電力系統(tǒng)自動化發(fā)展趨勢及新技術(shù)的應(yīng)用

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[摘要]現(xiàn)代社會對電能供應(yīng)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(yīng)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]電力系統(tǒng)自動化 發(fā)展 應(yīng)用  　　  　　一、電力系統(tǒng)自動化總的發(fā)展趨勢  　　1.當今電力系統(tǒng)的自動控制技術(shù)正趨向于:  　　(1)在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展。  　　(2)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。  　　(3)在理論工具上越來越多地借助于現(xiàn)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(yīng)用。  　　(5)在研究人員的構(gòu)成上益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。  　　2.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(wù)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(yīng)用。  　　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。  　　二、具有變革性重要影響的三項新技術(shù)  　　1.電力系統(tǒng)的智能控制  　　電力系統(tǒng)的控制研究與應(yīng)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)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)。  　　(2)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。  　　(3)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。  　　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(fù)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(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。  　　智能控制在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景,其具體應(yīng)用有快關(guān)汽門的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)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。 2.FACTS和DFACTS  　　(1)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(yīng)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)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(fù)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(yīng)速度快,不會發(fā)生響應(yīng)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)也能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化,因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機。  　　(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(yīng)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。  　　3.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)  　　(1)基于GPS統(tǒng)一時鐘的新一代EMS  　　目前應(yīng)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。  　　(2)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)。  　　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。  　　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。