湖南省電力公司 衡山縣電力局 李 華

電力系統(tǒng)自動(dòng)化主要技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究

湖南省電力公司 衡山縣電力局 李 華

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、優(yōu)質(zhì)性等指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求，同時(shí)，電力系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化的要求也隨之提高。對(duì)此，本文，筆者對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行了闡述。

一、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)正逐步朝著以下方向發(fā)展：在控制策略上逐漸朝著最優(yōu)化和智能化發(fā)展；在控制手段上逐漸增加了微型機(jī)、遠(yuǎn)程通信以及電力電子器件的使用；在理論工具的使用上更多借助現(xiàn)代控制理論；在設(shè)計(jì)分析上越來(lái)越多地要求面向多機(jī)系統(tǒng)模型去處理問題；在研究人員的組成上也越來(lái)越多地需要多工種的聯(lián)合。

電力系統(tǒng)自動(dòng)化的整體發(fā)展趨勢(shì)則是：由高電壓等級(jí)向低電壓等級(jí)擴(kuò)展；由單元件向部分區(qū)域和全系統(tǒng)發(fā)展；由開環(huán)數(shù)據(jù)傳送向主動(dòng)閉環(huán)控制；從功能單一向多功能方向發(fā)展；目標(biāo)的追求朝著最優(yōu)化、智能化、協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展；裝置的性能由傳統(tǒng)型向數(shù)字化、靈活化、速度化等方向發(fā)展，具有了更加優(yōu)越的性能；由以加強(qiáng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)、安全、效率作為目標(biāo)向服務(wù)和管理的自動(dòng)化方向發(fā)展。

在最近的20年中，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制技術(shù)和通信技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)統(tǒng)一體。它的概念內(nèi)涵不斷地深入，并且其外延也不斷地?cái)U(kuò)展，所以，電力系統(tǒng)自動(dòng)化能處理的信息量逐漸增多，直接可以觀測(cè)的范圍也逐漸擴(kuò)展，所需考慮的因素也不斷增多，其能夠主動(dòng)閉環(huán)控制的對(duì)象也不斷地增多。

二、電氣自動(dòng)化發(fā)展中具有變革性意義的三大新技術(shù)

1. 智能控制技術(shù)。電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)在過(guò)去的幾十年中經(jīng)歷了三大主要發(fā)展階段：第一是基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制的階段；第二是線性最優(yōu)控制、非線性控制和多機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的階段；第三是智能控制的階段。智能控制技術(shù)在電力系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中遇到的難題是：電力系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)性的大系統(tǒng)，具有強(qiáng)非線性的、變參數(shù)等特性。在未來(lái)的工程應(yīng)用中，智能控制技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在新型的電力系統(tǒng)工程應(yīng)用方面，具體可以應(yīng)用在基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁、快關(guān)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電掣動(dòng)、多機(jī)系統(tǒng)的新興靜止無(wú)功發(fā)生器（ASVG，Advanced Static Var Generator）的控制等。

2. 柔性交流輸電（FACTS）技術(shù)。

（1）FACTS技術(shù)的產(chǎn)生。由于電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，為了提高電壓質(zhì)量和保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，先進(jìn)的輸配電技術(shù)的研發(fā)迫在眉睫，因此，柔性交流輸電技術(shù)（FACTS）應(yīng)運(yùn)而生。這一技術(shù)改變了傳統(tǒng)的輸電能力，使電壓的質(zhì)量和系統(tǒng)的穩(wěn)定有了更好的保證。為了使電力的輸送更加可靠穩(wěn)定，具有更好的可控性和更高的效率，在原有的輸電系統(tǒng)的幾個(gè)重要的部位加上了有效的電力電子裝置，對(duì)輸電系統(tǒng)的幾個(gè)重要指標(biāo)（如電壓、相位差、電抗）加以控制，這種新興的高壓輸電系統(tǒng)采用了危機(jī)處理、力電子、自動(dòng)控制等新技術(shù)，使系統(tǒng)的運(yùn)行性、可控性、可靠性得到了空前提高，并由此技術(shù)獲得了大量的具有節(jié)點(diǎn)效益的新興的綜合技術(shù)。

（2）ASVG的研究現(xiàn)狀。作為FACTS的核心裝置，ASVG的發(fā)展也迫在眉睫。當(dāng)前FACTS系統(tǒng)的一個(gè)共同特點(diǎn)，就是運(yùn)用逆變器的逆變作用和大功率的電力電子器件開關(guān)的瞬間切換作用。ASVG作為一種新型的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的靜止無(wú)功發(fā)生器，采用了FACTS中的核心技術(shù)。并聯(lián)電容器和二項(xiàng)逆變器構(gòu)成了ASVG的基本結(jié)構(gòu)，它的三相輸出電壓和三相輸出電壓是同步的。ASVG具有很多優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)它可以校正電壓，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓故障后在恢復(fù)階段它可以用以穩(wěn)定電壓，由此可見它對(duì)電網(wǎng)的電壓控制力是非常強(qiáng)的；由于ASVG不是機(jī)械設(shè)備，因此和旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機(jī)相比，它沒有機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)的機(jī)械慣性、機(jī)械損傷和機(jī)械噪聲；它對(duì)電壓的調(diào)節(jié)范圍比旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機(jī)更大，反應(yīng)速度更加敏捷；它不僅能對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)做出反應(yīng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)變化也能夠做出及時(shí)的響應(yīng)，所以它的控制力也比同步調(diào)相機(jī)優(yōu)越得多。

3.柔性配電（DFACTS）技術(shù)。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置存在許多致命的缺點(diǎn)：運(yùn)行中出現(xiàn)問題，在處理不及時(shí)或處理不正確的情況下，電力系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)受到影響；局部故障如果處理不當(dāng)也會(huì)波及整個(gè)電力系統(tǒng)。伴隨著高新科技和電子信息化的發(fā)展，客戶對(duì)輸電質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性有了越來(lái)越高的要求，各種精密電器的正常運(yùn)行和壽命越來(lái)越取決于輸電質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性，因此可以毫不夸張地說(shuō)，信息時(shí)代對(duì)供電質(zhì)量的提高提出了空前高的要求。在此背景下，DFACTS應(yīng)運(yùn)而生。DFACTS是FACTS技術(shù)在配電系統(tǒng)應(yīng)用的延伸，又被稱為用戶特定電力（Custom Power）技術(shù)，已成為改善電能質(zhì)量、提高配電系統(tǒng)控制靈活性的有力工具。

三、新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)前使用的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是用來(lái)記錄電磁暫態(tài)過(guò)程的故障狀態(tài)和波形數(shù)據(jù)，還有就是在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)樣本的采集。前者主要記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄的時(shí)間很短，各種期間缺乏信息的交流，從而使系統(tǒng)的整體性的動(dòng)態(tài)分析變得異常困難；后者記錄的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間較長(zhǎng)，因此只能用來(lái)記錄和分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)和信息。但是兩者有一個(gè)共同的缺點(diǎn)：不同部位之間沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，缺乏運(yùn)行和記錄數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，各部件之間只能各自記錄數(shù)據(jù)，很難對(duì)系統(tǒng)的整體動(dòng)態(tài)行為作出正確的分析和判斷。由于以上原因，人們研制出了一種新的安全監(jiān)控系統(tǒng)。這種新的系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與SCADA的完美結(jié)合，它由中央信號(hào)處理機(jī)、通信系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)和同步定時(shí)系統(tǒng)4部分有機(jī)組合而成，采用GPS光纖通信技術(shù)和同步相量測(cè)量技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的當(dāng)量控制。相量測(cè)量技術(shù)與GPS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合開辟了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)測(cè)試的時(shí)代。

由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷不是穩(wěn)定不變，而是有規(guī)律性或者隨機(jī)變化的，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)為其提供了可靠的保障。

四、結(jié)論

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展使得電力系統(tǒng)自動(dòng)化面臨空前的挑戰(zhàn)，隨著電子信息技術(shù)的騰飛，電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)一定會(huì)有一個(gè)更廣闊的發(fā)展前景。