电力系统自动化发展趋势及新技术的应用

王珑 王琳

[摘要]现代社会对电能供应的“安全、可靠、经济、优质”等各项指标的要求越来越高，相应地，电力系统也不断地向自动化提出更高的要求。电力系统自动化技术不断地由低到高、由局部到整体发展，本文对此进行了详细的阐述。

[关键词]自动化 发展 结构

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、电力电子器件和远程通信的应用。

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。

二、变电所自动化系统的结构

在高压或超高压变电所中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将割列出来作为智能化一次设备的一部分。反言之，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O部分；而在中低压变电所则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电所机电一体化设计。

数字化变电所自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC6185A通信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“所控层”。

1、过程层：该层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：（1）电力运行实时的电气量检测；（2）运行设备的状态参数检测；（3）操作控制执行与驱动。

2、间隔层：其主要功能是：（1）汇总本间隔过程层实时数据信息；（2）实施对一次设备保护控制功能；（3）实施本间隔操作闭锁功能；（4）实施操作同期及其他控制功能；（5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；（6）承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及所控层的网络通信功能。必要时，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。

3、所控层：其主要任务是：（1）通过两级高速网络汇总全所的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；（2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；（3）接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（4）具有在线可编程的全所操作闭锁控制功能；（5）具有所内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能；（6）具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；（7）具有变电所故障自动分析和操作培训功能。

三、发电厂中的自动化系统的结构

发电厂自动化系统是一个整体，热控与电气部分应有效结合，未来不仅仅是DCS向FCS发展，整个电厂自动化系统应该是一个由若干子FCS系统构成的大控制系统，子FCS系统可以有一定的独立性，但联系成大系统后又可实现全厂机、炉、电监视控制及优化运行。

发电厂电气监控管理系统作为其中一个子FCS系统，也有一定的独立性。从范围看，ECMS系统应包含对6KV及400V的全部电源及电动机的保护监视，还应包 含机组部分保护及自动装置，此外，升压站电气部分也可接入其中。从作用及地位 上看，有建议将ECMS作为未来全通信控制方式下DCS一部分的观点；也有观点 认为ECMS系统以电气系统监测管理为主要目的，实现全厂电气系统的集中监视、 管理及辅助控制等功能。还有观点认为，电气系统实现自动化，主要目的是实现电气系统的集中监视、管理，其控制应主要通过DCS系统下发给ECMS，并通过ECMS 系统的保护测控装置执行，以ECMS为主进行控制只能作为后备。

在地位上：ECMS 既是DCS系统的一部分，同时又独立成为一个电气自动化系統，完成DCS不关心、 少关心以及无法实现的电气系统功能，如集中抄表、状态检修、电气逻辑闭锁、电 气开关顺序控制、定值管理、保护动作分析等。 从技术上讲，发电厂电气监控管理系统（ECMS）与升压站的微机网络监控系 统（NCS ）有相似之处，但更多的是实际应用条件造成的差异，表现在以下几方面： 一是ECMS系统所连接的6KV及400V节点（装置）数量可达数百点或接近千点， 高出NCS系统一个数量级，这就要求系统有足够的容量。其次，如作为一个DCS 子系统参与电厂的过程控制，则需要ECMS系统有很高的可靠性并且需要ELMS 系统实现工艺连锁，并保证足够的实时性。第三，ECMS系统涉及到与DCS系统 的接口，与辅机控制系统的接口，与SIS及MIS的接口，且没有相关的系统规范。

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。

随着计算机技术，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，不仅会推动电力系统监测的发展，也会推动电力系统控制向更高水平发展。

参考文献

[1] 杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势.电力系统自动化，1995，19（10）

[2] 王海猷，贺仁睦.变电站综合自动化监控主站的系统资源平衡.电网技术，1999，23