電氣自動化在電力系統中的應用
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摘要：電網調度自動化是電力系統自動化的主要組成部分。伴隨著科技的進步與社會的發展，自動化技術作為一門綜合性技術，它在電力系統中起到的作用越來越顯著。文章就其在電力系統中的應用與發展進行了闡述和簡單的探討。
關鍵詞：電力系統;自動化技術;應用
自動化技術作為一門綜合性技術，它和控制論、信息論系統工程、計算機技術、電子學、液壓氣壓技術、自動控制等都有著十分密切的關系。電力系統綜合自動化采用的是分層控制的操作的方式，即在調度所、控制所和發電廠、變電站的各組織分層間，按所管轄功能范圍分擔和綜合協調控制功能。以達到系統合理經濟可靠運行目的的控制系統。
一 電力系統自動化技術
1.電網調度自動化 。
電網調度自動化系統，其基本結構包括控制中心、主站系統、廠站端(RTU)和信息通道四大部分。根據所完成功能的不同，可以將此系統劃分為信息采集和執行子系統、信息傳輸子系統、信息處理子系統和人機聯系子系統。主要包括：數據采集和控制(SCADA)、發電自動控制(AGC)、經濟調度運行(EDC)、電網靜態安全分析(SA)以及調度員培訓模擬(DTS)在內的能量管理系統。電網調度自動化的主要功能是電力生產過程實時數據采集與監控電網運行安全分析、電力系統狀態估計、電力負荷予測、自動發電控制(省級電網以上)、自動經濟調度(省級電網以上)并適應電力市場運營的需求等。
縣級電網調度控制中心設備規模一般要比地區電網調度小，并且工作站、服務器一般選用工業或普通商用 PC機。
地區電網調度是指城市供電網的調度，調度功能和調度范圍要比大區電網和省級電網小得多，地區電網調度不對發電廠進行控制，主要對供電網內的各級變電站和配電網進行實時監控，保證安全可靠供電。
國家電網調度和大區電網調度控制中心的計算機設備配備比省級電網調度控制中心的規模大，服務器及網絡設備容量大，功能性應用軟件也有差別。
2.變電站自動化 。
電力系統中變電站與輸配電線路是聯系發電廠與電力用戶的主要環節。變電站自動化的目的是取代人工監視和電話人工操作，提高工作效率，擴大對變電站的監控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內容就是對站內運行的電氣設備進行全方位的監視和有效控制，其特點是全微機化的裝置替代各種常規電磁式設備;二次設備數字化、網絡化、集成化，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜;操作監視實現計算機屏幕化;運行管理、記錄統計實現自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務外還作為電網調度自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產現代化的一個重要環節。
3.發電廠分散測控系統 (DCS) 。
發電廠分散控制系統(DCS)一般采用分層分布式結構，由過程控制單元(PCU)、運行員工作站(OS)、工程師工作站(ES)和冗余的高速數據通訊網絡(以太網)組成。
過程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能l/O模件組成。MCU模件通過冗余的l/O總線與智能l/O模件通訊。PCU直接面向生產過程，接受現場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關量、脈沖量等信號，經運算處理后進行運行參數、設備狀態的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅動執行機構，完成生產過程的監測、控制和聯鎖保護等功能。
運行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發來的信息和向PCU發出指令，為運行操作人員提供監視和控制機組運行的手段。工程師工作站為維護工程師提供系統組態設置和修改、系統診斷和維護等手段。
二 電力系統自動化的發展
1.電力一次設備智能化 。
常規電力一次設備和二次設備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設備智能化是指一次設備結構設計時考慮將常規二次設備的部分或全部功能就地實現，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設備自帶測量和保護功能。如常見的"智能化開關"、"智能化開關柜"、"智能化箱式變電站"等。
2.電力一次設備在線狀態檢測 。
對電力系統一次設備如發電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關等設備的重要運行參數進行長期連續的在線監測，不僅可以監視設備實時運行狀態，而且還能分析各種重要參數的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設備的維修保養周期，提高設備的利用率，為電力設備由定期檢修向狀態檢修過度提供保障。
3.光電式電力互感器 。
電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設備，其作用是按一定比例關系將輸電線路上的高電壓和大電流數值降到可以用儀表直接測量的標準數值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設備體積和質量也越大;信號動態范圍小，導致電流互感器會出現飽和現象，或發生信號畸變;互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設備接口。因此不少發達國家已經成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協會已發布了電子式電壓、電流互感器的標準。國內也有大專院校和科研單位正在加緊研發并取得了可喜成果。
目前主要問題是材料隨溫度系數的影響而使穩定性不夠理想。另一關鍵技術是，光電互感器輸出的信號比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉換為數字信號后通過光纖接口送出，模數轉換、光電轉換等電子電路部分在結構上需要與互感器進行一體化設計。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環境條件 、電子電路的供電電源同樣是技術難點之一。
4.適應光電互感器技術的新型繼電保護及測控裝置 。
電力系統采用光電互感器技術后，與之相關的二次設備，如測控設備，繼電保等裝置的結構與內部功能將發生很大的變化。首先省去了裝置內部的隔離互感器、A/D轉換電路及部分信號處理電路，從而提高了裝置的響應速度。但需要解決的重要關鍵技術是為滿足數值計算需要對相關的來自不同互感器的數據如何實現同步采樣，其次是高效快速的數據交換通信協議的設計。
自動化技術在電力系統中的應用越來越廣泛而深入，這也使電網管理方式產生翻天覆地的變化，新技術新理論的應用使一些概念不斷被更新和修正，傳統的技術界線逐漸模糊，各種原來看似不相關聯的技術會彼此融合和滲透，這些推動著電力自動化系統的不斷發展和變化。
參考文獻
[1] 李帆.自動化技術在電力系統中應用淺探.電力與能源，2010.21.
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