淺談電力系統自動化的發展趨勢

李永君

（佛山市南海輝城電力電器安裝有限公司，廣東 佛山 528231）

中國目前電力需求缺口巨大。如何采用先進管理方法與模式對電力系統實行全行業遙控、遙測、遙調、遙信和遙視已經成為了確保電力系統高效、安全、可持續運營的重大課題，就目前發展趨勢來看，隨著電網不斷的發展，電網的運行和管理需求在不斷地變化，要保證電力生產的安全有序進行，有必要進一步地將電力系統的自動化控制技術不斷地應用到我國電力系統當中，以促進我國電力系統的良性健康發展。

1 電力系統自動化內涵

電力系統一般由發電、輸電、變電以及用電等幾個環節鏈接而成，每個鏈結處都有其控制系統。電力系統的自動化不僅對電力供應能否穩定、安全、可持續舉足輕重，而且可以減少電力系統工作人數，降低勞動強度，減少事故發生率，增長設備使用壽命，提高設備性能，電力網絡管理和維修快速便捷。最重要的是電力系統自動化可以有效防止電力系統出現事故的時候出現大面積停電等連鎖重大事故，保障經濟運行穩定可靠的電力支持，意義長遠而深刻。電力系統自動化的特點主要是：電力系統是動態系統，且具有模型不確定性和強非線性；電力系統要求高度適應性；電力系統自動化中難以控制的不確定因素和隨即因素較多。電力系統自動化技術難點主要包括有：電力系統自動化中多目標尋優以及多運行方式故障下要求魯棒性；電力系統環節較多，單一鏈結處的控制需要本鏈結和其他鏈接的協調合作。

電力系統自動化技術分別應用于電網調度系統、配電網絡系統和變電系統。電網調度系統的自動化技術主要應用為電荷預報、發電計劃、網絡拓撲分析、電力系統狀態評估、暫態靜態安全分析、自控發電等功能。配電系統的光纜通信促進了內部信息交流，提高了控制實時、穩定、高效、可靠等性能。變電系統自動化技術可以從供電線路中采集電流、電壓、電抗等實時參數，通過主控端分析，遙控供電設備進行調整，滿足客戶用電需求，保證供電質量。同時，可以分析用電需求趨勢，預測潮流，更好地進行電力調配。

2 電力系統自動化發展現狀

電力系統自動化技術發展呈現以下特點：自動控制技術是多領域技術為基礎的集成，包括信息技術、控制技術、電子力學、計算機技術、網絡技術等，各技術間的配合效率日漸高漲；數據分析傾向于多機系統模型；現代控制理論為理論指導；自動化技術人員自身素質水平提高，構成上需要“多兵種聯合作戰”；自動化控制系統傾向于最優化智能化建設。電力系統自動化呈現出向圖像化、分布化、遠程化方向發展的趨勢。通信技術的更新和計算機技術的發展，使得電力系統傳統的信息處理方式開始轉向電力系統信息數據圖形化處理，有利于電力系統的監控、調度人員及領導通過圖像對系統實時信息及變化趨勢進行直觀了解。傳統的電力系統硬件平臺以計算機為主，設計方式靈動性不強，成本高，體積大，能耗大，現階段，跟隨電子信息技術和網絡技術的發展，電力系統終端設備開始網絡化、小型化和智能化，電力系統自動化開始傾向于最優化、協調化、智能化。

電力系統整體發展趨向則表現為：（1）電力系統管理理念有提升經濟價值轉向提高自動化服務水平，加強實際效用；（2）開環監測向閉環控制發展；電力傳輸呈低壓化，由EMS（能量管理系統）轉向DMS（配電管理系統）；（3）逐步發展監測控制與數據采集和區域穩定控制，越來越專注整體安全；（4）多功能、一體化傾向發展；（5）裝置效能數字化、快速化、靈活化發展。

3 變革性自動化技術的運用與發展趨向

電力系統的智能控制經歷了基于傳遞函數的單輸入和單輸出控制、線性最優解和非線性控制以及多級系統協調、智能控制等階段。

電力系統結構復雜有序，眾單元部件涵蓋了繼電器、發電單元、輸電設施、配電線路、用戶負荷等，管理人員需要進行復雜的工程計算和處理非線性優化問題，工作量大而效率低，有些復雜度高的問題更是無法通過模型建立與數據分析解決。智能控制系統通過集成現代化設備、控制中心設備以及職能儀表，促使形成多視角全方位數字一體化的科學規范控制與通訊，彌補了傳統單純依賴數學方法解決的不足。

FACTS（柔性交流輸電系統）核心裝置應用于電力系統，將電力電子技術、微機處理技術、控制技術等應用于輸電系統，使其具備較高的分享性、開放性、智能性和繼承性，其面向對象數據庫，融合了權限管理以及數據分析的優勢，提高了數據庫的安全可靠性，實現有效自動化監控與控制。各種FACTS裝置的共同特點是：大功率電力電子器件對其具有快速開關的作用，并且對所組成逆變器具有逆變作用。其基本原理是基于電力系統整體系統參數如電壓、相位差、電抗等的控制，是供應電量不超出電力的熱穩定安全極限，禁止無功補償器和可串聯電容補償器等，保障系統暫態和輸送量的穩定，且轉換系統功率以恒定輸電電壓，保障線路運行安全。FACTS核心裝置之一—AVSC包含了FACTS裝置的各種核心技術，是一種新型靜止無功發生器，由二項逆變器和并聯電容器組成，結構比較簡單，是一種固態裝置，能夠使輸出的三相交流電壓與所接電網的三相電壓同步。其功能是校正電壓穩態運行，故障后恢復期間穩定電壓，不僅能響應暫態變化，還能響應穩態變化，比同步調相機性能更優。由FACTS技術派生而來的DFACTS技術即用于配電系統中的靈活交流技術中DvR設置使得電力系統電壓故障時，在一毫秒的時間內迅速輸入正常電壓與故障電壓差值，從而維護輸電電壓的穩定，大大延長了了電器設備的使用壽命，保障了客戶對供電可靠性和質量的需求。

基于GPS統一時鐘和EMS技術的動態安全監控系統，運用衛星傳遞數據，結合EMS系統信息，靜態動態結合，在線離線并舉，在線研究缺乏，則轉化離線研究結果能為在線監視員和調度員能確認的注入無功儲備，傳輸功率等穩定指標，實現動態監控，同時能夠全面檢測電氣設備，及時發現潛藏故障，防患未然。其監測電力系統的手段主要有兩個方面：（1）記錄電磁暫態過程各種故障錄波儀，（2）對系統穩態的監視控制與數據采集。GPS技術結合相量測量技術產生了PMU（相量測量單元）設備，漸漸取代RTU設備，實現相量測量電壓電流，調度監測由過去的穩態或準穩態監測逐步趨向動態監測。

雖然FACTS以及DFACTS等技術與控制技術集成在電力系統運用取得了較大的成果，但是基于GPS時鐘的EMS動態安全監控系統的不斷深入探究，更多的電力系統自動化技術會陸續出現，不斷提升電力系統自動化的發展水平。

電力系統自動化應用包括強電系統管理自動化、電網系統管理自動化、電氣技術管理智能化。其工作流程是中央計算機根據電網調度管理規程統一控制各鏈接安裝了可以通過模擬信號驅動的電力裝置控制系統的電廠或變電站的某些程序自動化運行；中央計算機可以獲得任一設備的當前狀態，并且進行遙控；各供電所和變電站內部集中控制，而供電局統一控制各供電所和變電站。

隨著社會生活水平的提高與科學技術的進步，人們的生活越來越離不開電力系統的支持，對電力設備的穩定運行要求更高，因此，必須采取有效措施減少供電故障，確保電力系統可靠運作。遠程信息實時監控及維護系統，其較高的拓展性與實時性實現了對各鏈接遠程信息的實時監控，綜合調度，精益分配，大大提高了經濟效益，同時利用衛星機繼電保護裝置提高了電網的穩定性與安全性。

電力系統未來發展趨勢主要集中于以下幾個方面：（1）電力自動化功能分層。電力自動化的發展與通信技術和網絡技術密切相關，功能下放、分級分層、應急應變是基本原則，主站、子站以及饋線有機聯系要統籌安排。（2）電力自動化安全保護。廣大電力用戶供電質量需求越來越高，依賴性增強，因此供電質量與安全成為首要考慮因素，重點圍繞配電網絡饋線方面安全保護展開，解決故障第一時間分離、排除、恢復。（3）電力自動化電能質量保證。顯而易見，未來用戶對于用電電能質量要求將逐步提高，需要電力自動化系統深入研究并積極采取最新技術?？煽匦?、可計算性、穩定性、可靠性等優勢將成為電力自動化熱點。

結語

電力系統自動化的運用在滿足社會用電需求的同時，有效提高了供電企業的經濟效益?，F階段，要想在激烈的市場競爭中擁有一席之地，就必須通過各種形式和方法，結合新知識和技術，切實做好資源投入，進一步強化電力系統自動化，推動我國電力事業的不斷進步，為高品質社會生活保駕護航。

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