计算机技术在电力系统自动化中的应用

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　　摘要：电力系统自动化是现代计算机技术应用的一个重要领域，计算机发展过程中的每一项新技术、新成果都会以最快的速度被电力系统自动化应用，计算机技术的发展推动了电力系统自动化的进程。计算机技术的发展，使电力系统自动化水平不断提高。
　　 关键词：电力系统自动化；计算机
　　 1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。
　　 1.1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。
　　 国家电网调度和大区电网调度控制中心的计算机设备配备比省级电网调度控制中心的规模大，服务器及网络设备容量大，功能性应用软件也有差别。
　　 地区电网调度是指城市供电网的调度，调度功能和调度范围要比大区电网和省级电网小得多，地区电网调度不对发电厂进行控制，主要对供电网内的各级变电站和配电网进行实时监控，保证安全可靠供电。
　　 县级电网调度控制中心设备规模一般要比地区电网调度小，并且工作站、服务器一般选用工业或普通商用PC机。
　　 1.2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。
　　 我国变电站自动化系统从初始研发最终到超高压变电站
　　普及应用总共化了7~8年时间。我国变电站自动化系统20世纪90年代初先在35kV变电站投运试点，继而在110kV变电站投运；1998年前后在220kV变电站推广应用；2000年以后国500kV超高压变电站建设全部采用了变电站自动化系统方案。变电站自动化系统与上一代常规二次设备相比明显具有占地面积小、功能强、可靠性高等优点，很快在电网建设中得到普及。
　　 2当前电力系统自动化依赖IT技术向前发展的重要热点技术
　　 当前电力系统自动化依赖于电子技术、计算机技术继续向前发展的主要热点有：①电力一次设备智能化；②电力一次设备在线状态检测；③光电式电力互感器；④适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置；⑤特高压电网中的二次设备开发。
　　 2.1电力一次设备智能化
　　常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几
　　百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”“、智能化箱式变电站”等。
　　 电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。
　　 2.2电力一次设备在线状态检测
　　 对电力系统一次设备如发电机、汽轮机、变压器、断路器、开关等设备的重要运行参数进行长期连续的在线监测，不仅可以监视设备实时运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，为电力设备由定期检修向状态检修过度提供保障。近年来电力部门投入了很大力量与大学、科研单位合作或引进技术，开展在线状态检测技术研究和实践并取得了一些进展，但由于技术难度大，专业性强，检测环境条件恶劣，要开发出满意的产品还需一定时日。
　　 2.3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。
　　 2.4适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置
　　 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、A/D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。

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