电气自动化在电力系统中的应用

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摘要：电网调度自动化是电力系统自动化的主要组成部分。伴随着科技的进步与社会的发展，自动化技术作为一门综合性技术，它在电力系统中起到的作用越来越显著。文章就其在电力系统中的应用与发展进行了阐述和简单的探讨。

关键词：电力系统;自动化技术;应用

自动化技术作为一门综合性技术，它和控制论、信息论系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系。电力系统综合自动化采用的是分层控制的操作的方式，即在调度所、控制所和发电厂、变电站的各组织分层间，按所管辖功能范围分担和综合协调控制功能。以达到系统合理经济可靠运行目的的控制系统。

一电力系统自动化技术

1.电网调度自动化。

电网调度自动化系统，其基本结构包括控制中心、主站系统、厂站端(RTU)和信息通道四大部分。根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为信息采集和执行子系统、信息传输子系统、信息处理子系统和人机联系子系统。主要包括：数据采集和控制(SCADA)、发电自动控制(AGC)、经济调度运行(EDC)、电网静态安全分析(SA)以及调度员培训模拟(DTS)在内的能量管理系统。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、电力负荷予测、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。

县级电网调度控制中心设备规模一般要比地区电网调度小，并且工作站、服务器一般选用工业或普通商用 PC机。

地区电网调度是指城市供电网的调度，调度功能和调度范围要比大区电网和省级电网小得多，地区电网调度不对发电厂进行控制，主要对供电网内的各级变电站和配电网进行实时监控，保证安全可靠供电。

国家电网调度和大区电网调度控制中心的计算机设备配备比省级电网调度控制中心的规模大，服务器及网络设备容量大，功能性应用软件也有差别。

2.变电站自动化。

电力系统中变电站与输配电线路是联系发电厂与电力用户的主要环节。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.发电厂分散测控系统 (DCS) 。

发电厂分散控制系统(DCS)一般采用分层分布式结构，由过程控制单元(PCU)、运行员工作站(OS)、工程师工作站(ES)和冗余的高速数据通讯网络(以太网)组成。

过程控制单元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能l/O模件组成。MCU模件通过冗余的l/O总线与智能l/O模件通讯。PCU直接面向生产过程，接受现场变送器、热电偶、热电阻、电气量、开关量、脉冲量等信号，经运算处理后进行运行参数、设备状态的实时显示和打印以及输出信号直接驱动执行机构，完成生产过程的监测、控制和联锁保护等功能。

运行员工作站(OS)和工程师工作站(ES)提供了人机接口。运行员工作站接收PCU发来的信息和向PCU发出指令，为运行操作人员提供监视和控制机组运行的手段。工程师工作站为维护工程师提供系统组态设置和修改、系统诊断和维护等手段。

二电力系统自动化的发展

1.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。

2.电力一次设备在线状态检测。

对电力系统一次设备如发电机、汽轮机、变压器、断路器、开关等设备的重要运行参数进行长期连续的在线监测，不仅可以监视设备实时运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，为电力设备由定期检修向状态检修过度提供保障。

3.光电式电力互感器。

电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大;信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变;互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。因此不少发达国家已经成功研究出新型光电式和电子式互感器，国际电工协会已发布了电子式电压、电流互感器的标准。国内也有大专院校和科研单位正在加紧研发并取得了可喜成果。

目前主要问题是材料随温度系数的影响而使稳定性不够理想。另一关键技术是，光电互感器输出的信号比电磁式互感器输出的信号要小得多，一般是毫安级水平，不能像电磁式互感器那样可以通过较长的电缆线送给测控和保护装置，需要在就地转换为数字信号后通过光纤接口送出，模数转换、光电转换等电子电路部分在结构上需要与互感器进行一体化设计。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。

4.适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置。

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很大的变化。首先省去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。

自动化技术在电力系统中的应用越来越广泛而深入，这也使电网管理方式产生翻天覆地的变化，新技术新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这些推动着电力自动化系统的不断发展和变化。

参考文献

[1] 李帆.自动化技术在电力系统中应用浅探.电力与能源，2010.21.

电气自动化在电力系统中的应用