電力系統自動化發展趨勢及新技術的應用

王瓏 王琳

[摘要]現代社會對電能供應的“安全、可靠、經濟、優質”等各項指標的要求越來越高，相應地，電力系統也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統自動化技術不斷地由低到高、由局部到整體發展，本文對此進行了詳細的闡述。

[關鍵詞]自動化 發展 結構

一、電力系統自動化總的發展趨勢

1.當今電力系統的自動控制技術正趨向于：

（1）在控制策略上日益向最優化、適應化、智能化、協調化、區域化發展。

（2）在設計分析上日益要求面對多機系統模型來處理問題。

（3）在理論工具上越來越多地借助于現代控制理論。

（4）在控制手段上日益增多了微機、電力電子器件和遠程通信的應用。

2.整個電力系統自動化的發展則趨向于：

（1）由開環監測向閉環控制發展，例如從系統功率總加到AGC（自動發電控制）。

（2）由高電壓等級向低電壓擴展，例如從EMS（能量管理系統）到DMS（配電管理系統）。

（3）由單個元件向部分區域及全系統發展，例如SCADA（監測控制與數據采集）的發展和區域穩定控制的發展。

（4）由單一功能向多功能、一體化發展，例如變電站綜合自動化的發展。

（5）裝置性能向數字化、快速化、靈活化發展，例如繼電保護技術的演變。

二、變電所自動化系統的結構

在高壓或超高壓變電所中，保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。反言之，智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制回路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分；而在中低壓變電所則將保護、監控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關柜上，實現了變電所機電一體化設計。

數字化變電所自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即智能化的一次設備和網絡化的二次設備；在邏輯結構上可分為三個層次，根據IEC6185A通信協議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“所控層”。

1、過程層：該層是一次設備與二次設備的結合面，或者說過程層是指智能化電氣設備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（1）電力運行實時的電氣量檢測；（2）運行設備的狀態參數檢測；（3）操作控制執行與驅動。

2、間隔層：其主要功能是：（1）匯總本間隔過程層實時數據信息；（2）實施對一次設備保護控制功能；（3）實施本間隔操作閉鎖功能；（4）實施操作同期及其他控制功能；（5）對數據采集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；（6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及所控層的網絡通信功能。必要時，上下網絡接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網絡通信的可靠性。

3、所控層：其主要任務是：（1）通過兩級高速網絡匯總全所的實時數據信息，不斷刷新實時數據庫，按時登錄歷史數據庫；（2）按既定規約將有關數據信息送向調度或控制中心；（3）接收調度或控制中心有關控制命令并轉間隔層、過程層執行；（4）具有在線可編程的全所操作閉鎖控制功能；（5）具有所內當地監控，人機聯系功能，如顯示、操作、打印、報警，甚至圖像，聲音等多媒體功能；（6）具有對間隔層、過程層諸設備的在線維護、在線組態，在線修改參數的功能；（7）具有變電所故障自動分析和操作培訓功能。

三、發電廠中的自動化系統的結構

發電廠自動化系統是一個整體，熱控與電氣部分應有效結合，未來不僅僅是DCS向FCS發展，整個電廠自動化系統應該是一個由若干子FCS系統構成的大控制系統，子FCS系統可以有一定的獨立性，但聯系成大系統后又可實現全廠機、爐、電監視控制及優化運行。

發電廠電氣監控管理系統作為其中一個子FCS系統，也有一定的獨立性。從范圍看，ECMS系統應包含對6KV及400V的全部電源及電動機的保護監視，還應包 含機組部分保護及自動裝置，此外，升壓站電氣部分也可接入其中。從作用及地位 上看，有建議將ECMS作為未來全通信控制方式下DCS一部分的觀點；也有觀點 認為ECMS系統以電氣系統監測管理為主要目的，實現全廠電氣系統的集中監視、 管理及輔助控制等功能。還有觀點認為，電氣系統實現自動化，主要目的是實現電氣系統的集中監視、管理，其控制應主要通過DCS系統下發給ECMS，并通過ECMS 系統的保護測控裝置執行，以ECMS為主進行控制只能作為后備。

在地位上：ECMS 既是DCS系統的一部分，同時又獨立成為一個電氣自動化系統，完成DCS不關心、 少關心以及無法實現的電氣系統功能，如集中抄表、狀態檢修、電氣邏輯閉鎖、電 氣開關順序控制、定值管理、保護動作分析等。 從技術上講，發電廠電氣監控管理系統（ECMS）與升壓站的微機網絡監控系 統（NCS ）有相似之處，但更多的是實際應用條件造成的差異，表現在以下幾方面： 一是ECMS系統所連接的6KV及400V節點（裝置）數量可達數百點或接近千點， 高出NCS系統一個數量級，這就要求系統有足夠的容量。其次，如作為一個DCS 子系統參與電廠的過程控制，則需要ECMS系統有很高的可靠性并且需要ELMS 系統實現工藝連鎖，并保證足夠的實時性。第三，ECMS系統涉及到與DCS系統 的接口，與輔機控制系統的接口，與SIS及MIS的接口，且沒有相關的系統規范。

電力系統調度監測從穩態/準穩態監測向動態監測發展是必然趨勢。GPS技術和相量測量技術的結合標志著電力系統動態安全監測和實時控制時代的來臨。

隨著計算機技術，控制技術及信息技術的發展，電力系統自動化面臨著空前的變革。多媒體技術、智能控制將迅速進入電力系統自動化領域，而信息技術的發展，不僅會推動電力系統監測的發展，也會推動電力系統控制向更高水平發展。

參考文獻

[1] 楊奇遜.變電站綜合自動化技術發展趨勢.電力系統自動化，1995，19（10）

[2] 王海猷，賀仁睦.變電站綜合自動化監控主站的系統資源平衡.電網技術，1999，23