淺談電力系統(tǒng)自動化應用研究趨勢

張明哲

【摘 要】現(xiàn)代社會對電能供應的“安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)”等各項指標的要求越來越高，相應地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動化提出更高的要求。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)不斷地由低到高、由局部到整體發(fā)展，本文對此進行了詳細的闡述。

【關(guān)鍵詞】發(fā)展；電力系統(tǒng)自動化；應用

1.電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢

1.1整個電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展則趨向于

（1）由開環(huán)監(jiān)測向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加到AGC（自動發(fā)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(tǒng)）到DMS（配電管理系統(tǒng)）。

（3）由單個元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如SCADA（監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集）的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展。

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

（5）裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護技術(shù)的演變。

（6）追求的目標向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵磁控制、潮流控制。

（7）由以提高運行的安全、經(jīng)濟、效率為完成向管理、服務的自動化擴展，例如MIS（管理信息系統(tǒng)）在電力系統(tǒng)中的應用。

1.2當今電力系統(tǒng)的自動控制技術(shù)正趨向于

（1）在理論工具上越來越多地借助于現(xiàn)代控制理論。

（2）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。

（3）在研究人員的構(gòu)成上益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。

（4）在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。

（5）在設(shè)計分析上日益要求面對多機系統(tǒng)模型來處理問題。

近20年來，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已成為一個計算機（Computer）、控制（Control）、通信（Communication）和電力裝備及電力電子（Power System Equiqments and Power Electronics）的統(tǒng)一體，簡稱為“CCCP”。其內(nèi)涵不斷深入，外延不斷擴展。電力系統(tǒng)自動化處理的信息量越來越大，考慮的因素越來越多，直接可觀可測的范圍越來越廣，能夠閉環(huán)控制的對象越來越豐富。

2.電力系統(tǒng)的變革技術(shù)

2.1 FACTS和DFACTS

2.1.1 FACTS的核心裝置之一——ASVC的研究現(xiàn)狀

各種FACTS裝置的共同特點是：基于大功率電力電子器件的快速開關(guān)作用和所組成逆變器的逆變作用。ASVC是包含了FACTS裝置的各種核心技術(shù)且結(jié)構(gòu)比較簡單的一種新型靜止無功發(fā)生器。

ASVC由二相逆變器和并聯(lián)電容器構(gòu)成，其輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。它不僅可校正穩(wěn)態(tài)運行電壓，而且可以在故障后的恢復期間穩(wěn)定電壓，因此對電網(wǎng)電壓的控制能力很強。與旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機相比，ASVC的調(diào)節(jié)范圍大，反應速度快，不會發(fā)生響應遲緩，沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備的機械慣性、機械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲，并且因為ASVC是一種固態(tài)裝置，所以能響應網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)也能響應穩(wěn)態(tài)變化，因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機。

2.1.2 FACTS概念的提出

在電力系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要先進的輸配電技術(shù)來提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性的時候，一種改變傳統(tǒng)輸電能力的新技術(shù)——柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)悄然興起。

所謂“柔性交流輸電系統(tǒng)”技術(shù)又稱“靈活交流輸電系統(tǒng)”技術(shù)簡稱FACTS，就是在輸電系統(tǒng)的重要部位，采用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)（如電壓、相位差、電抗等）進行調(diào)整控制，使輸電更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將電力電子技術(shù)、微機處理技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)應用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可靠性、可控性、運行性能和電能質(zhì)量，并可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。

2.1.3 DFACTS的研究態(tài)勢

隨著高科技產(chǎn)業(yè)和信息化的發(fā)展，電力用戶對供電質(zhì)量和可靠性越來越敏感，電器設(shè)備的正常運行甚至使用壽命也與之越來越息息相關(guān)?？梢哉f，信息時代對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。

DFACTS是指應用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)，它是Hingorani于1988年針對配電網(wǎng)中供電質(zhì)量提出的新概念。其主要內(nèi)容是：對供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。

2.2基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS和動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)

基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是新動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)與原有SCADA的結(jié)合。電力系統(tǒng)新一代動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)，主要由同步定時系統(tǒng)，動態(tài)相量測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號處理機四部分組成。采用GPS實現(xiàn)的同步相量測量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，為相量控制提供了實現(xiàn)的條件。GPS技術(shù)與相量測量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物——PMU（相量測量單元）設(shè)備，正逐步取代RTU設(shè)備實現(xiàn)電壓、電流相量測量（相角和幅值）。

2.2.2基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS

目前應用的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。前者記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統(tǒng)整體動態(tài)特性分析困難；后者數(shù)據(jù)刷新間隔較長，只能用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。兩者還具有一個共同的不足，即不同地點之間缺乏準確的共同時間標記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對全系統(tǒng)動態(tài)行為的分析。 電力系統(tǒng)調(diào)度監(jiān)測從穩(wěn)態(tài)/準穩(wěn)態(tài)監(jiān)測向動態(tài)監(jiān)測發(fā)展是必然趨勢。GPS技術(shù)和相量測量技術(shù)的結(jié)合標志著電力系統(tǒng)動態(tài)安全監(jiān)測和實時控制時代的來臨。

2.3電力系統(tǒng)的智能控制

電力系統(tǒng)的控制研究與應用在過去的40多年中大體上可分為三個階段：基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制階段；線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制階段；智能控制階段。電力系統(tǒng)控制面臨的主要技術(shù)困難有：

（1）不僅需要本地不同控制器間協(xié)調(diào)，也需要異地不同控制器間協(xié)調(diào)控制。

（2）電力系統(tǒng)是一個具有強非線性的、變參數(shù)（包含多種隨機和不確定因素的、多種運行方式和故障方式并存）的動態(tài)大系統(tǒng)。

（3）具有多目標尋優(yōu)和在多種運行方式及故障方式下的魯棒性要求。

智能控制是當今控制理論發(fā)展的新的階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制問題；特別適于那些具有模型不確定性、具有強非線性、要求高度適應性的復雜系統(tǒng)。

智能控制在電力系統(tǒng)工程應用方面具有非常廣闊的前景，其具體應用有快關(guān)汽門的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適應控制，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵磁、電掣動、快關(guān)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多機系統(tǒng)中的ASVG（新型靜止無功發(fā)生器）的自學習功能等。

隨著計算機技術(shù)，控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進入電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，而信息技術(shù)的發(fā)展，不僅會推動電力系統(tǒng)監(jiān)測的發(fā)展，也會推動電力系統(tǒng)控制向更高水平發(fā)展。