电力系统自动化在我国的应用及前景

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　　【摘要】自电子计算机问世后，自动化和智能化一直是人们探究的核心，诚然，自动化也极大便利了人们的生活。随着电力系统装机容量和供电区域的不断扩大，电力系统的结构和运行方式越来越复杂而多变，同时对电能质量、供电可靠性和运行经济性的要求也越来越高，电力系统自动化不断创新，不断揉合新的科技，有着巨大的发展前景。
　　 【关键词】电力系统；自动化；前景；应用
　　引言
　　 电力系统及其自动化的发展推动着该领域其他衍生技术向更高水平、更广领域发展。随着全国联网、西电东送大格局的形成，以及网络安全要求的提出，计算机技术、仿真技术的不断发展，相关国际标准的逐渐完善，电力系统自动化的发展逐渐步入正轨，许多新的科技不断融入电力系统自动化技术。
　　一、电力系统自动化技术概述
　　 电力系统由发电、输电、变电、配电及用电等环节组成。通常将发电机、变压器、开关、及输电线路等设备称作电力系统的一次设备，为了保证电力一次设备安全、稳定、可靠运行和电力生产以比较经济的方式运行，就需要对一次设备进行在线测控、保护、调度控制等。电力系统中将这些测控装置，保护装置，有关通信设备，各级电网调度控制中心的计算机系统，(火)电厂、(水、核能、风能)电站及变电站的计算机监控系统等统称为电力系统的二次设备，其涵盖了电力系统自动化的主要技术内容。
　　（一）电网调度自动化
　　 电网调度自动化是电力系统自动化的主要组成部分，我国目前电网调度自动化分为五级，即国家电网调度、大区电网调度、省级电网调度、地区电网调度和县级电网调度。
　　 电网调度自动化主要组成部分由电网调度控制中心的计算机网络系统、工作站、服务器、大屏蔽显示器、打印设备、通过电力系统专用广域网连结的下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂、变电站终端设备(如测量控制等装置)等构成。电网调度自动化的主要功能是电力生产过程实时数据采集与监控电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制(省级电网以上)、自动经济调度(省级电网以上)并适应电力市场运营的需求等。
　　 （二）变电站自动化
　　 电力系统中变电站与输配电线路是联系发电厂与电力用户的主要环节。变电站自动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电磁式设备；二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆；操作监视实现计算机屏幕化；运行管理、记录统计实现自动化。变电站自动化除了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。
　　 随着我国经济的高速发展，电力系统自动化的应用越来越广泛，电力系统是一个巨维数的典型动态大系统，它具有非线性、时变性且参数不确切可知，并含有大量未建模动态部分。电力系统地域分布广阔，大部分元件具有延迟、磁滞、饱和等等复杂的物理特性，对这样的系统实现有效控制是极为困难的。随着社会生产的不断发展，人们对电力系统的控制提出了越来越高的要求。正是由于电力系统具有这样的特征，一些先进的控制手段不断地引入电力系统，有着良好的发展前景。
　　二、陆续被引入电力系统的前沿技术推动了电力系统自动化的迅猛发展
　　 （一）配电自动化系统
　　配电系统是连接用户和供电部门的纽带，因而其规则管理对于整个电力系统的安全、经济、高效运行是至关重要的。配电网覆盖区域较大，配电设施、地下管线及相应设施等工程数据无不与其地理位置有关，均具有在空间上的分布特性。因此，国内电力地理信息系统技术在配电系统应用较为广泛。
　　该系统具有以下特点：①集成功能服务。地理信息系统技术服务器通过网桥和实时服务器相连，接收实时数据，并将其送给地理信息系统技术客户机；实时服务器接收电网结构和更新信息，保证数据采集与监视控制系统中电网模型的准确性；系统避行控制参数则作为数据采集与监视控制系统与地理信息系统技术的握手信息，保证数据采集与监视控制系统工作站与一台地理信息系统技术工作站以紧藕合方式联动运行。②安全隔离、提高效率。通过网桥将配电网地理信息系统技术网与实时网隔离，在保证实现两网之间的实时数据、电网结构信息(含拓扑及参数)、地理信息系统技术运行控制参数等能够有效交换传送送前提下安全隔离。③功能完备。系统不仅完成FM和AM等功能，还实现配电圈调度、监视控制、网络拓扑分析、短路电流计算、潮流计算、短期负荷预测、凭功优化等多项功能；数据采集与监视控制系统系统除共有传统监控和数据采集功能外，还配备适用于配电网的网络动态着色、追踪着色、故障定位、隔离及负荷转移等功能。④Web服务。Web服务器向MIS网工作站提供服务，用户可使用浏整器实现查询。该系统的实现显示国内电力地理信息系统技术应用已经向资源整合、功能复用的方向发展，基本上与国际电力地理信息系统技术发展趋势同步。
　　（二）空间资源管理系统
　　 电力企业从发电、输电、配电到用电等任何一个环节，都表现出空间性、复杂性等特点。这些特点不但体现在电力企业得空间没备管理上，还体现在最终客户和电力生产和运营管理上。因此，如何有效管理电力企业的这些复杂的空间资源，是电力企业生产管理和运营管理人员面临的挑战。电力企业在管理上还存在条块性和集中性的矛盾，因此要准确、全面、及时地掌握电力企业各种资源的信息，没有有效的管理手段和方法，是十分困难甚至是不可能的。随着现代管理研究的不断深入和现代管理技术的不断进步，空闻资源规划(SRP)将在电力企业得到广泛、深入的应用，并将为电力企业的管理和决策发挥极其重要的作用。SRP是一套针对动态行业的系统，是传统的地理信息系统和企业资源规划(ERP)系统的有机结合和延伸。电力企业SRP作为一种先进、全局、战略性的理念和方法，将是未来电力企业设计各种应用方案的重要指导思想和原则，而作为SRP基础的A M／FM／GIS，在其实施的全过程中，只有充分尊重这一思想和原则，才能适应电力企业的不断发展。
　　 （三）电子技术、计算机技术的发展不断推动电力系统自动化进步
　　 国产的工业计算机和引进的PC机技术为电力系统调度自动化、电厂监控系统、变电站综合自动化奠定了基础。开发的应用软件可以实现电力系统实时数据采集、汇总、分类、分析、存档、显示、打印、报警、完成操作控制等任务。
　　 这一时期自动化存在的主要问题是系统结构、功能、通信协议等方面缺乏工业标准，不同厂家的设备不能互连；计算机与各设备的通信一般为星形点对点连结，主要采用低速率的串／并行口通信方式，系统实时性不太好，设备配置的灵活性也较差。
　　 最近几年以来，各种嵌入式产品的出现，例如嵌入式高性能微处理器、嵌入式计算机、嵌入式操作系统、嵌入式以太网等产品使电力系统中的装置类设备如测量控制设备、继电保护装置、数据通信控制器等得以再次更新换代，装置的硬件电路和应用程序结构简化，产品性能大大提高，装置信息处理速度更快，功耗更低，功能扩展能力更强。
　　（四）前电力系统自动化依赖IT技术向前发展的重要热点技术
　　 光电式电力互感器。电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大：信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变；互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。因此不少发达国家已经成功研究出新型光电式和电子式互感器，国际电工协会已发布了电子式电压、电流互感器的标准。国内也有大专院校和科研单位正在加紧研发并取得了可喜成果。目前主要问题是材料随温度系数的影响而使稳定性不够理想。另一关键技术是，光电互感器输出的信号比电磁式互感器输出的信号要小得多，一般是毫安级水平，不能像电磁式互感器那样可以通过较长的电缆线送给测控和保护装置，需要在就地转换为数字信号后通过光纤接口送出，模数转换、光电转换等电子电路部分在结构上需要与互感器进行一体化设计。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。
　　 电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生很大的变化。首先省去了装置内部的隔离互感器、AID转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。
　　 未来信息系统将朝着智能化的方向发展。目前在多媒体中出现一种被称为赛博空间(Cyberspace)的概念，它以计算机技术、现代通信技术、网络技术、虚拟现实技术的综合应用为基础，构造出一种人们进行社会交往和交流的新型空间，是一个人工世界。科学家预言，未来的人们将在赛博空间中的信息海洋中生活，从一个节点到另一个节点，从一个信息源到另一个信息源，进行信息交流和信息创造，实现相互之间的通信、贸易和科教活动。计算机软件技术正在进一步发展到软件的智能体。软件智能体(Agent)是软件设计迸一步抽象的结果，是适应广泛的分布式网络计算环境而发展起来的软件技术方向。作为软件智能体的一种，空间智能化处于分布式网络计算环境中，感知并作用于这一环境，以各种不同的形式出现，实现空间数据的智能获取、处理、存储、搜索、表现以及决策支持。这种空间智能体拥有两种非常重要的能力：①利用空间知识进行推理；②可生存进化。
　　结束语
　　由于人们的不懈努力，新方法、新技术定会层出不穷，随着智能自动化技术的迅猛发展，我们应该借鉴控制领域的新理论，发展其在电力系统控制与运行中的应用，促进电力系统综合自动化的智能水平，同时在实践中继续发展智能控制理论。
　　参考文献
　　【1】唐亮．智能技术应用．硅谷．2008年第2期
　　【2】张风祥．电力系统自动化．中国电力工业与电力系统自动化2007
　　【3】刘广，王明俊，予尔镬．配电系统自动化及其发展(五)，2010
　　【4】姚建国，杨胜春，高宗和等．电力调度自动化系统发展趋势展望[J]．电力系统自动化。2007
　　
　　

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