浅谈电力系统自动化的发展趋势

时间：2024-05-17

李永君

（佛山市南海辉城电力电器安装有限公司，广东佛山 528231）

中国目前电力需求缺口巨大。如何采用先进管理方法与模式对电力系统实行全行业遥控、遥测、遥调、遥信和遥视已经成为了确保电力系统高效、安全、可持续运营的重大课题，就目前发展趋势来看，随着电网不断的发展，电网的运行和管理需求在不断地变化，要保证电力生产的安全有序进行，有必要进一步地将电力系统的自动化控制技术不断地应用到我国电力系统当中，以促进我国电力系统的良性健康发展。

1 电力系统自动化内涵

电力系统一般由发电、输电、变电以及用电等几个环节链接而成，每个链结处都有其控制系统。电力系统的自动化不仅对电力供应能否稳定、安全、可持续举足轻重，而且可以减少电力系统工作人数，降低劳动强度，减少事故发生率，增长设备使用寿命，提高设备性能，电力网络管理和维修快速便捷。最重要的是电力系统自动化可以有效防止电力系统出现事故的时候出现大面积停电等连锁重大事故，保障经济运行稳定可靠的电力支持，意义长远而深刻。电力系统自动化的特点主要是：电力系统是动态系统，且具有模型不确定性和强非线性；电力系统要求高度适应性；电力系统自动化中难以控制的不确定因素和随即因素较多。电力系统自动化技术难点主要包括有：电力系统自动化中多目标寻优以及多运行方式故障下要求鲁棒性；电力系统环节较多，单一链结处的控制需要本链结和其他链接的协调合作。

电力系统自动化技术分别应用于电网调度系统、配电网络系统和变电系统。电网调度系统的自动化技术主要应用为电荷预报、发电计划、网络拓扑分析、电力系统状态评估、暂态静态安全分析、自控发电等功能。配电系统的光缆通信促进了内部信息交流，提高了控制实时、稳定、高效、可靠等性能。变电系统自动化技术可以从供电线路中采集电流、电压、电抗等实时参数，通过主控端分析，遥控供电设备进行调整，满足客户用电需求，保证供电质量。同时，可以分析用电需求趋势，预测潮流，更好地进行电力调配。

2 电力系统自动化发展现状

电力系统自动化技术发展呈现以下特点：自动控制技术是多领域技术为基础的集成，包括信息技术、控制技术、电子力学、计算机技术、网络技术等，各技术间的配合效率日渐高涨；数据分析倾向于多机系统模型；现代控制理论为理论指导；自动化技术人员自身素质水平提高，构成上需要“多兵种联合作战”；自动化控制系统倾向于最优化智能化建设。电力系统自动化呈现出向图像化、分布化、远程化方向发展的趋势。通信技术的更新和计算机技术的发展，使得电力系统传统的信息处理方式开始转向电力系统信息数据图形化处理，有利于电力系统的监控、调度人员及领导通过图像对系统实时信息及变化趋势进行直观了解。传统的电力系统硬件平台以计算机为主，设计方式灵动性不强，成本高，体积大，能耗大，现阶段，跟随电子信息技术和网络技术的发展，电力系统终端设备开始网络化、小型化和智能化，电力系统自动化开始倾向于最优化、协调化、智能化。

电力系统整体发展趋向则表现为：（1）电力系统管理理念有提升经济价值转向提高自动化服务水平，加强实际效用；（2）开环监测向闭环控制发展；电力传输呈低压化，由EMS（能量管理系统）转向DMS（配电管理系统）；（3）逐步发展监测控制与数据采集和区域稳定控制，越来越专注整体安全；（4）多功能、一体化倾向发展；（5）装置效能数字化、快速化、灵活化发展。

3 变革性自动化技术的运用与发展趋向

电力系统的智能控制经历了基于传递函数的单输入和单输出控制、线性最优解和非线性控制以及多级系统协调、智能控制等阶段。

电力系统结构复杂有序，众单元部件涵盖了继电器、发电单元、输电设施、配电线路、用户负荷等，管理人员需要进行复杂的工程计算和处理非线性优化问题，工作量大而效率低，有些复杂度高的问题更是无法通过模型建立与数据分析解决。智能控制系统通过集成现代化设备、控制中心设备以及职能仪表，促使形成多视角全方位数字一体化的科学规范控制与通讯，弥补了传统单纯依赖数学方法解决的不足。

FACTS（柔性交流输电系统）核心装置应用于电力系统，将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等应用于输电系统，使其具备较高的分享性、开放性、智能性和继承性，其面向对象数据库，融合了权限管理以及数据分析的优势，提高了数据库的安全可靠性，实现有效自动化监控与控制。各种FACTS装置的共同特点是：大功率电力电子器件对其具有快速开关的作用，并且对所组成逆变器具有逆变作用。其基本原理是基于电力系统整体系统参数如电压、相位差、电抗等的控制，是供应电量不超出电力的热稳定安全极限，禁止无功补偿器和可串联电容补偿器等，保障系统暂态和输送量的稳定，且转换系统功率以恒定输电电压，保障线路运行安全。FACTS核心装置之一—AVSC包含了FACTS装置的各种核心技术，是一种新型静止无功发生器，由二项逆变器和并联电容器组成，结构比较简单，是一种固态装置，能够使输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。其功能是校正电压稳态运行，故障后恢复期间稳定电压，不仅能响应暂态变化，还能响应稳态变化，比同步调相机性能更优。由FACTS技术派生而来的DFACTS技术即用于配电系统中的灵活交流技术中DvR设置使得电力系统电压故障时，在一毫秒的时间内迅速输入正常电压与故障电压差值，从而维护输电电压的稳定，大大延长了了电器设备的使用寿命，保障了客户对供电可靠性和质量的需求。

基于GPS统一时钟和EMS技术的动态安全监控系统，运用卫星传递数据，结合EMS系统信息，静态动态结合，在线离线并举，在线研究缺乏，则转化离线研究结果能为在线监视员和调度员能确认的注入无功储备，传输功率等稳定指标，实现动态监控，同时能够全面检测电气设备，及时发现潜藏故障，防患未然。其监测电力系统的手段主要有两个方面：（1）记录电磁暂态过程各种故障录波仪，（2）对系统稳态的监视控制与数据采集。GPS技术结合相量测量技术产生了PMU（相量测量单元）设备，渐渐取代RTU设备，实现相量测量电压电流，调度监测由过去的稳态或准稳态监测逐步趋向动态监测。

虽然FACTS以及DFACTS等技术与控制技术集成在电力系统运用取得了较大的成果，但是基于GPS时钟的EMS动态安全监控系统的不断深入探究，更多的电力系统自动化技术会陆续出现，不断提升电力系统自动化的发展水平。

电力系统自动化应用包括强电系统管理自动化、电网系统管理自动化、电气技术管理智能化。其工作流程是中央计算机根据电网调度管理规程统一控制各链接安装了可以通过模拟信号驱动的电力装置控制系统的电厂或变电站的某些程序自动化运行；中央计算机可以获得任一设备的当前状态，并且进行遥控；各供电所和变电站内部集中控制，而供电局统一控制各供电所和变电站。

随着社会生活水平的提高与科学技术的进步，人们的生活越来越离不开电力系统的支持，对电力设备的稳定运行要求更高，因此，必须采取有效措施减少供电故障，确保电力系统可靠运作。远程信息实时监控及维护系统，其较高的拓展性与实时性实现了对各链接远程信息的实时监控，综合调度，精益分配，大大提高了经济效益，同时利用卫星机继电保护装置提高了电网的稳定性与安全性。

电力系统未来发展趋势主要集中于以下几个方面：（1）电力自动化功能分层。电力自动化的发展与通信技术和网络技术密切相关，功能下放、分级分层、应急应变是基本原则，主站、子站以及馈线有机联系要统筹安排。（2）电力自动化安全保护。广大电力用户供电质量需求越来越高，依赖性增强，因此供电质量与安全成为首要考虑因素，重点围绕配电网络馈线方面安全保护展开，解决故障第一时间分离、排除、恢复。（3）电力自动化电能质量保证。显而易见，未来用户对于用电电能质量要求将逐步提高，需要电力自动化系统深入研究并积极采取最新技术。可控性、可计算性、稳定性、可靠性等优势将成为电力自动化热点。