试和投运，满足倒送电的要求。同时有利于厂用电系统的运行、维护和检修。
三、电力系统中自动化控制技术的应用
（1）电网调度自动化。电网调度自动化主要组成部分，由电网调度控制中心的计算机网络系统、工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印设备等，其主要是通过电力系统专用广域网连结的，下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂、变电站终端设备(如测量控制等装置)等构成。电网调度自动化的主要功能是：电力生产过程实时数据采集与监控电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制(省级电网以上)、自动经济调度(省级电网以上)并适应电力市场运营的需求等。
（2）变电站自动化。变电站自动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电磁式设备；二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆；操作监视实现计算机屏幕化：运行管理、记录统计实现自动化。变电站自动化除了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。
（3）配电网自动化。该技术采用的模型为最新国际标准公共信息模型，输电网的理论算法采用与配网实际与高级应用软件相结合，负荷预测时配合应用人工智能灰色神经元算法进行，最后进行潮流计算时采用配网递归虚拟流算法。电力系统配电网自动化技术取得了重大技术突破，主要表现在信息配网一体化、高级应用软件、配网模型、中低压网络数字方面，最终，解决了载波正在配电网上应用的路由、衰耗等技术难题，正是因为采用数字信号处理技术，才得以提高了载波接收灵敏度。
（4）电力一次设备智能化。常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。
（5）适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置。自从电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生巨大的变化。首先节省了装置内部的隔离互感器、A/D转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。
四、电力系统中电气自动化技术的发展方向
（1）全控型电力电子开关的发展。电力系统的运用器件随着时代的进步不断更新，从最初的晶闸管发展到二代全控式器件直到第四代电子元件，期间的发展正好说明了技术的进步所带来的电力方面的突破进展。那么由于传统的器件存在一些不易控制的缺点，而全控式的电子开关就促进了可控性，同时由于其电流密度较大而且开关速度相对较低，使得电路在处理方面变得更为方便，由此全控型电子开关的应用就可以促进电流的驱动和保护，同时可以整合检测等等流程，这是未来电气自动化的一个应用，而且必将对中国电气自动化的发展起到很好的推动作用。同时，对待全控型开关，要不断完善其弱点，针对不足进行改善，创新新一代电子开关技术，为电力系统注入新的科技力量。
（2）变换器电路高频化的发展。变换器电路的高频化会提高工作效率，同时可以降低开关损耗。由于高频变换器不会阻碍逆变器的工作频率所以可以适当缩小逆变器的尺寸，节约成本。随着电气自动化的不断创新，变换器会随着技术的更新而更新，未来趋势会趋向于高频化的需求。那么电力的高频化不仅可以降低外界对电压的干扰，同时可以提供供电的功率，逐步改善低频引致的问题。
（3）电流控制技术的更新。电流控制技术主要用于分离定子电流的磁场，从而分别对电流磁场进行控制。电流控制技术的发展将更好的服务于定子电流磁场的分离，从而可以加大电流的控制，促使管理技术的更新。电流控制技术的应用是一种控制电流的新型管理方法，管理手段可以发挥直接的效用，同时结构简便易懂，这种方法的应用将大大促进电力系统的完善。
（4）通用变电器的使用。通用变电器的使用可以促使自动化控制效率的提升，操作性较强，可控性较为明显。在未来的电力系统的发展过程中，通用变电器的大量使用会不断提高系统的操作效率，同时会增强系统的可控性，由此服务于电力系统的智能化发展。
五、结束语
综上所述，电气工程及其自动化专业是电力系统的重要工作，因此，我们的工作人员应对其不断进行探索和研究，提高了电力安全可靠性；还要结合自己的工作经验进行分析，从而保证电力系统工作的安全与发展。