电力系统自动化技术范文

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关键词：

电力系统；自动化；应用；发展态势

电力系统自动化是电力调度的重要技术手段，在应对电网输配电压力方面彰显出其技术优越性。本文从电力系统自动化的应用概况分析入手，简要分析电力系统自动化的相关应用技术，展望电力系统自动化技术的未来发展前景及趋势。

一、现阶段我国电力系统及其自动化的主要技术类型及其应用

1、电力数据的获取及划分

从技术形态上看，电力系统自动化技术可以经由电力系统网络获取基本的原始数据，也可以借助于对电网原始数据的分析，获得更为详尽的动态数据[1]。电力系统自动化技术的最大技术特点及优势在于其可以从纷繁复杂的电网数据中进行更加细致的数据划分，其主要的技术应用要点集中在以下几点：首先，电力系统自动化凭借其数据储存装置可以实时收集电力系统网络产生的原始数据，为数据再加工创造条件。其次，对电力系统设备装置具备的基本参数及数据加以归集，进而可以全程跟踪了解电力系统装置设备的运行状况。第三，电力系统在供配电服务时，会与电力使用用户产生信息数据上的对接，电力系统自动化技术也能够对该部分数据进行整理，然后通过对该数据进行深度解析，可以了解电力网络的运营情况。

2、电网电力自动化调度

电力系统是一个整体的网络架构构成，其中涉及到多层次的电力调度及调配，而电力系统自动化能够凭借其在电力数据采集、整理、跟踪、分析等方面的技术优势，更好更全面地调度全网电力。从实际应用上看，电网电力自动化调度也是电力系统自动化真正体现其技术优越性的表现，一方面电力系统整体运行状况可以在电力系统自动化技术下得到实时反馈，另一方面根据电力供配电及电力调度的紧急程度，电网电力自动化调度可以在满足电网供电安全稳定的前提下，提高各级电力调度的经济性，以优化电力企业运营成本。

3、电力系统监控网络的布设及应用

现阶段用于电力系统运行信息及状态监控的装置主要是电力网络录波仪，其主要是通过对电网电磁的运行隐患及数据故障进行深入分析，以得出相应的电网运行实时状态信息。但随着电力网络更趋复杂，电力信息数据更新日渐频繁，这一电力系统监控措施逐渐显露出不足。在通信技术、监控技术、GPRS技术走向更高的技术成熟度的背景下，电力系统自动化衍生出一种可以借助于光纤设备及测量装置的新式电力系统监控网络[2]。其应用流程如下：首先，针对电力用户电表计量装置，借助GPRS技术获取相关电力数据信息，并将其传输到电力系统监控设备处理中心。其次，架设可以将电力系统监控网络与电力用户电力计量装置相连接的电力信息数据采集汇总中心，再借助于GPRS技术，实现用电用户信息数据与电力企业的实时数据传输，在做出相关电力调度及调配操作指令后，电力系统监控网络可以第一时间将指令传达到电力系统中央控制处理器内，最终实现电力系统运行状态的保持或实时调整。

二、电力系统及其自动化技术未来发展态势展望

电力系统及其自动化技术在技术成熟度上逐渐完备，一方面有赖于我国电网系统架构的完善，另一方面依附于电力及智能化控制技术的日益改进。纵观电力系统及其自动化应用概况，可以从下述两方面对电力系统及其自动化技术的未来发展进行展望及预估：

1、基于电力行业大方向的电力系统自动化发展趋势

在社会各行业用电需求大幅攀升的背景下，电力系统及其自动化除了要具备技术环节的先进性外，还要着力在电力系统供配电的及时性、安全性、可靠性等方面加以提高改进[3]。而电力系统及其自动化在技术演进上也大致要紧随电力行业及市场的发展大势，在以下几方面改善其技术表现并实现动态持续发展：第一，电力网络系统中电力自动化技术的普遍及广泛应用，在国家、省级、地方各级供配电系统中，电力系统及其自动化都能够充分发挥出其供配电时效快，技术稳定性好等特征。第二，电力系统及其自动化兼具经济实用性及技术可靠性，应在电力系统自动化装置及设备日益完备的趋势下，再次提高自动化技术在电力行业中的匹配性。第三，电力系统构成较为复杂，电力系统自动化能够在最优化的电力系统运行环境下，最大化地缩减电力行业及电力设备装置的能耗比重，这既契合电力行业环保化发展前景，又是电力系统自动化技术的可达方向。

2、基于电力系统技术环节的电力自动化发展演变

电力系统各个环节作为有机构成部分，其在技术上也有着一些较为清晰的发展轮廓，具体而言，电力系统技术环节领域内，电力系统自动化发展趋势前景如下：首先，电力系统自动化在电力系统故障排查，电力信息数据采集整理等环节将依托于通信技术及模糊控制技术的发展，实现故障排查的高效化及电力信息数据处理的精准化。其次，电力系统自动化在电力系统各组件的运转协调方面逐步向着智能化及环保化方向发展，电力系统自动化将带有更强的智能操作属性。

三、结语

综上所述，电力系统在满足人们生产生活用电需求方面起到不可代替的关键作用，而电力系统自动化的出现及发展则为电力系统网络架构的正常稳定运行提供了必要的技术支撑。在电力技术不断发展向前的当下，电力企业及电力行业技术人员应对电力系统自动化的应用流程及发展趋势进行分析及把握，以使电力系统真正发挥其社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]任金花.电力系统自动化发展趋势及新技术的应用[J].商品与质量,2015,(46):262.

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1电力系统自动化的主要内容

针对电力企业的特点，实现电力系统的自动化应符合如下要求：快速、准确的收集、检测和处理电力系统各系

统、部件的运行技术参数。根据电力系统的实际运行状态和系统各部件的技术要求，为运行人员提供调控的指令，或能够自动对各部件进行调控。实现全系统分层次、分部分的综合调控，探索电力系统优质电力系统管理的最佳方式。电力系统实现自动化不仅能节省大量人力、物力、财力，而且还能降低电力系统事故的发生率，增加电力设备的使用寿命，综合提高和改善电力系统运行性能。

2几种电力系统自动化技术探讨

（1）主动的对象数据库技术及其在电力系统自动监视与控制中的运用面向对象技术在软件的重用性、继承性、封装性、开放性及软件工程等方面带来革命性的影响，已经深刻影响软件系统开发与设计的各方面，如面向对象的分析、面向对象的设计、面向对象的编程等。新一代的电网调度自动化系统应该全面地采用面向对象技术，支持面向对象的标准。

主动的对象数据库与一般的关系数据库相比，主要的优势在于主动功能以及对对象技术的支持。关系数据库要实现数据的判断(如数据发生变化，数据越限)以及数据的分析都是由外来程序完成的。而在主动的对象数据库中，利用数据库的触发子可以实现系统的监视功能，利用数据库中对象的函数可以实现系统的控制功能。

由于引入触发机制以及对象技术，这就可以在数据库中实现自动监控，在节省数据读出和写入时间的同时，又充分地利用数据库对数据的管理功能，提高数据可靠性，维护数据的一致性，便于数据的共享等。随着数据库技术的发展，以及对监控系统中触发子和对象的函数功能的进一步研究，有望实现电力系统自动监视与控制的更加复杂的功能。

（2）现场总线控制系统。现场总线技术(FCS)实际上是将安装在工业过程现场的智能自动化仪表和装置与设置在控制室内的仪表和控制设备连接起来的一种数字化、串行、双向、多站的通信网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。这是一项智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要能容的综合技术。

在我国电力系统中，目前DCS系统得到广泛的应用。这种控制方式的实现需要通过传感器、变送器将所有被控设备的状态、电量、非电量信号收集到中央控制室的主控计算机上，然后在计算机上按照规定的数学模型进行计算、判断、进而向被控设备发出指令。其在本质上仍然为数字控制器与模拟变送器组成的模拟-数字混合系统，在电厂或变电站内受电磁干扰严重，难以达到严格的计算精度，并实施准确控制。另一方面，模拟变送器位于测控现场，而控制器位于集中控制室。这从构成控制系统的信号流的角度来看，在现场把被控参数转换为测量信号后，被送往位于集中控制室的控制器，再把所得到的控制信号由控制室送往现场的调节阀或控制电机。这样，即使是一个简单的回路控制系统，其信号的必经路径也将会很长，因而会引起许多弊端和隐患。

将FCS引入电力系统将在根本上优化控制系统的各种性能。将整个生产过程的控制功能分散，为每个被控设备就地配备专用的底层前置控制计算机，这些专用的前置机根据控制要求负责管理被控设备的有关信息。这些信息经前置机处理后通过通讯接口由现场总线与上位计算机相联。此时上位机的任务已不再是全面监控所有设备，而是担负人机对话或向上级调度远传信息的任务。在上位机可以根据前置机上传的信息构造各种画面、图象、图表、曲线来直观地反映现场设备的运行情况。不仅前置机可以配合PLC根据所取的实时数据对被控设备实行必要的调节和控制，而且上位机也可以直接通过前置机对被控设备进行实时性不强的调节和控制，把控制功能下放到现场，仅由现场仪表就可以实现控制功能。这样无疑增强整个电力系统自动控制系统的可靠性和系统组织的灵活性。并且基于这种现场总线技术的系统，还可与其它计算机、节点通讯，构成高性能的控制系统。

（3）光互连并行处理器阵列在电力系统自动控制和继电保护中的应用研究。光互连技术的特点：①光互连不受电容性负载的影响，其输入输出可根据需要具有很大灵活性。②光互连的扇出数主要受探测器功率限制。光互连既可解决无终端的电互连线受到临界线长度的限制的问题，又可解决有终端线受到沿该线输出端密度限制的问题，它可以在计算系统内部实现高性能互连。它以光速传递信息，可将时钟扭曲问题减小到最小程度。③光互连不受平面和准平面的限制，光在光波导中可以大于10°的交叉角相互交叉，自由空间光束可相互穿越而不相互作用，可提高系统集成度。

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电力系统自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制，系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。

一、电力系统自动化总的发展趋势

（一）当今电力系统自动控制技术的发展趋势

电力系统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；在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题；在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论；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；在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。

（二）整个电力系统自动化的发展趋势

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)；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)；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；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；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；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；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。

二、电力系统的智能化技术

（一）变电站自动化

是在微机技术和网络通讯技术的基础上发展起来的。变电站自动化系统集保护、测量、控制、远传等功能为一体，采用微机化产品，并充分利用微机的数字通信的优势来实现数据共享的一套电力系统二次设备的自动化装置。它取代了常规的仪表盘、柜，以及一些中央信号装置，节省了变电站的占地面积，节省了电缆的投资。整个变电站要实现自动控制，一套优秀的监控软件是必须的。当操作人员进入变电站时，可以从自动化系统的当地监控软件上了解变电站当前的运行情况和历史记录。当地监控软件通过密码实现多权限多级管理，一般操作人员可以看主接线图、遥信遥控遥测表、特殊功能显示图、SOE等图表，系统管理员可以修改软件配置、各级权限范围、各种图表，操作员和监督员同时认可才能进行遥控操作。登入登出过程、执行操作后软件都会详细记录操作人姓名、密码、操作等信息。软件根据设定自动记录所需的四遥量并进行统计，形成曲线、棒图等。

（二）建立坚强、灵活的网络拓扑

坚强、灵活的电网结构是未来智能电网的基础。我国能源分布与生产力布局很不平衡，为了缓解此现状所带来的不利影响，我国开展了特高压联网工程、直流联网工程、点对点或点对网送电等工程的实施建设。如何进一步、优化特高压和各级电网规划成为需要解决的关键问题。随着电网规模的扩大、互联电网的形成，电网的安全稳定性与脆弱性问题越来越严重，对主网架结构的规划设计要求也相应地提高了。只有灵活的电网结构才能应对自然灾害和社会灾害等突发灾害性事件对电网安全的影响。

（三）实现开放、标准、集成的通信系统

智能电网的发展对网络安全提出了更高的要求，智能电网需要具有实时监视和分析系统目前状态的能力：既包括识别故障早期征兆的预测能力，也包括对已经发生的扰动做出响应的能力，其监测范围将大范围扩展、全方位覆盖，为电网运行、综合管理等提供外延的应用支撑，而不仅局限于对电网装备的监测。

（四）CAN总线技术在电力调度自动化系统的应用

CAN总线在电力调度的大系统中作为站点内部智能数据模块与计算机之间的通信网络，在通信速度、通信距离、抗干扰等方面完全能满足控制系统的要求。随着计算机科学的发展，现场总线控制系统在数据交换的实时性、准确性、快速性方面的突破性进展，为电力网系统经济、合理的调度运行提供了技术保证和技术支持。CAN总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

在该电力调度系统，每个分站点均由工控机和若干测控接点组成。所有测控点都以“平等主体”挂接在总线上，每一点对应35kV回路或6kV回路的测控。测控点能够采集对应回路的遥信量及遥测量，能根据接收到的命令主动将数据发送到CAN总线，通过预先设定的验收码和验收屏蔽码可以控制该测控点从总线上接收哪些数据或命令。站点工控机通过CAN卡从CAN总线上接收各节点数据进行处理，再通过网卡到集团千兆网，转发到总调度中心。该智能测控节点的软件由两部分组成：一部分为初始化程序，包括对单片机本身的中断、定时器串行口等的初始化和CAN控制器的初始化；另一部分为测控供电回路电量参数的数据采集处理。CAN总线比其它形式总线在速度、抗干扰能力及高性能上有着巨大的区别，CAN总线设计灵活、可靠性高、布线方便，更加适合于工业领域到各种集散控制系统

（五）电力载波技术在自动抄表中的应用

目前在电能表远程抄收中，最适宜采用的方式为低压电力线载波与10kV电力线载波所组合而成的系统。其技术构成如下：

1.在硬件方面，为了减少各个电路部分相互之间的串扰，要合理划分弱信号电路，强信号电路；合理划分数字电路部分和模拟电路部分；对于模拟信号输出和输入口均采用磁路耦合方式进行隔离，同时对于输入信号使用具有高的带外衰减系数的无源带通滤波器；对于外部数字信号接口电路部分使用具有良好电磁兼容性能的集成电路；在各输入和输出端口添加相应的保护器件；另外，还要使用具有高稳定性、高抗干扰性的电源，进一步提高整体的抗干扰能力。

2.在软件方面，使用内置式看门狗，使之能够有效地监测软件运行故障，在合理的较短时间内从故障中恢复；在MCU软件设计中使用分布式软件陷阱，以监测软件的运行并从故障中恢复；对端口采样时，使用重复采样判别技术，防止慢上升速率信号中叠加的噪声对采样精度的影响。

3.在数据传输方面，为了提高传输的可靠性，克服信道中噪声对判决错误的影响，除了合理选择调制与解调方法外，还要采用差错控制编码技术(也称纠错编码)，最大限度地保证数据传输的可靠。

（六）配电网自动化

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【关键词】电力自动化；现场总线；无线通讯技术；变频器

【 abstract 】 along with the power electronic technology, microelectronics technology ditch rapid development, the original power transmission (electronic drag) control concept has not fully grasp modern production automation department shall bear the first line in the flow of control equipment all tasks. And, electric drive control was already out of the factory, in traffic, farm, office and home appliances, etc have gained wide use. Its object of study has developed for motion control system, only for the relevant

Electrical automation technology of the new development introduced some.

【 key words 】 electric power automation; The fieldbus; Wireless communication technology; inverter

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

1.引言

现今，创新的自动化系统控制着复杂的工艺流程，并确保过程运行的可靠及安全，为先进的维护策略打造了相应的基础。

电力过程自动化技术的日新月异和控制水平的不断提高搜企网版权所有，为电力工业解决能源资源和环境约束的矛盾创造了条件。随着社会及电力工业的发展，电力自动化的重要性与日剧增。传统的信息、通信和自动化技术之间的障碍正在逐渐消失。最新的技术，包括无线网络、现场总线、变频器及人机界面、控制软件等，大大提升了过程系统的效率和安全性能。

2.电力自动化的发展

我国是从20世纪60年代开始研制变电站自动化技术。变电站自动化技术经过数十年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价，这已经成为不争的事实。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将出现。

3.电力自动化的实现技术

现场总线(Fieldbus)被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂工业自动化网版权所有，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。

4.无线技术

无线通讯技术因其不必在厂区范围内进行繁杂、昂贵的布线，因而有着诱人的特质。位于现场的巡视和检修维护人员借此可保持和集中控制室等控制管理中心的联系，并实现信息共享。此外，无线技术还具有高度灵活性、易于使用、通过远程链接可实现远方设备或系统的可视化、参数调整和诊断等独特功能。无线技术的出现及快速进步，正在赋予电力工业领域以一种崭新的视角来观察问题，并由此在电力流程工业领域及资产管理领域，开创一个激动人心的新纪元。

尽管目前存在多种无线技术汉阳科技，但仅有几种特别适用于电力流程工业。这是因为无线信号通过空间传播的过程、搭载的数据容量(带宽)、抗RFI(射频干扰)/EMI(电磁干扰)干扰性、对物理屏障的易感性、可伸缩性、可靠性，还有成本，都因无线技术网络的不同而不同。因此，很多用户都倾向于“依据具体的应用场合，来选定合适的无线技术”。控制用的无线技术主要有GSM/GPRS(蜂窝)、9OOMHzRadios、wi-Fi(802.lla/b/g)、WIMAX(802.16)、ZigBee(802.15.4)、自组织网络等，其中尤以Wi-Fi和WIMAX应用增长速度最快，这是因为其在带宽和安全性能方面较优、在数据集中和网络化方面具备卓越的安全框架、具有主机数据集成的高度灵活性、高的鲁棒性及低的成本。5.信息化技术

电力信息化包括电力生产、调度自动化和管理信息化两部分。厂站自动化历来是电力信息化的重点，大部分水电厂、火力发电厂以及变电站配备了计算机监控系统；相当一部分水电厂在进行改造后还实现了无人值班、少人值守。发电生产自动化监控系统的广泛应用大大提高了生产过程自动化水平。电力调度的自动化水平更是国际领先，目前电力调度自动化的各种系统，如SCADA、AGC以及EMS等已建成，省电力调度机构全部建立了SCADA系统，电网的三级调度100%实现了自动化。华北电力调度局自动化处处长郭子明说，早在20世纪70年代华北电力调度局就用晶体管计算机调度电力，从国产1 2 1机到1 7 6机，再到176双机，华北电力调度局全用过，到1978年已经基本实现了电网调度自动化。

6.安全技术

电力是社会的命脉之一，当今人类社会对电力系统的依赖已到了难以想象的程度。电力系统发生大灾变对于社会的影响是不可估量的，因此电力系统最重要的是运行的安全性，但这个问题在全世界均未得到很好解决，电力系统发生大灾变的概率小但后果极其严重，我国电力系统也出现过稳定破坏的重大事故。由于我国经济快速发展的需求，电力工业将会继续以空前的速度和规模发展。随着三峡电站、西电东送、南北互供和全国联网等重大工程的实施，我国必将出现世界上最大规模的电力系统。

7.传动技术

实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU/DSP)等部分组成。变频器作为节能降耗减排的利器之一，在电力设备中的应用已经极为广泛而成熟。对于变频器厂商而言，在未来三十年，变频器，尤其是高压变频器在电力节能降耗中的作用极为明显，变频器也成为越来越多电力行业改造技术的首选。

在业内，以ABB为首的电力自动化技术领导厂商，ABB建立了全球最大的变压器生产基地及绝缘体制造中心。自1998年成立以来，公司多次参与国家重点电力建设项目，凭借安全可靠、高效节能的产品性能而获得国内外用户的好评。其公司多种产品，包括：PLC、变流器、仪器仪表、机器人等产品都在电力行业中得到很好的应用。

8.人机界面