摘   要: 自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用極大地保障了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的效率，保證了電能質(zhì)量，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。介紹了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本內(nèi)容和其重要性，分析了自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞: 電力系統(tǒng)； 自動(dòng)化技術(shù)； 發(fā)展方向； 智能化

    電力系統(tǒng)自動(dòng)化是自動(dòng)化技術(shù)在電力方面的一種應(yīng)用形式,指在電力系統(tǒng)中應(yīng)用各種具有自動(dòng)檢測(cè)和控制功能的裝置，通過(guò)這些裝置來(lái)保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，提供質(zhì)量合格的電能[1]。
1 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的基本內(nèi)容
　 電力系統(tǒng)自動(dòng)化包括發(fā)電控制自動(dòng)化、電力調(diào)度自動(dòng)化、電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸系統(tǒng)、配電自動(dòng)化和電力管理系統(tǒng)自動(dòng)化等。目前，發(fā)電控制自動(dòng)化（AGC）與配電自動(dòng)化（DAS）已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。電力調(diào)度自動(dòng)化具有在線檢測(cè)、故障模擬等特點(diǎn)[2]。如今，變電站綜合自動(dòng)化(即建設(shè)綜自站)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班模式。
1.1 發(fā)電控制自動(dòng)化
　　發(fā)電控制自動(dòng)化系統(tǒng)主要應(yīng)用在發(fā)電廠,系統(tǒng)包括動(dòng)力機(jī)械的自動(dòng)控制系統(tǒng)以及自動(dòng)發(fā)電量控制系統(tǒng)和自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。火電廠需要控制鍋爐汽機(jī)等熱力設(shè)備,大容量的火力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)包括了計(jì)算機(jī)在線檢測(cè)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以及鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)等；水電廠需要控制水輪機(jī)、調(diào)速器以及水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)等。
1.2 配電自動(dòng)化
　    配電自動(dòng)化主要是變電站以及與之相關(guān)的輸配電線路，為了聯(lián)系發(fā)電廠和電力用戶而存在的。變電站依賴自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，自動(dòng)化技術(shù)得到了充分的利用，采用光纜或光纖代替電力信號(hào)電纜，提高了抗干擾性。同時(shí)，變電站實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)屏幕化以及運(yùn)行管理和記錄統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化。眾多組成部分實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，使得變電站的整體自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，滿足了變電站的運(yùn)行監(jiān)視及操作任務(wù)，同時(shí)也是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分。可以說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的現(xiàn)代化，一個(gè)重要的、不可缺少的環(huán)節(jié)就是實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化。
1.3 電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸系統(tǒng)
    電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。其功能是實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心和發(fā)電廠之間的實(shí)時(shí)信息傳輸。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)由遠(yuǎn)動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)通道組成。遠(yuǎn)動(dòng)裝置按功能分為遙測(cè)、遙信、遙控三類；而遠(yuǎn)動(dòng)通道具有很多形式，包括微波、載波、高頻、聲頻和光導(dǎo)通道。
1.4 電力調(diào)度自動(dòng)化
    電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）為基礎(chǔ)，包括自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行（EDC）、電網(wǎng)靜態(tài)安全分析（SA）、調(diào)度員培訓(xùn)仿真（DTS）以及配電網(wǎng)自動(dòng)化（DA）等幾部分在內(nèi)的能源管理系統(tǒng)（EMS）。它收集、處理電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)信息，通過(guò)人機(jī)界面將電網(wǎng)的運(yùn)行狀況集中而有選擇地顯示出來(lái)進(jìn)行監(jiān)視和控制，并完成經(jīng)濟(jì)調(diào)度和安全分析等功能。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)是基于電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其他的主要部分有服務(wù)器、工作站、打印設(shè)備、大屏幕顯示器、調(diào)度范圍的發(fā)電廠和變電站終端設(shè)備（RTU或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)），以及通過(guò)電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連接的下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心和測(cè)量控制等裝置。這些設(shè)備形成了一個(gè)電網(wǎng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、電網(wǎng)運(yùn)行安全分析監(jiān)控、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)的輔助計(jì)算、報(bào)表自動(dòng)打印等功能。
1.5 電力管理系統(tǒng)自動(dòng)化
    電力管理系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括電力計(jì)劃管理、財(cái)務(wù)管理、生產(chǎn)管理、人事勞資管理、設(shè)備管理、項(xiàng)目管理和資料檢索等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)支撐著了電力企業(yè)日常生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
2 自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性
    自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以很好地保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全，提供高質(zhì)量的電能。
2.1 保證高質(zhì)量電能和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行
    高質(zhì)量的電能是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民日常生產(chǎn)生活所必須的。電力系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)檢測(cè)并解決電網(wǎng)中的各種質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)過(guò)電力調(diào)度中心、配電自動(dòng)化設(shè)備等，逐級(jí)地減少電網(wǎng)上的污染，為用戶提供高質(zhì)量的電能。電力質(zhì)量問(wèn)題包括很多內(nèi)容，例如用電設(shè)備被損壞、諧波無(wú)功對(duì)電網(wǎng)的污染、電壓工作不正常、電流發(fā)生偏差等問(wèn)題。如果沒有自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，沒有自動(dòng)化設(shè)備的在線檢測(cè)、控制，僅靠人為查找問(wèn)題的所在再解決問(wèn)題來(lái)保證電能質(zhì)量，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且時(shí)間成本非常高。而利用自動(dòng)化設(shè)備和通信技術(shù)，當(dāng)問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)，并采取遠(yuǎn)程控制的方式予以解決，從而保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電能的質(zhì)量。
2.2 確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性
    為了降低電網(wǎng)的損耗，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在電力系統(tǒng)中增加自動(dòng)化設(shè)備非常必要。隨著我國(guó)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力自動(dòng)化系統(tǒng)主要運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等。電力系統(tǒng)中需要實(shí)時(shí)采集、處理的數(shù)據(jù)量和信息量都十分的龐大，而且有許多影響因素，檢測(cè)的范圍很廣，采用的閉環(huán)控制內(nèi)容極為豐富。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率得到了很大的提高，并減少了由于電網(wǎng)損壞所帶來(lái)的費(fèi)用支出，提高了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。
3 自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
    自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要有：
    (1) 供電方式及一次設(shè)備
    由于地域與經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素的影響，我國(guó)的配電網(wǎng)在管理上劃分為城市電網(wǎng)（大中城市）與農(nóng)村電網(wǎng)（鄉(xiāng)村、縣城）。城市電網(wǎng)以電纜網(wǎng)方式為主，農(nóng)村電網(wǎng)以架空線方式為主[1]。配電網(wǎng)的供電方式由電源點(diǎn)、線路開關(guān)設(shè)備、網(wǎng)架(線路聯(lián)結(jié))三部分決定，電源點(diǎn)、網(wǎng)架以不同方式組合，架構(gòu)了多種多樣的供電方式，如單電源輻射狀供電、雙(多)電源互備供電、雙(多)電源環(huán)網(wǎng)供電、網(wǎng)格狀供電等，而線路開關(guān)設(shè)備(如環(huán)網(wǎng)柜、重合器、分段器、斷路器、負(fù)荷開關(guān)等)提供了功能各異的供電配合方案。城市電纜網(wǎng)多采用環(huán)網(wǎng)柜(配負(fù)荷開關(guān)、真空斷路器、SF6斷路器等)作為配電線路主設(shè)備，農(nóng)電架空線網(wǎng)多采用重合器、分段器、斷路器、負(fù)荷開關(guān)等作為配電線路主設(shè)備。以線路開關(guān)設(shè)備區(qū)分的供電方案主要有：電纜環(huán)網(wǎng)柜方案、架空重合器方案、分段器(自動(dòng)配電開關(guān))方案、斷路器方案、負(fù)荷開關(guān)方案等。
    (2) 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及二次設(shè)備
    配電自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)FTU、TTU對(duì)線路開關(guān)、配電區(qū)（變壓器）的監(jiān)控[1]。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備的可靠性功能主要包括保護(hù)動(dòng)作、環(huán)網(wǎng)控制、遠(yuǎn)方控制、就地手動(dòng)控制等四方面。配電自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的主要問(wèn)題是線路電源（儀表與操作電源）和傳輸規(guī)約，設(shè)計(jì)適用于戶外環(huán)境的、可靠的不間斷電源是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的一個(gè)難題。目前變電站采用的CDT、POLLONG規(guī)約均不適用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)，而由于配電線路設(shè)備的地理分布性和控制的復(fù)雜性廣泛采用IEC101、IEC104等規(guī)約。同時(shí)，數(shù)字化變電站建設(shè)加快了遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)和二次設(shè)備的更新，大量數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中。高性能、具有實(shí)時(shí)性的二次設(shè)備不斷地更新?lián)Q代，與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提高了電力系統(tǒng)的可靠性。
    (3) 靈活多變的通信技術(shù)以及設(shè)備
    電力系統(tǒng)自動(dòng)化的通信方案包括主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元、子站之間以及現(xiàn)場(chǎng)單元之間的通信的廣義范圍。目前實(shí)施的完整配電自動(dòng)化通信方案指主站對(duì)子站、主站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元以及子站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單元的通信。根據(jù)區(qū)域不同、條件不同，采用的通信媒介也是多種多樣的，例如光纖、電力載波、有線電纜、微波、擴(kuò)頻等。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，以太網(wǎng)以其傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸速度快的優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用到電力自動(dòng)化系統(tǒng)中。目前，Ethenet+TCP/IP協(xié)議是以太網(wǎng)最典型的應(yīng)用形式。電力系統(tǒng)自動(dòng)化未來(lái)的發(fā)展方向會(huì)結(jié)合電力工業(yè)應(yīng)用實(shí)際，以以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究出新興的以太網(wǎng)為核心的總線技術(shù)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)(即新一代變電站網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議)，適用于分層的IED和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。該協(xié)議采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，面向設(shè)備建模和自我描述，以適用功能的擴(kuò)展。該標(biāo)準(zhǔn)的推出使變電站信息建模標(biāo)準(zhǔn)化成為可能，實(shí)現(xiàn)了信息的共享。
    (4) 主站網(wǎng)絡(luò)及軟件功能
    電力系統(tǒng)自動(dòng)化主站的功能包括SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控、GIS(地理信息系統(tǒng))在線管理、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等。主站框架要突破傳統(tǒng)的單一調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)C/S模式，以P-P-C/S-B/S一體化架構(gòu)，充分體現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)管理一體的綜合集成系統(tǒng)特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與軟件平臺(tái)技術(shù)充分體現(xiàn)功能與開放性, 并提供與異構(gòu)系統(tǒng)的跨平臺(tái)接口,與調(diào)度、負(fù)控、MIS、CIS等自動(dòng)化子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。
    (5) 電力自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化發(fā)展
    目前,電力系統(tǒng)自動(dòng)化方面的發(fā)展有了新的領(lǐng)域，就是智能電網(wǎng)概念的提出。在綠色節(jié)能意識(shí)的驅(qū)動(dòng)下，智能電網(wǎng)成為世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。所謂智能主要體現(xiàn)在：可觀測(cè)，主要依靠量測(cè)、傳感技術(shù)；可控制，可對(duì)觀測(cè)狀態(tài)進(jìn)行控制；嵌入式自主的處理技術(shù)；實(shí)時(shí)分析，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到信息的提升；自適應(yīng)；自愈[3]。智能電網(wǎng)的特征是自愈、安全、經(jīng)濟(jì)、清潔。智能電網(wǎng)能夠自動(dòng)檢測(cè)、分析故障，實(shí)現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)的自我恢復(fù)，從而抵御自然災(zāi)害或人為的外力破壞，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，提高用戶的用電質(zhì)量；同時(shí)提高能源利用效率，減少電能損耗，降低投資成本和運(yùn)行維護(hù)成本。達(dá)到這些要求，就需要自動(dòng)化設(shè)備具有很高的智能化,以提升自動(dòng)化設(shè)備的采集、觀測(cè)、時(shí)效、甚至預(yù)判的能力。擴(kuò)大自動(dòng)化裝置的內(nèi)部功能，使其能在完成針對(duì)電網(wǎng)的在線檢測(cè)的功能外，提高設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的信息處理、存儲(chǔ)和通信的能力，并且在設(shè)備之間形成互動(dòng)，能夠全局把握電網(wǎng)情況，監(jiān)控、預(yù)判電網(wǎng)的狀態(tài)，同時(shí)利用自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，根據(jù)不同情況完成電網(wǎng)的各項(xiàng)操作，達(dá)到智能化。智能電網(wǎng)最為突出的功能是系統(tǒng)的自愈功能，這項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)是把自動(dòng)控制理論(如模糊控制、自適應(yīng)控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等)與先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備相結(jié)合，對(duì)電網(wǎng)中各組成元件以及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)地采集、檢測(cè)、分析、決策和操作，使電網(wǎng)像一個(gè)免疫系統(tǒng)一樣運(yùn)行， 保證電網(wǎng)正常、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。
    伴隨著新型電力自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用最新的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自適應(yīng)理論、綜合自動(dòng)控制理論、人工智能和模糊控制等理論和技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用得到了極大的發(fā)展，新型電力自動(dòng)化設(shè)備擁有了智能控制的特點(diǎn)，很大程度上提高了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的安全性和可靠性。
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