电力工程自动化技术应用探讨

刘玉文

（广东运峰电力安装有限公司，广东 佛山 528251）

电力工程自动化技术应用探讨

刘玉文

（广东运峰电力安装有限公司，广东 佛山 528251）

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求也在与日俱增，由于电力系统的规模、范围都极为庞大，系统内设备之间的联系又极为复杂，因而要求电力系统必须纳入高质量的自动化控制之下。本文探讨了电力工程自动化技术的概况、最新发展和应用情况。

电力工程；自动化；应用

1 电力工程自动化技术概况及最新发展

1.1 概况

电力系统自动化，按其内容一般可分为调度自动化、发电厂自动化和变电站综合自动化三部分，其中调度自动化又可再细分为电网调度自动化（即发电和输电调度自动化）和配电网调度自动化（或配电自动化）。

电网调度自动化是利用发电厂、变电站的终端（RTU）采集电网信息，再以通信网络传输到调度中心主站系统（MS），MS通过对信息的分析、整理及负荷预测进行调度，以确保整个电网处于良好的运行状态。

发电厂自动化主要通过机械自动控制系统、自动发电量控制系统（AGC）和自动电压控制系统（AVC）等子系统，实现对发电厂汽轮机（水轮机）、发电机组等设备的自动化控制。

变电站综合自动化是通过利用信息技术、电子技术、计算机技术等对变电站二次设备的功能进行重新组合和优化设计，从而实现对全站设备、线路的运行情况进行自动监控、自动测量、自动保护和自动通信等功能。

配电网自动化由配电网调度自动化系统、开关站及变电站自动化系统、馈线自动化系统、用电管理系统、配电运行管理系统、地理信息系统（GIS）等组成，以实现对配电网实施数据采集、实时监控、故障隔离及恢复非故障区域供电等功能。

1.2 最新进展

1.2.1 柔性交流输电系统（FACTS）

FACTS是采用电力电子、微电子、计算机、通信等技术，对输电系统主要参数（如电压、功率、相位差、电抗、潮流等）进行灵活快速的控制，使系统具有更高的可靠性、更大的可控性和更高的效率。1988年美国科学家提出FACTS概念，至今已发展至第三代，其技术主要是将两台或多台控制器复合为一组FACTS，使其成为共同的、统一的控制系统。FACTS类型按接入系统方式可分为串联型、并联型和串并联综合型，柔性直流输电系统是其独立分支。串联型用于有功潮流控制、暂态稳定控制和系统功率振荡抑制等，典型装置有 FCSC、FSC、SCCL、SSSC、DVR等。并联型用于电压控制、无功潮流控制、谐波控制等，典型装置有SVC、SVG、APF、TC-RFD等。串并联综合型用于电压控制、有功/无功潮流控制、暂态稳定控制、系统功率振荡抑制等，典型装置是UPFC、TCPR。柔性直流输电系统包括HVDC、HVDC Light。

1.2.2 功率半导体器件

功率半导体器件又称为电力电子器件，是20世纪50年代末以晶闸管诞生为标志出现的，也经历四代的发展。随着可实现高电压、大功率、高频、高温新型功率半导体器件的出现，新型大功率电力电子装置成功用于各种工业电源、电能质量控制、分布式发电、可再生能源发电等领域。

功率半导体器件正由传统硅基向碳化硅基发展。碳化硅的禁带宽度为3.26kV，比硅的1.1kV高得多，所以碳化硅器件更适合用于高电压、高温场合。耐压对比：硅基<10kV，10150℃。目前已研制的碳化硅基功率半导体器件主要有碳化硅功率二极管（有SBD、PiN、JBS三种类型）、碳化硅MOSFET器件、碳化硅IGBT、碳化硅晶闸管等。

2 电力工程自动化技术的应用

2.1 柔性交流输电系统的应用

目前，FACTS中应用最广的是SVC，全世界已投运SVC工程超过一千个，总容量超过100Gvar。SVC设备主要供应商是ABB公司、西门子公司等。SVC的应用范围从1kV配电网到765kV超高压输电网，容量从1Mvar到1066Mvar。美国Eddy变电站为弥补无功功率缺口，采用TSC、TCR和容性滤波网络进行补偿。武钢硅钢厂由于主轧机及其配套设备特殊的负荷特性，造成母线电压波动大、高次谐波电流大、功率因数低，装设SVC设备后这些问题都显著改善。

FSC是固定串联电容补偿器，用于固定串补装置，广西百色500kV输电线路就采用了该装置。

向家坝-上海800kV特高压直流输电工程利用换流站实现交直流电的转换。换流站的主要设备是换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器等。

2.2 功率半导体器件的应用

功率半导体器件已用于固态变压器、柔性交流输电、静止无功补偿、直流输电技术等多个方面。

固态变压器是分布式发电系统、智能电网技术、可再生能源的关键技术，其核心就是电力电子技术，通过电力电子变流器和高频变压器实现电压变换、能量传递和控制。与传统变压器相比，不仅体积小、重量轻，而且供电质量高和更便于自动监控。新一代的固态变压器基于15kV碳化硅MOSFET，开关频率将从1KHz提高到20KHz。

FACTS技术主要采用晶闸管、GTO和IGBT等器件，目前IGCT器件替代GTO器件后可实现电压源变流器切换4～5KA的电流，这需要比硅基耐压更高的碳化硅基功率器件。

静止无功补偿器（STATCOM）也是FACTS控制器之一，用于潮流控制、无功补偿及提高系统稳定性。STATCOM主要采用GTO、IGBT、IGCT等全控型器件，采用硅基器件其电路要采用多电平拓扑或器件串联来提高耐压能力，而利用高压碳化硅IGBT、GTO，结构将大为简化，电能质量也将得到提升。

特高压直流输电技术，其直流换流阀的核心器件是6英寸的高压晶闸管。换流阀工作时电压高达几百KV，电流高达几KA，新型碳化硅SiCGT、GTO可得到应用。

2.3 主动对象数据库技术的应用

电力系统自动监控包括现场数据采集、传输、存储及调度端数据分析、产生指令、执行这样的过程。数据采集二次回路中的接线比较复杂，采用面向对象的技术则比较简单，主动对象数据库技术提供了这种支持。主动对象数据库技术采用触发器技术，利用对象函数，实现电力工程自动化的应用。

2.4 光互连技术的应用

光互连技术是利用光纤（或光底板）为传输媒介（或无媒介的自由空间），结合波分复用技术、IP网络通信协议的一种技术。光互连技术用于电力工程自动化控制系统，具有抗磁干扰强、传输速度快、可靠性高等优点。

结语

电力工程自动化技术是目前和今后相当长时期最重要和最具活力的技术之一，它解决了电力系统所亟需解决的一系列问题，面对未来更多更复杂的需求，该技术仍将有很大的发展空间。自动化技术用于电力工程的内容极广，本文所涉及的仅为很小一部分，权当抛砖引玉之作。

[1]缪勇.柔性交流输电系统[J].装备机械，2010.

[2]娄进.浅谈电力工程中的电力自动化技术应用[J].广东科技，2012.

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