我国电力系统自动化在发电厂

1、我国电力系统自动化在发电厂、变电站、高压网络、电力调度等方面都有较好的发展和应用，但是在配电网络方面还较为滞后，这是由于我国电力建设资金短缺，长期以来侧重电源和大电网建设的缘故，使配电网络技术发展受到严重的影响。设备落后、不安全的因素较多等状况，造成了配电网用电质量及供电可靠性方面较难满足要求。近几年来，随着电力事业的发展，各种新电器广泛应用于生活、生产，给人类带来了巨大的便利，但同时，也使人类社会对电的依赖日益加深。电力作为一种商品进入市场，配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。国家电力公司为规范电力公司的运作，真正体现服务人民的企业宗旨，对电能质量提出了较高的要求，尤其对供电可靠性制定了明文规定：一般城市地区为 99.96%，使每户年平均停电时间不大于 3.5h；重要城市中心区应达 99.99%，每户年平均停电时间不大于 53min。对照这一标准，我们还有很大差距。因此加快配电网自动化的建设与应用，是提高配电网供电可靠性的一个关键环节，也是实现上述目标的重要内容。 城市配电自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压器进行监控和协调，既要有实现 FTU 的三

2、遥功能，又要具备对故障的识别和控制功能，从而配合配电自动化主站实现城区配电网运行中的工况监测、网络重构、优化运行。由此，配电自动化的系统结构应当是一个分层、分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计。按照一个城区全部实施设计，系统必须将变电站级作为一个完整的通信、控制分层；系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层。 一、配电自动化实施目的 配电自动化在我国的兴起主要是缘于城网改造工程。长期以来配电网建设不受重视，结构薄弱，供配电能力低。国家出台的城网改造政策，提出要积极稳步推进配电自动化。配电自动化实现的目标可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不间断优质供电；提高城乡电力网整体供电能力；实现配电管理自动化，对多项管理过程提供信息支持，改善服务；提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗，实现配电网经济运行；提高劳动生产率及服务质量，为电力市场改革打下良好的技术基础。二、配电自动化的实施原则 配电自动化是整个电力系统与分散的用户直接相连的部分，电力作为商品的属性也集中体现在配电网这一层上，配点网自动化应面向用户

3、并适应经济发展水平。日本在 20 世纪80 年代，已完成了计算机系统与配电设备结合的配电自动化系统，主要城市的配电网络上投入运行，使得电网供电可靠性得到显著的提高，日本 19961997 年度平均每户停电 0.1次，每次平均 8 min，可靠性居全球之首。 1998 年我国投巨资进行城乡电网改造。由于我国对电力是国家垄断经营，尚未真正实现电力市场化，各地发展很不平衡，因此配电自动化系统实施的目的必须适应终端用户的需求，而这种需求会因不同用户、因地、因行业而异随时变化。如果全面的实施配电自动化，应综合考虑，对于提高供电可靠性，应将它看作一个长期的市场行为。供电可靠性的提高是一个受多种因素制约、用多种手段有效协作后的结果，尤其依赖于系统管理水平的提高。故应将改造的重点转为采用各种综合手段提高供电质量，如采用不停电施工减少计划停电；开发应用配电自动化设备，实现远方监视、控制、协调，消除操作中人为因素可能导致的错误。供电企业在实施配电自动化时，也应首先研究客户长期的、变化的、潜在的需求，按现代的营销模式做市场调查、顾客群细分等，将配电自动化的实施同时作为整个电力营销策略中的环节之一；其次，量力

4、而行，综合企业内已有的线路网络水平、调度自动化和变电站（开闭所）自动化水平、人员素质，制定实施的进度和规模。三、配电网自动化模式方案 （一）变电站主断路器与馈线断路器配合方案 由变电站出线保护开关和馈线开关相配合，并由两个电源形成环网供电方案。也就是 说优化配网结构，推行配电网“手拉手”，变电站出线保护开关具有多次重合功能，重合命 令由微机控制，线路开关具有自动操作和遥控操作功能，通信及开关具有自动操作和遥控 操作功能，通信及远动装置，事故信息、监控系统由微机一次完成。设备与线路故障由主 站系统判断，确认故障范围后，发令使故障段开关断开。 （二）自动重合器方案 此方案是将两电源连接的环网分成有限段数，每段线路由相邻的两侧重合器作保护。 故障时，由上一级重合器开断故障，尽可能避免由变电站断路器行分合。当任一段故障时， 应使故障段两端重合器分断，对故障进行隔离，线路分支线故障由重合器与分断器动作次 数相配合来切除。 （三）自动重合分段器方案 每段事故由自动重合分段器根据关合故障时间来判断。此方案在时间设置上，应保证 变电站内断路器跳开后，线路断路器再延时断开。然后站内断路器进行重合，保证从

5、电源 侧向负荷侧送电，当再次合上故障点时，站内断路器再次跳开，同时故障点两侧线路断路 器将故障段锁定断开，确保再次送电成功。 （四）馈线自动化模式 1、就地控制模式，即利用重合器加分断器的方式实现。 2、计算机集中监控模式，即设立控制中心，馈线上各个自动终端采集的信息通过一定 的通信通道远传回主站。在有故障的情况下，由主站根据采集的故障信息进行分析判断， 切除故障段并实施恢复供电的方案。 3、就地与远方监控混合模式，采用断路器（重合器） ，智能型负荷开关，并且各自动 化开关具有远方通信能力。这种方案可以及时、准确地切除故障，恢复非故障段供电，同 时还可以接受远方监控，配电网高度可以积极参与网络优化调整和非正常方式下的集中控 制。 一、电力系统自动化总的发展趋势 1.当今电力系统的自动控制技术正趋向于: (1)在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区域化发展。 (2)在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。 (3)在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。 (4)在控制手段上日益增多了微机、电力器件和远程通信的应用。 (5)在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战

6、。 2.整个电力系统自动化的发展则趋向于: (1)由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到 AGC(自动发电控制)。 (2)由高电压等级向低电压扩展,例如从 EMS(能量管理系统)到 DMS(配电管理系统)。 (3)由单个元件向部分区域及全系统发展,例如 SCADA(监测控制与数据采集)的发展和 区域稳定控制的发展。 (4)由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。 (5)装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。 (6)追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。 (7)由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如 MIS(管 理信息系统)在电力系统中的应用。 近 20 年来,随着机技术、通信技术、控制技术的发展,现代电力系统已成为一个计算机 (Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和电力装备及电力电子(Power System Equiqments and Power Electronics)的统一体,简称为“CCCP”。其内涵不断深入,外延不断扩展。 电力

7、系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能 够闭环控制的对象越来越丰富。 二、具有变革性重要影响的三项新技术 1.电力系统的智能控制 电力系统的控制研究与应用在过去的 40 多年中大体上可分为三个阶段:基于传递函数 的单输入、单输出控制阶段;线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段;智能控 制阶段。电力系统控制面临的主要技术困难有: (1)电力系统是一个具有强非线性的、变参数(包含多种随机和不确定因素的、多种运行 方式和故障方式并存)的动态大系统。 (2)具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求。 (3)不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间协调控制。 智能控制是当今控制理论发展的新的阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复 杂系统的控制问题;特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复 杂系统。 智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景,其具体应用有快关汽门的人工 神经适应控制,基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构,多机系统中的 ASVG(新型静止无功发生器)的自学

8、习功 2.FACTS 和 DFACTS (1)FACTS 概念的提出 在电力系统的迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性的时候,一种改 变传统输电能力的新技术柔性交流输电系统(FACTS)技术悄然兴起。 所谓“柔性交流输电系统”技术又称“灵活交流输电系统”技术简称 FACTS,就是在输电系 统的重要部位,采用具有单独或综合功能的电力装置,对输电系统的主要参数(如电压、相位 差、电抗等)进行调整控制,使输电更加可靠,具有更大的可控性和更高的效率。这是一种将 电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输电系统,以提高系统可靠 性、可控性、运行性能和电能质量,并可获取大量节电效益的新型综合技术。 (2)FACTS 的核心装置之一ASVC 的研究现状 各种 FACTS 装置的共同特点是:基于大功率电力电子器件的快速开关作用和所组成逆 变器的逆变作用。ASVC 是包含了 FACTS 装置的各种核心技术且结构比较简单的一种新型 静止无功发生器。 ASVC 由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压 同步。它不仅可校正稳态运行电压,而且可以在故障

9、后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压 的控制能力很强。与旋转同步调相机相比,ASVC 的调节范围大,反应速度快,不会发生响应 迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声,并且因为 ASVC 是一种固态装置,所 以能响应中的暂态也能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机。 (3)DFACTS 的研究态势 随着高科技产业和信息化的发展,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,电器设备的 正常运行甚至使用寿命也与之越来越息息相关。可以说,信息时代对电能质量提出了越来越 高的要求。 DFACTS 是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是 Hingorani 于 1988 年针对配电网 中供电质量提出的新概念。其主要内容是:对供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配 电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。 3.基于 GPS 统一时钟的新一代 EMS 和动态安全监控系统 (1)基于 GPS 统一时钟的新一代 EMS 目前应用的电力系统监测手段主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧 重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集(SCADA)系统。前者记录数据冗余,记录时间 较短,不同记录仪之间缺乏通信,使得对于系统整体动态特性分析困难;后者数据刷新间隔较 长,只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足,即不同地点之间缺乏准确的 共同时间标记,记录数据只是局部有效,难以用于对全系统动态行为的分析。 (2)基于 GPS 的新一代动态安全监控系统 基于 GPS 的新一代动态安全监控系统,是新动态安全监测系统与原有 SCADA 的结合。 电力系统新一代动态安全监测系统,主要由同步定时系统,动态相量测量系统、通信系统和中 央信号处理机四部分组成。采用 GPS 实现的同步相量测量技术和光纤通信技术,为相量控 制提供了实现的条件。GPS 技术与相量测量技术结合的产物PMU(相量测量单元)设备, 正逐步取代 RTU 设备实现电压、电流相量测量(相角和幅值)。 电力系统调度监测从稳态/准稳态监测向动态监测发展是必然趋势。GPS 技术和相量测 量技术的结合标志着电力系统动态安全监测和实时控制时代的来临。 随着机技术,控制技术及信息技术的发展,电力系统自动化面临着空前的变革。多媒体技 术、智能控制将迅速进入电力系统自动化领域,而信息技术的发展,

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