上海電力股份有限公司羅涇燃機(jī)發(fā)電廠 王曉超
電力系統(tǒng)目前已廣泛應(yīng)用于電力領(lǐng)域當(dāng)中,其不僅可以在提高電力系統(tǒng)工作效率,更是降低了企業(yè)的成本投入。為直觀說明電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用思路和要點(diǎn),本文引入某地110/10/35kV 降壓變電站建設(shè)實(shí)例輔助闡述。
電氣自動(dòng)化仿真技術(shù)。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化仿真技術(shù),可以保證電力系統(tǒng)檢索到較多信息及數(shù)據(jù)內(nèi)容,使工作人員可以結(jié)合數(shù)據(jù)信息,完成數(shù)據(jù)模擬場(chǎng)景的構(gòu)建。并且,仿真技術(shù)的操作控制技術(shù)能力較強(qiáng),在系統(tǒng)運(yùn)維期間若發(fā)生故障,操作者可運(yùn)用實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的仿真技術(shù),利用分析、判定故障的方式,輔助電力系統(tǒng)運(yùn)維,體現(xiàn)出其在電力行業(yè)中的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
電氣自動(dòng)化智能技術(shù)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,云計(jì)算、大數(shù)據(jù)進(jìn)入了人們的視野中,智能技術(shù)是各部門經(jīng)研究得出的先進(jìn)研究成果,智能技術(shù)可有效地控制復(fù)雜的非線性系統(tǒng),提高電力系統(tǒng)的靈活能力,利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)能提高傳遞數(shù)據(jù)信息的速度,針對(duì)電力系統(tǒng)故障問題提出針對(duì)性的完善建議。除此之外,在電力系統(tǒng)中應(yīng)用智能技術(shù),也能幫助電力系統(tǒng)完善漏洞,未來發(fā)展前景明朗。
電氣自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)。工作人員將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)多渠道的監(jiān)控,輔助操作者掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),使系統(tǒng)可以按照正常軌道有效運(yùn)行。此技術(shù)可實(shí)時(shí)檢索電磁的故障信息,GPS 技術(shù)和SCADA 技術(shù)作為監(jiān)控技術(shù)在應(yīng)用期間的重點(diǎn)內(nèi)容,其需要借助GPS 技術(shù)和SCADA 技術(shù)完成動(dòng)態(tài)監(jiān)控。
電氣自動(dòng)化柔性交流電系統(tǒng)技術(shù)。柔性電流技術(shù)特指在電力系統(tǒng)中科學(xué)地分析和處理電力供應(yīng)的主要環(huán)節(jié),并運(yùn)用對(duì)應(yīng)技術(shù)及電子設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中參數(shù)的調(diào)節(jié)。ASVC 裝置是柔性交流技術(shù)的主要設(shè)備,該設(shè)備屬于靜止無(wú)功發(fā)生器。ASVC裝置在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題之后能第一時(shí)間調(diào)整,保障電壓穩(wěn)定。同時(shí),ASVC 裝置反應(yīng)速度較快,也具備一定的電壓調(diào)節(jié)范圍,基于慣性和噪聲方面,該裝置發(fā)揮的作用比較明顯,所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)用頻次較多。
電氣自動(dòng)化多項(xiàng)集成技術(shù)。此技術(shù)應(yīng)用期間,工作人員須運(yùn)用分開管理的方式,簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)的控制流程,在確保管理工作效率的同時(shí),降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本。同時(shí),工作人員可以運(yùn)用多項(xiàng)集成技術(shù),結(jié)合用戶之間的差異性,選用相應(yīng)的技術(shù)手段,增加對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù),來做出綜合管理與控制。多項(xiàng)集成技術(shù)不但能為施工、測(cè)試、設(shè)計(jì)等工作提供技術(shù)支撐,也能保障電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。收集相關(guān)數(shù)據(jù)顯示:對(duì)比傳統(tǒng)的系統(tǒng)來說,應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)能間接提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的效益,讓其能夠維持在35%左右[2]。
案例變電所進(jìn)出線端電壓為110kV 線路1條、35kV 線路4條、10kV 線路5條,變電所供電過程中,主要由110kV 等級(jí)電網(wǎng)供電,經(jīng)降壓轉(zhuǎn)換到10/35kV,然后再使用單母線分段,分別向用戶端完成供電。變電所總負(fù)荷為15000kV,包含三類負(fù)荷用戶7家,二類負(fù)荷用戶2家,供電方式采用電纜供電和架空供電兩類,預(yù)計(jì)年負(fù)荷增長(zhǎng)率可達(dá)5%,設(shè)計(jì)規(guī)劃年限為10年。下文對(duì)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用思路進(jìn)行梳理闡述。
可編程控制器英文縮寫為PLC,隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC 借助計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,與計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)相似,PLC 也具有處理器,存儲(chǔ)器以及輸入與輸出設(shè)備,等等。其中,存儲(chǔ)器不但能對(duì)海量的數(shù)據(jù)信息加以存儲(chǔ),也能對(duì)外發(fā)送和執(zhí)行操作指令。在電力系統(tǒng)中,PLC 技術(shù)憑借其優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用,能對(duì)電力系統(tǒng)故障問題加以解決,在降低能耗的同時(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。
本次引入PLC 可編程邏輯控制功能,對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和指令控制,控制器內(nèi)自帶有處理數(shù)據(jù)的功能,能夠參照特定的算法分析和處理數(shù)據(jù),將計(jì)算的結(jié)果向其他設(shè)備傳輸,以此實(shí)現(xiàn)處理數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)的目的。PLC 自動(dòng)化技術(shù)能對(duì)閉環(huán)過程加以控制。PLC 利用I/O 模塊,進(jìn)行模擬量和數(shù)字量之間的不斷轉(zhuǎn)換,在管理和控制期間,對(duì)PID 沒有限制,PID 可以是專用的,也可以是子程序。電力系統(tǒng)存在順序控制和開關(guān)量控制兩種控制模式。據(jù)調(diào)查,我國(guó)大部分行業(yè)會(huì)應(yīng)用開關(guān)量控制模式,此種模式要利用PLC 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)采集配電網(wǎng)電壓、電流數(shù)據(jù),搭配神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行故障識(shí)別和診斷。大量的神經(jīng)元憑借某種方式連接組成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在其連接權(quán)值上隱含較多信息,參照一定的計(jì)算方式對(duì)權(quán)值進(jìn)行調(diào)節(jié),保障神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從m 維空間非線性映射到n 維空間。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上,還引入了模糊邏輯控制技術(shù),雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊技術(shù)都屬于人工智能技術(shù)的范疇,但模糊技術(shù)自身不具備學(xué)習(xí)功能,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備學(xué)習(xí)功能,但無(wú)法對(duì)模糊的信息加以描述和處理,實(shí)踐中要結(jié)合兩項(xiàng)技術(shù),有效地發(fā)揮控制作用。
而模糊邏輯中的函數(shù)范圍通常取值范圍是[0,1],其中sigmoid 的非線性在電力系統(tǒng)中也占據(jù)至關(guān)重要的位置,使其能夠拓展到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域當(dāng)中,具有同等值域,所以其在規(guī)則以及算法方面可以運(yùn)用最大的模糊算子,最小推理,可以將二者算法相融合,在模糊信息處理期間善用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將人工神經(jīng)元模型轉(zhuǎn)變?yōu)槟:窠?jīng)元模型,利用隸屬函數(shù)來表示神經(jīng)元突出的權(quán)重,轉(zhuǎn)變模糊神經(jīng)元的輸出,將其變作模糊邏輯(見表1)[3]。
表1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)示意表
其中f(x)為輸入圖像;g(x)為卷積核;h(x)為卷積結(jié)果。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)主要由五層神經(jīng)元組建,單層神經(jīng)元可表示模糊推理期間的某種含義。其中,第一層是神經(jīng)元主要表示電壓偏差和無(wú)功偏差,其會(huì)不斷變化,為下一層增加輸入值。而第二層的神經(jīng)元表示輸入信號(hào)中所隱藏的語(yǔ)言辭集。第三層神經(jīng)元、第四層神經(jīng)元代表模糊控制的規(guī)則。第五層神經(jīng)元屬于輸入層,負(fù)責(zé)運(yùn)算解模糊。在計(jì)算期間要結(jié)合變電站的實(shí)際運(yùn)行情況來明確輸出值,并和理論期望值相對(duì)比,如誤差無(wú)法達(dá)到設(shè)定需求,則要進(jìn)行反向傳播,按照原路徑反向傳回誤差的信號(hào),同時(shí)也要對(duì)五個(gè)神經(jīng)元權(quán)值進(jìn)行修正,直到誤差符合設(shè)定需求。
為保障變電站自動(dòng)化控制力度,可在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)模糊控制器,步驟如下:結(jié)合經(jīng)驗(yàn),初步設(shè)計(jì)常規(guī)的模糊控制器;按照上述規(guī)則明確連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式和權(quán)值。
電力系統(tǒng)中包含了諸多功能不一的核心設(shè)備類別,其運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性直接影響電網(wǎng)效益。因此,本次還引進(jìn)了過電流保護(hù)自動(dòng)化技術(shù),與配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)并用,能夠較好地提高故障預(yù)警效率和精確度。其中,變壓器設(shè)備中裝配了時(shí)間繼電器元件,可在較短時(shí)間內(nèi)使二次側(cè)斷路器跳閘,當(dāng)故障發(fā)生在35kV 線路上時(shí),系統(tǒng)會(huì)直接切除故障,過流保護(hù)返回,變壓器繼續(xù)向10kV 線路供電,防止故障損壞上級(jí)設(shè)備。此外,各輸出、饋回線路主要使用隔離開關(guān)設(shè)備防護(hù),能夠較好地提高系統(tǒng)應(yīng)急處置能力。
本次110kV 側(cè)隔離開關(guān)選用了GW13-110/600型設(shè)備,極限通過電流峰值為55A,5s 熱穩(wěn)定電流為14kA,能夠在0.06s 內(nèi)完成合閘操作,在01s 內(nèi)完成分閘操作,控制精準(zhǔn)度極高。10kV 側(cè)和35kV 側(cè)分別采用GN2-10T/2000型隔離開關(guān)和GW5-35GD/1000型開關(guān),設(shè)備均通過熱穩(wěn)定性校驗(yàn),合閘、分閘響應(yīng)時(shí)間與110kV 側(cè)隔離開關(guān)一致,均可以較好地滿足自動(dòng)化控制需求,提高系統(tǒng)的安全性能。隔離開關(guān)、電流器均采用高式布置方式,支架高度基本維持在2~2.5m 作用,電容器采用低式布置方式,110kV 側(cè)還布置了避雷器,能夠有效降低設(shè)備遭受雷擊后損壞故障的風(fēng)險(xiǎn)。
在電力系統(tǒng)中會(huì)應(yīng)用配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù),為保障配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用效率,要在規(guī)范功能,驗(yàn)收導(dǎo)則的基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理化的驗(yàn)收細(xì)則。同時(shí),工作人員可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試SAT 的成功率,確認(rèn)是否需要使用配電自動(dòng)化技術(shù)。總的來說,電力系統(tǒng)中可應(yīng)用的配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)容如下。
FTU 應(yīng)用全工業(yè)設(shè)計(jì)模式,此種模式能適應(yīng)外部環(huán)境,使其中的技術(shù)參數(shù)可以滿足戶外的D2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4]。FTU 和柱上的開關(guān)與結(jié)構(gòu)上互相匹配,接口可靠,為維修人員提供了便捷;FTU 能對(duì)故障信息及時(shí)捕捉,參照相應(yīng)的算法來保障故障隔離,同時(shí)也能分層,分布控制配電的自動(dòng)化情況;而且通信的可靠性和速率都能順應(yīng)配電自動(dòng)化的需求;通過FTU 進(jìn)行蓄電池具備延長(zhǎng)蓄電池應(yīng)用壽命和智能維護(hù)的作用。
配電主站會(huì)應(yīng)用開放式支撐技術(shù),在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)融入大型的商業(yè)數(shù)據(jù)當(dāng)中,工作人員也可增加客戶技術(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用,合理應(yīng)用多種服務(wù)器和,配備軟件及設(shè)備,輔助工作人員執(zhí)行傳輸數(shù)據(jù)及交換信息工作;DMS 在實(shí)施數(shù)據(jù)建模時(shí)要關(guān)注全局信息完整和一致,也要保障系統(tǒng)拓?fù)湫畔IS,DMA 的完整與一致性;要在保障網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)配電SCADA 系統(tǒng)和GIS 軟件的互通。
電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)了電力系統(tǒng)的有效運(yùn)行,企業(yè)在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用后會(huì)呈現(xiàn)綜合化發(fā)展的趨勢(shì)。電力系統(tǒng)大規(guī)模的應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù),也能推進(jìn)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能控制和通信技術(shù)的應(yīng)用和推廣;實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、保護(hù)三位一體。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制、測(cè)量、保護(hù)功能也會(huì)越來越完善,實(shí)現(xiàn)三位一體;實(shí)施配電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的改革和發(fā)展,配電網(wǎng)領(lǐng)域會(huì)實(shí)現(xiàn)PAS、GIS 的一體化發(fā)展。
朝著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方向進(jìn)軍。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托,電氣自動(dòng)化技術(shù)在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了更高程度的應(yīng)用和發(fā)展,在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的電氣自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)出普及化的狀態(tài),代表技術(shù)為L(zhǎng)ED 電氣自動(dòng)化技術(shù),此技術(shù)能共享和操作各廠家的管理信息。國(guó)際為對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)用做出合理的規(guī)范,出臺(tái)了特殊的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),在此形勢(shì)之下,建議我國(guó)技術(shù)研發(fā)人員可以參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),加大技術(shù)研發(fā)力度,為此技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí),電力系統(tǒng)大規(guī)模的應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù),也能推進(jìn)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能控制和通信技術(shù)的應(yīng)用和推廣,未來電力系統(tǒng)也會(huì)廣泛的應(yīng)用通信、計(jì)算機(jī)、多媒體等集成技術(shù)。
實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、保護(hù)三位一體。電力系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù),能推進(jìn)各系統(tǒng)功能的完善,也能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制和人員配備等方面的改革。未來我國(guó)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)更加獨(dú)立,保障電氣自動(dòng)化利用結(jié)合的發(fā)展形勢(shì),可以滿足電氣系統(tǒng)的保護(hù)、控制及測(cè)量的三位一體需求,能將自動(dòng)化電力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)充分地發(fā)揮出來??偟膩碚f,未來電氣自動(dòng)化技術(shù)會(huì)更加智能高效。
實(shí)施配電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)。未來隨著電力系統(tǒng)的完善和各項(xiàng)信息技術(shù)的引入,饋線自動(dòng)化會(huì)依托通信采集和控制配電網(wǎng)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)配電的高效應(yīng)用。同時(shí),饋線自動(dòng)化會(huì)依托GIS 信息系統(tǒng)平臺(tái),做好配電網(wǎng)設(shè)備的有效管理。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的改革和發(fā)展,配電網(wǎng)領(lǐng)域會(huì)實(shí)現(xiàn)PAS,GIS 的一體化發(fā)展。未來各部門會(huì)實(shí)施有力對(duì)策,提高配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的力度,構(gòu)筑配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行決策支持系統(tǒng),盡可能降低線路損耗,保障供電的質(zhì)量,對(duì)提高供電經(jīng)濟(jì)性也有實(shí)際意義。