淺談電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)的應(yīng)用

胡強(qiáng)　姜志軍

【摘要】現(xiàn)代社會(huì)越來越高的要求，綜合指數(shù)的供電安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量的電力系統(tǒng)，相應(yīng)的也不斷向自動(dòng)化技術(shù)提出了更高的要求。電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)不斷從低到高，從局部到整體的發(fā)展趨勢(shì)，本文也作出了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)自動(dòng)化 發(fā)展 應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0295—01

在過去的20年里，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)，控制技術(shù)，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已成為以計(jì)算機(jī)（Computer）、控制（Control）、通信（Communication）和電力設(shè)備和電力電子（Power System Equiqmentsand Power Electronics）為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱“CCCP”。電力信息系統(tǒng)自動(dòng)化處理越來越大，考慮的因素較多，直接觀察和測(cè)量范圍更廣泛，可以控制對(duì)象越來越豐富。

一、電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制的發(fā)展趨勢(shì)：

1、現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)具有以下的特性：

（1）在控制模式、區(qū)域、協(xié)調(diào)、智力和適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展不斷優(yōu)化。

（2）應(yīng)對(duì)面臨的多機(jī)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)和分析的問題。

（3）在基礎(chǔ)理論上實(shí)現(xiàn)更多的現(xiàn)代化控制理論。

（4）遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用增加了電力電子器件和控制計(jì)算機(jī)的方法。

（5）研究人員在結(jié)構(gòu)上需要的各種信息和儀器的聯(lián)合行動(dòng)。

2、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展趨向于以下的幾個(gè)方向：

（1）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)向自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，如對(duì)AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）的總功率管理。

（2）從高電壓擴(kuò)展到較低的電壓方向，例如EMS（能量管理系統(tǒng)）和DMS（配電管理系統(tǒng)）的電力管理。

（3）控制區(qū)域部分從各個(gè)組成部分向整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展，如區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)和SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）的發(fā)展。

（4）從單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展。

（5）設(shè)備的性能向快速、靈活和數(shù)字化的方向發(fā)展，例如繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。

（6）自動(dòng)化控制的目標(biāo)逐漸智能化，尋求協(xié)調(diào)的發(fā)展和優(yōu)化，例如勵(lì)磁控制的發(fā)展趨勢(shì)。

（7）通過提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理和服務(wù)的基礎(chǔ)上保證效率和安全性，例如將MIS（管理信息系統(tǒng)）應(yīng)用到電力系統(tǒng)自動(dòng)化管理系統(tǒng)。

二、對(duì)于電力系統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)生重要影響的三項(xiàng)技術(shù)

1、動(dòng)力系統(tǒng)的智能控制技術(shù)

在過去的電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用發(fā)展研究大致可以分為以下幾個(gè)階段：?jiǎn)屋斎雴屋敵?，基于傳遞函數(shù)的控制，線性最優(yōu)控制，非線性控制和多機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制等階段。而面對(duì)智能控制階段的主要技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）電力系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化動(dòng)態(tài)特性和失效模式的轉(zhuǎn)換操作。

（2）電力系統(tǒng)是一個(gè)具有非線性、變參數(shù)（包括各種各樣的隨機(jī)性和不確定性因素并存，各種工作模式和故障模式）和動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)的系統(tǒng)。

（3）電力系統(tǒng)要求地方協(xié)調(diào)不同控制器，也需要不同的控制器的協(xié)調(diào)控制。

智能控制系統(tǒng)是控制理論發(fā)展的一個(gè)階段，主要用于解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，這些問題難以用傳統(tǒng)的方法解決；智能控制系統(tǒng)特別適合于具有模型不確定性的復(fù)雜控制系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的非線性，需要高度的適應(yīng)性。

智能控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛的應(yīng)用前景，已適應(yīng)人工網(wǎng)絡(luò)控制的快速汽門、人工控制網(wǎng)絡(luò)、ASVG電力制動(dòng)快速綜合控制系統(tǒng)和基于多機(jī)系統(tǒng)（新型靜止無功發(fā)生器）的自主學(xué)習(xí)功能等。

2.FACTS和DFACTS

（1）FACTS概念的提出

這是在電力傳輸和分配的一種先進(jìn)技術(shù)，為了提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的電力系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要，改變傳統(tǒng)的傳輸容量而產(chǎn)生的新技術(shù)——柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）。

所謂“柔性交流輸電系統(tǒng)”的技術(shù)也被稱為“柔性交流輸電系統(tǒng)”，是獨(dú)立或集成系統(tǒng)的重要組成部分，主要應(yīng)用于傳輸系統(tǒng)功能的電力電子裝置，還可以對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)（如電壓、電抗和相位差等）進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使傳輸更可靠和具有更高的效率和更大的可控性。這是一種將控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等多方面技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)中，既提高系統(tǒng)性能的可控性、可靠性和電能質(zhì)量，又能達(dá)到節(jié)能新技術(shù)的要求。

（2）柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的核心裝置ASVC的研究現(xiàn)狀

柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）裝置的一個(gè)共同特點(diǎn)是：電力電子器件基于逆變器的快速切換。

ASVC由兩相逆變器和并聯(lián)電容器等組成。它不僅可以正確的穩(wěn)態(tài)電壓，而且在穩(wěn)定電壓的恢復(fù)期控制電壓的能力是很強(qiáng)的。與傳統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)相比，ASVC控制的范圍大，反應(yīng)速度快，降低機(jī)械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲，因?yàn)锳SVC固態(tài)裝置，所以能穩(wěn)定裝置響應(yīng)的變化情況，因此其控制能力比同步調(diào)相機(jī)要好得多。

（3）DFACTS的研究趨勢(shì)

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和信息化的發(fā)展，電力用戶對(duì)供電質(zhì)量和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行可靠性更加注重，甚至與生活產(chǎn)生越來越密的關(guān)系?？梢哉f在信息時(shí)代對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求。

DFAcTS技術(shù)應(yīng)用于柔性交流技術(shù)的配電系統(tǒng)，它的根據(jù)是Hingorani于1988提出配電網(wǎng)電能質(zhì)量的新概念。其主要內(nèi)容是：對(duì)電能質(zhì)量的各種問題的全面解決方案，使用新的電力電子控制器的配電網(wǎng)和大型商業(yè)用戶端。

3、GPS時(shí)鐘統(tǒng)一生成和基于EMS動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（1）基于GPS統(tǒng)一的新一代EMS

電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控和記錄的電磁瞬態(tài)記錄儀和對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的重點(diǎn)關(guān)注各種故障數(shù)據(jù)采集的主要手段（SCADA）系統(tǒng)。前記錄的數(shù)據(jù)冗余，記錄時(shí)間較短，不同記錄儀缺乏溝通，使整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析是困難的；后者的數(shù)據(jù)刷新間隔時(shí)間較長(zhǎng)，只能用于對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析。他們也有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，在不同的地點(diǎn)之間的一個(gè)共同的準(zhǔn)確的時(shí)間標(biāo)記的記錄數(shù)據(jù)的缺乏，僅部分有效，這是很難分析整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。

（2）基于動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新一代GPS

GPS是基于動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合原有的SCADA系統(tǒng)。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新一代，主要以同步定時(shí)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)相量測(cè)量系統(tǒng)，通信系統(tǒng)和中央信號(hào)處理器是由四部分組成的。利用GPS實(shí)現(xiàn)同步相量測(cè)量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，提供了相位控制的條件。GPS技術(shù)和相量測(cè)量技術(shù)的PMU（相量測(cè)量單元）設(shè)備相結(jié)合，逐步取代了RTU設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓，電流相量測(cè)量（相位和振幅）。對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度的穩(wěn)定/準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展是監(jiān)測(cè)發(fā)展技術(shù)的必然趨勢(shì)。電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制技術(shù)的結(jié)合以GPS技術(shù)的應(yīng)用和相量測(cè)量技術(shù)相結(jié)合為標(biāo)志。

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)面臨著前所未有的改革。智能控制系統(tǒng)和多媒體技術(shù)將很快進(jìn)入電力自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域，信息技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)電力監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和促進(jìn)電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展到一個(gè)完美的水平。

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