時間：2022-04-19 03:19:23
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一、電力系統自動化和電力系統調度自動化 電力系統自動化是指應用各種具有自動檢測、決策和控制功能的裝置、通過信號系統和數據傳輸系統對電力系統各元件、局部系統或全系統進行就地或遠方的自動監視、調節和控制,以保證電力系統安全經濟地運行和具有合格的電量質量。電力系統自動化已經成為電力系統最核心內容。而電力系統調度自動化是電力系統自動化的一部分,分為發電和輸電調度自動化(通常稱電網調度自動化)和配電網調度自動化(通常稱配網自動化)。
二、電力系統遠動
電力系統遠動就是在電力系統調度中心對電力系統實施的實時遠方監視與控制。遠動系統包括控制站、被控站和遠動通道。狹義遠動系統只包括兩端遠動設備和遠動通道;而廣義的遠動系統包括控制站的人機設備和被控站的過程設備在內。電力系統的安全監控功能由各級調度共同承擔,而自動發電控制與經濟調度則由大區網調或省調負責,網調和省調還應具有安全分析和校正控制等功能。
三 、電力系統調度自動化的功能
(一)電力系統監視與控制
通過電力系統監視與控制為自動發電控制、經濟調度、安全分析等高層次功能提供實時數據。其中監視主要是對電力系統運行信息的采集、處理、顯示、告警和打印,以及對電力系統異常或事故的自動識別,向調度員反映電力系統實時運行狀態和電氣參數。而控制主要是指通過人機聯系設備執行對斷路器、隔離開關、靜電電容器組、變壓器分接頭等設備進行遠方操作的開環控制。
(二)電力系統安全分析
電力系統安全分析主要內容是利用實時數據對電力系統發生一條線路、或一臺發電機、變壓器跳閘的假想事故進行在線模擬計算,以便隨時發現每一種假想事故是否可以造成設備過負荷、以及頻率和電壓超出允許范圍等不安全情況,是一系列以單一設備故障為目標而進行的在線潮流計算。
(三)電力系統經濟調度
電力系統經濟調度是在滿足安全、電能質量和備用容量要求的前提下,基于系統有功功率平衡的約束條件和考慮網絡損失的影響,以最低的發電(運行)成本或燃料費用,達到機組間發電負荷經濟分配且保證對用戶可靠供電的一種調度方法。在調度過程中按照電力系統安全可靠運行的約束條件,在給定的電力系統運行方式中,在保證系統頻率質量的條件下,以全系統的運行成本最低為原則,將系統的有功負荷分配到各可控的發電機組。經濟調度一般只按靜態優化來考慮,不計算其動態過程。
四、電力系統調度自動化技術在國外的應用
國外的電力系統調度自動化系統均是采用了RISc工作者,UNIX操作系統和國際公認的標準,主要有以下幾種:
(一)西門子SPECTRUM系統。該系統是由德國西門子公司基于32比特SUN點的SPACE或IBMMRS6000工作站硬件平臺,引入軟總線概念,服務器之間及內部各進程與實用程序問的信息交換實現標準化開發的。采用了分布式組件、面向對象等技術,廣泛應用于配電公司、城市電力公司和工業用戶。
(二)CAE系統。該系統采用64比特ALPHAI作站、客戶I服務器體系結構和雙以太網構成的EMS硬件平臺,選用分布式應用環境開發研制的,集DAC、SYS、uI、APP、COM于一體。該系統功能分布于各節點,能有效地減少網絡數據流,防止通信瓶頸問題。
(三)VALMET系統。該系統適用于多種硬件平臺,可連接SUN、IBM、PHA工作站。該系統包括實時數據、歷史數據和應用軟件三個服務器。
(四)SPIDER系統。該系統是由ABB公司開發的,采用分布式數據庫和模塊化結構,可根據用戶實際需求配置系統。它具有雙位的遙信處理功能,使狀態信號穩定性好,并有一套完整的維護工具。
五、電力系統調度自動化技術的基本特征
電力系統調度自動化技術應具有以下基本特征:
(一)該技術應該能夠及時并準確地采集、檢測和處理電,網中各元件、局部或整個系統運行的實時信息;
(二)能根據電網的實際運行狀態和系統各元件的技術、經濟等指標要求,為調度人員做出準確的調節和控制的決策提供依據;
(三)能實現整個電力系統的綜合協調,使電力系統安全、可靠、經濟地運行,并提供優質的供電;
(四)電力系統自動化技術能提高工作效率,降低電力系統事故發生概率,延長設備使用壽命,能夠保障電力系統的安全、可靠、經濟地運行,尤其是能避免整個電力系統的崩潰和大面積停電等連鎖性事故發生。
六、電力系統調度自動化技術的發展趨勢
隨著計算機技術、通信技術、數據庫技術等技術的快速發展,電 力系統調動自動化技術應朝著模塊化、面向對象、開放化、只能化合可視化等方面發展。 (一)模塊化與分布式。電力系統調度自動化系統軟件設計的重要思想就是模塊化和分布式。組件技術是一種標準實施的基礎,能夠實現真正的分布式體系結構,基于平臺層解決數據交換的異構問題,是一種重要的電力系統調度自動化技術。
(二)面向對象技術。電力系統調度自動化的目的就是為了能夠及時準確地獲得電力系統運行的實時信息。面向對象技術是一種能很好的解決這個問題的技術先進且能很好地遵循ClM的技術,但它的實現有一定的難度。
(三)電力系統調度綜合自動化。全面建立調度數據庫系統,提高電力系統調度自動化的綜合管理水平,使電力系統運行達到最優化,避免電力系統崩潰或大面積停電事故,提高電力系統的安全性和可靠性;建立并完善電氣事故處理體系,使事故停電時間降到最短,降低各種不必要的影響。
(四)無人化值守管理模式。建立無人值班綜合監控系統,能夠對電力系統的運行狀態進行實時監控、安全性分析、狀態估計、負荷預測及遠程調控等,當系統出現故障時自動報警,以便調度人員及時處理事故,從而保證電力系統安全、可靠、經濟運行,實現無人值守調度管理方式,減少值守人員,提高工作效率。
(五)智能化。智能化調度是未來電力系統發展的必然趨勢。智能調度技術采用調度數據集成技術,能夠及時、有效地獲取電力系統運行的實時信息,實現電網正常運行的實時監測和優化、預警和預防智能化控制、故障的智能判辨、故障的智能分析、故障的智能恢復等,最大限度實現全面、精細、及時、最優的電力系統運行與管理,以達到電力系統的調度、運行和管理的智能化。
結語
本文首先簡要地敘述了電力系統調度自動化系統的重要性及電力系統設計人員掌握相關技術的必要性。根據幾種電力系統調動自動化系統的應用,概述了電力系統調度自動化技術在國內外的應用狀況。從電力系統調度自動化技術的基本特征出發,對幾種電力系統調度自動化技術進行了簡要的探討。最后,對今后電力系統調度自動化技術的發展趨勢進行了展望。
一、前言
電力電子技術是一個以功率半導體器件、電路技術、計算機技術、現代控制技術為支撐的技術平臺。經過50年的發展歷程,它在傳統產業設備發行、電能質量控制、新能源開發和民用產品等方面得到了越來越廣泛的應用。最成功地應用于電力系統的大功率電力電子技術是直流輸電(HVDC)。自20世紀80年代,柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后,電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注,多種設備相繼出現。本文介紹了電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用。
二、電力電子技術的應用
自20世紀80年代,柔性交流輸電(FACTS)概念被提出后,電力電子技術在電力系統中的應用研究得到了極大的關注,多種設備相繼出現。已有不少文獻介紹和總結了相關設備的基本原理和應用現狀。以下按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節,列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
(一)在發電環節中的應用
電力系統的發電環節涉及發電機組的多種設備,電力電子技術的應用以改善這些設備的運行特性為主要目的。
1 大型發電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁采用晶閘管整流自并勵方式,具有結構簡單、可靠性高及造價低等優點,被世界各大電力系統廣泛采用。由于省去了勵磁機這個中間慣性環節,因而具有其特有的快速性調節,給先進的控制規律提供了充分發揮作用并產生良好控制效果的有利條件。
2 水力、風力發電機的變速恒頻勵磁
水力發電的有效功率取決于水頭壓力和流量,當水頭的變化幅度較大時(尤其是抽水蓄能機組),機組的最佳轉速便隨之發生變化。風力發電的有效功率與風速的三次方成正比,風車捕捉最大風能的轉速隨風速而變化。為了獲得最大有效功率,可使機組變速運行,通過調整轉子勵磁電流的頻率,使其與轉子轉速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定。此項應用的技術核心是變頻電源。
3 發電廠風機水泵的變頻調速
發電廠的廠用電率平均為8%,風機水泵耗電量約占火電設備總耗電量的65%,且運行效率低。使用低壓或高壓變頻器,實施風機水泵的變頻調速,可以達到節能的目的。低壓變頻器技術已非常成熟,國內外有眾多的生產廠家,并不完整的系列產品,但具備高壓大容量變頻器設計和生產能力的企業不多,國內有不少院校和企業正抓緊聯合開發。
(二)在輸電環節中的應用
電力電子器件應用于高壓輸電系統被稱為“硅片引起的第二次革命”,大幅度改善了電力網的穩定運行特性。
1 直流輸電(HVDC)和輕型直流輸電(HVDC Light)技術
直流輸電具有輸電容量大、穩定性好、控制調節靈活等優點,對于遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網,高壓直流輸電擁有獨特的優勢。1970年世界上第一項晶閘管換流器,標志著電力電子技術正式應用于直流輸電。從此以后世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥。
2 柔性交流輸電(FACTS)技術
FACTS技術的概念問世干20世紀80年代后期,是一項基于電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術,可實現對交流輸電功率潮流的靈活控制,大幅度提高電力系統的穩定水平。
0 引言
電力系統有功調度的主要任務是制定發電機組出力計劃,以滿足呈一定概率規律且周期性變化的負荷需求。在這一過程中,調度機構不僅需要考慮各個機組的差異性,根據機組的發電成本、發電煤耗和環境污染等特點,在機組的最小、最大技術出力范圍內按一定調度目標制定發電計劃,而且需要考慮電力線路有功功率傳輸極限等安全、可靠性準則,保證電力系統的安全運行。
1 傳統經濟調度模式
傳統經濟調度模式,是按等耗量微增率原則分配各機組負荷,即按相等的耗量微增率在發電設備或發電廠之間分配負荷,使系統的總耗量最小。在傳統經濟調度模式中,機組的煤耗量曲線和它的微增率曲線是調度的基礎資料,它們的準確性直接影響到經濟調度效益。而發輸配一體化的管理體制有利于調度機構獲得準確的基礎資料,因此,傳統經濟調度模式適用于發輸配一體化的電力體制。傳統經濟調度模式有以下幾個特點:
1.1 物理意義清晰
假定兩臺機組在微增率不等的狀態下運行,且dF■/dP■>dF■/dP■,可以在兩臺機組的總輸出功率不變的條件下調整負荷分配,讓1號機組減少輸出ΔP,2號機組增加輸出ΔP。于是1號機組將減少燃料消耗(dF■/dP■)×ΔP,2號機組將增加燃料消(dF■/dP■)×ΔP,而總的燃料消耗將可節約:
ΔF=(dF■/dP■)×ΔP-(dF■/dP■)×ΔP>0
這樣的負荷調整可以一直進行到兩臺機組的微增率相等為止,不難理解,等耗量微增率準則也適用于多臺機組間的負荷經濟分配。
1.2 可以考慮網損的影響
傳統經濟調度模式可以通過計算網損微增率,構成煤耗與網損的協調方程式,對機組的耗量特性曲線進行修正,考慮網損對經濟調度的影響。
1.3 對部分不等式約束條件較難處理
傳統經濟調度可以考慮功率平衡等式約束,同時,對于自變量的不等式約束條件,如發電廠有功功率上、下限,水電廠流量上、下限和水庫水位上、下限等,可以通過檢驗方便處理;但是以函數形式出現的不等式約束條件,例如,線路潮流限制和母線電壓上、下限等,傳統經濟調度較難處理。
2 計劃電量調度模式
計劃電量調度模式,可以確保投建機組的發電利用小時數,保證投建機組的固定成本回收,對于促進我國電源投資建設、盡快補足電力供需缺口具有積極作用,促進了這一時期我國電力工業的發展。由于計劃電量調度模式僅與機組容量有關,不考慮機組經濟性、環保性等因素,也帶來了一些問題。
2.1 火電建設小型化
計劃電量調度模式下,小型火電機組可以保證充足的負荷率,確保成本回收。因此,一些地區建設了一批小火電、小油電,以補足電力供需缺口。這些機組煤耗高、污染嚴重,影響電力工業的可持續發展。
2.2 水電及可再生能源發展落后
水電及可再生能源建設投資大、周期長,而且在計劃電量調度模式下分配的發電利用小時數與火電相同,因此電源建設投資更傾向于建設周期短、見效快的火電機組。
2.3 輸電設備建設落后
計劃電量調度模式對電力發展的促進作用,主要傾向于電源建設,對輸電設施建設沒有引導和激勵措施,造成這一時期我國輸電設備較為落后。
2.4 電廠建設不經濟
計劃電量調度模式保證了機組的成本回收,此外,為鼓勵投資興建電廠,國家還規定了還本付息的電價政策。因此電廠建設工程缺乏約束,建設缺乏經濟性。
3 節能發電調度模式
節能發電調度模式改革,必然對電力系統的發展和運行產生影響,具體體現在以下幾個方面:
3.1 引導電源投資建設方向,改善電源結構
目前,我國以火力發電為主,清潔能源和可再生能源發電的比例較小,截止2005年,火電占總裝機容量比例約為75.67%,電源結構不合理。實施節能發電調度后,優先調用清潔能源和可再生能源發電,對我國投資建設清潔能源和可再生能源的引導作用明顯,有利于改善我國的電源結構,優化各類資源配置。
3.2 不能保證系統運行的經濟性最優
節能發電調度能夠獲得在等輸出電量情況下發電側節能降耗和有害氣體減排的作用,但是,由于不同電廠燃煤的來源不同、煤炭運輸成本不同、煤價有差異等因素,煤耗量并不能代表發電機組的邊際生產成本。因此,節能發電調度改變了傳統經濟調度按邊際成本制定發電計劃的原則,偏離了電力系統經濟性的理論基礎,是一種節能但不一定經濟的調度模式。
同時,由于在當前“廠網分離”的體制下,很難獲得真實的發電機組供電標煤煤耗率,并且供電煤耗率本身是發電機組輸出功率的函數,這將使得節能發電調度模式不能達到預期的節能效果。
3.3 電網安全可靠性要求更高
節能發電調度模式下,大容量、低能耗機組接近滿發,可能對電網的傳輸能力、安全裕度要求更高;另外大容量機組滿發后,系統備用由多個小機組承擔,可能造成系統事故備用容量不足,影響系統的可靠性。
4 電力市場交易模式
市場化改革的核心是對電力工業放松管制,以各種方式將發電、輸配電和用電分離,形成多方利益實體的競爭化模式。電力市場化競爭機制的特點是放松管制之后,多方利益實體追求各自利潤的最大化,同時也實現了社會效益的最大化。電力市場交易模式,對電力系統的影響主要體現在以下幾個方面:
4.1 電力市場模式下電力系統更加經濟有效
發電側和售電側引入競爭、打破電力工業的壟斷經營,提高電力工業的生產效率和服務質量。發電競爭的結果使得電力系統整體供電成本下降,電價有所降低。
4.2 電力市場模式兼顧電力系統的節能環保
隨著經濟社會的發展,化石能源的消耗越來越巨大,由此造成的環境問題也越來越嚴重,歐盟國家己經對燃燒化石燃料而釋放的二氧化碳征收高額的碳稅,以化石燃料為能源的發電成本中,購買二氧化碳排放指標的成本已經占發電成本的一定比例,在這種情況下的市場競爭發電調度模式,實際上是一種兼顧節能和環保的經濟調度模式。
4.3 電力市場交易模式復雜性增加
電力市場模式下需要考慮中長期交易、期貨交易、實時交易等不同電量約束,調度的復雜性增加。市場模式下強調競爭,為達到各方利益最大化,可能造成電網在臨界安全附近運行,淡化電力系統運行中復雜物理規律與市場競爭的關聯,威脅電力系統運行的安全,可能背離預期的經濟效果。
4.4 市場化競爭可能產生不必要的市場力
電力市場模式下,一些公司可能利用自身所占的市場份額優勢或與其他公司形成聯盟后所占的市場份額優勢來操縱市場價格,這些公司的收益往往超過競爭所能取得的收益,產生不必要的市場力。為防止市場中公司之間的勾結行為,市場管理者應當采取相應的監管措施。
5 結束語
總之,在市場交易模式下,由于電力交易的多樣性,調度機構不僅應當考慮時段之間的爬坡速率限制,而且應當考慮各種雙邊合同、電量合同以及期貨合同等在各個調度時段之間的合理分配,同時,電網潮流的不確定性和多變性,使得安全經濟調度的重 要作用也日益明顯。
一、電力系統自動化和電力系統調度自動化 電力系統自動化是指應用各種具有自動檢測、決策和控制功能的裝置、通過信號系統和數據傳輸系統對電力系統各元件、局部系統或全系統進行就地或遠方的自動監視、調節和控制,以保證電力系統安全經濟地運行和具有合格的電量質量。電力系統自動化已經成為電力系統最核心內容。而電力系統調度自動化是電力系統自動化的一部分,分為發電和輸電調度自動化(通常稱電網調度自動化)和配電網調度自動化(通常稱配網自動化)。
二、電力系統遠動
電力系統遠動就是在電力系統調度中心對電力系統實施的實時遠方監視與控制。遠動系統包括控制站、被控站和遠動通道。狹義遠動系統只包括兩端遠動設備和遠動通道;而廣義的遠動系統包括控制站的人機設備和被控站的過程設備在內。電力系統的安全監控功能由各級調度共同承擔,而自動發電控制與經濟調度則由大區網調或省調負責,網調和省調還應具有安全分析和校正控制等功能。
三 、電力系統調度自動化的功能
(一)電力系統監視與控制
通過電力系統監視與控制為自動發電控制、經濟調度、安全分析等高層次功能提供實時數據。其中監視主要是對電力系統運行信息的采集、處理、顯示、告警和打印,以及對電力系統異常或事故的自動識別,向調度員反映電力系統實時運行狀態和電氣參數。而控制主要是指通過人機聯系設備執行對斷路器、隔離開關、靜電電容器組、變壓器分接頭等設備進行遠方操作的開環控制。
(二)電力系統安全分析
電力系統安全分析主要內容是利用實時數據對電力系統發生一條線路、或一臺發電機、變壓器跳閘的假想事故進行在線模擬計算,以便隨時發現每一種假想事故是否可以造成設備過負荷、以及頻率和電壓超出允許范圍等不安全情況,是一系列以單一設備故障為目標而進行的在線潮流計算。
(三)電力系統經濟調度
電力系統經濟調度是在滿足安全、電能質量和備用容量要求的前提下,基于系統有功功率平衡的約束條件和考慮網絡損失的影響,以最低的發電(運行)成本或燃料費用,達到機組間發電負荷經濟分配且保證對用戶可靠供電的一種調度方法。在調度過程中按照電力系統安全可靠運行的約束條件,在給定的電力系統運行方式中,在保證系統頻率質量的條件下,以全系統的運行成本最低為原則,將系統的有功負荷分配到各可控的發電機組。經濟調度一般只按靜態優化來考慮,不計算其動態過程。
四、電力系統調度自動化技術在國外的應用
國外的電力系統調度自動化系統均是采用了RISc工作者,UNIX操作系統和國際公認的標準,主要有以下幾種:
(一)西門子SPECTRUM系統。該系統是由德國西門子公司基于32比特SUN點的SPACE或IBMMRS6000工作站硬件平臺,引入軟總線概念,服務器之間及內部各進程與實用程序問的信息交換實現標準化開發的。采用了分布式組件、面向對象等技術,廣泛應用于配電公司、城市電力公司和工業用戶。
(二)CAE系統。該系統采用64比特ALPHAI作站、客戶I服務器體系結構和雙以太網構成的EMS硬件平臺,選用分布式應用環境開發研制的,集DAC、SYS、uI、APP、COM于一體。該系統功能分布于各節點,能有效地減少網絡數據流,防止通信瓶頸問題。
(三)VALMET系統。該系統適用于多種硬件平臺,可連接SUN、IBM、PHA工作站。該系統包括實時數據、歷史數據和應用軟件三個服務器。
(四)SPIDER系統。該系統是由ABB公司開發的,采用分布式數據庫和模塊化結構,可根據用戶實際需求配置系統。它具有雙位的遙信處理功能,使狀態信號穩定性好,并有一套完整的維護工具。
五、電力系統調度自動化技術的基本特征
電力系統調度自動化技術應具有以下基本特征:
(一)該技術應該能夠及時并準確地采集、檢測和處理電,網中各元件、局部或整個系統運行的實時信息;
(二)能根據電網的實際運行狀態和系統各元件的技術、經濟等指標要求,為調度人員做出準確的調節和控制的決策提供依據;
(三)能實現整個電力系統的綜合協調,使電力系統安全、可靠、經濟地運行,并提供優質的供電;
(四)電力系統自動化技術能提高工作效率,降低電力系統事故發生概率,延長設備使用壽命,能夠保障電力系統的安全、可靠、經濟地運行,尤其是能避免整個電力系統的崩潰和大面積停電等連鎖性事故發生。
六、電力系統調度自動化技術的發展趨勢
隨著計算機技術、通信技術、數據庫技術等技術的快速發展,電力系統調動自動化技術應朝著模塊化、面向對象、開放化、只能化合可視化等方面發展。 (一)模塊化與分布式。電力系統調度自動化系統軟件設計的重要思想就是模塊化和分布式。組件技術是一種標準實施的基礎,能夠實現真正的分布式體系結構,基于平臺層解決數據交換的異構問題,是一種重要的電力系統調度自動化技術。
(二)面向對象技術。電力系統調度自動化的目的就是為了能夠及時準確地獲得電力系統運行的實時信息。面向對象技術是一種能很好的解決這個問題的技術先進且能很好地遵循ClM的技術,但它的實現有一定的難度。
(三)電力系統調度綜合自動化。全面建立調度數據庫系統,提高電力系統調度自動化的綜合管理水平,使電力系統運行達到最優化,避免電力系統崩潰或大面積停電事故,提高電力系統的安全性和可靠性;建立并完善電氣事故處理體系,使事故停電時間降到最短,降低各種不必要的影響。
(四)無人化值守管理模式。建立無人值班綜合監控系統,能夠對電力系統的運行狀態進行實時監控、安全性分析、狀態估計、負荷預測及遠程調控等,當系統出現故障時自動報警,以便調度人員及時處理事故,從而保證電力系統安全、可靠、經濟運行,實現無人值守調度管理方式,減少值守人員,提高工作效率。
(五)智能化。智能化調度是未來電力系統發展的必然趨勢。智能調度技術采用調度數據集成技術,能夠及時、有效地獲取電力系統運行的實時信息,實現電網正常運行的實時監測和優化、預警和預防智能化控制、故障的智能判辨、故障的智能分析、故障的智能恢復等,最大限度實現全面、精細、及時、最優的電力系統運行與管理,以達到電力系統的調度、運行和管理的智能化。
結語
本文首先簡要地敘述了電力系統調度自動化系統的重要性及電力系統設計人員掌握相關技術的必要性。根據幾種電力系統調動自動化系統的應用,概述了電力系統調度自動化技術在國內外的應用狀況。從電力系統調度自動化技術的基本特征出發,對幾種電力系統調度自動化技術進行了簡要的探討。最后,對今后電力系統調度自動化技術的發展趨勢進行了展望。
電力系統中的電氣自動化是現代科學領域中涉及最為廣泛的工科類學科,這其中包含了計算機的軟硬件處理技術、電力電子科學技術、信息處理技術、電氣工程制造等多個技術范圍。伴隨著我國信息技術科學以及電子科技的不斷發展,依托電能發展的控制行業已經逐漸無法滿足現代社會農業、家用、辦公、工廠制造等眾多領域的高度運用,在高需求下,傳統電力帶動的技術在當今多線路的電力系統中已經愈發供應不足。實行高度自動化技術還能在很大程度上緩解工人的勞動量,并且節約了生產所花費的時間,更為電力系統的發展提供強有力的支撐,因此,對電力系統中的電氣自動化技術應用的分析是極為重要的。
1 電氣自動化技術在電力系統中的作用
各種行業各種技術的存在和發展都有著一定的依托促進作用,我國在近幾年所呈現的大國崛起現象已經成為世界經濟政治討論的焦點,尤其是信息化相關方面普及發展技術更是可見一斑。而電力行業作為現代社會發展以及國家軍事信息安全的保障性系統,更在不斷提升自身設施、技術以及專業技能。與高速發展相對應的是,能源匱乏已經成為社會發展避無可避的重大問題。雖然電力能源并非討論中心的一級能源,但是其與有限資源有著十分緊密的聯系。
在我國,電力資源的獲取主要通過火電和水電兩種形式,然而煤炭資源這一非再生資源的逐年短缺已經成為無法避免的問題。水資源方面,水污染以及水資源的極度浪費還在逐步治理過程中,治理成果無法在短時間內顯現出來。雖然近年來我國的電網覆蓋面積在逐年擴大,但是由于我國國土面積遼闊,在一些偏遠農村地區雖然實現通電,但電能供應極度不穩定。再加上通常情況下偏遠農村地區由于經濟發展較為落后,科技普及能力不足,所使用的電器以及輸送電力所需的電纜設備老化情況較為嚴重,這就造成了電能的浪費和斷電現象的出現。如果出現斷電時,相關專業人員未能及時到場進行處理,將造成無法估量的嚴重后果,進而造成社會秩序出現紊亂,擾亂社會治安以及國民經濟發展,更嚴重的會造成國家安全受到影響。
2 電氣自動化技術在電力系統中運用的內容
電力系統中的電氣自動化技術主要包括了PLC技術和計算機技術兩方面。電力系統中的自動化技術其核心即為計算機技術,這也是電氣自動化技術中最為常見也是最具代表性的科學技術,它為電力系統實現電氣自動化提供前提條件,并且在輸配電和供變電方面也發揮了無可替代的作用。
此外,計算機技術中運用了電網的調動,從而實現了國家電網信息的采集工作,并且還負責對不同的省、地區直轄市范圍和省、市、縣不同級別電網實施自主調配工作,對其信息進行儲存和整合。計算機技術在電氣自動化的實施還實現了我國整體電位設備整合,加強對整個電力系統的監控以及調動工作。
隨著現代化的發展,采用電氣自動化在電力系統運行中開展實時的仿真工作。電力系統采用電氣自動化技術進行仿真技術的實施驅動,導致電力系統在更大的工程上都可以實現暫時以及穩定狀態,在這兩種狀態中進行同步的實驗,并且可以為電力系統提供強大且精確的數據,相關的工作人員還能夠在這樣的環境中,對于更多新型的電力裝置進行測試,最終很大程度上推動了混合型的實時、仿真實驗室的建立,也推動電力系統實現更大程度的發展。
PLC技術在電力系統中電氣自動化的應用順利實現了對于電網數據的分析、采集、整合、傳遞以及調換等工作,對整個電網實施控制,并且提高了在電力相關的生產活動中的協調性。PLC技術在電氣自動化中的應用,使得電力控制內接線得以精簡,并且使得電力系統的靈活性和穩定性大大提高,降低了系統的能源損耗,節約了電力生產的人力和物力。PLC技術所具有的種種優勢使得其在電力系統中的電氣自動化方面得到了充分的應用和發揮。PLC技術所采用的輔助性繼電器,內部邏輯關聯替換了之前的機械繼電器導線相連。這樣繼電器其中節點轉換時間就能夠到達忽略不計的程度,這使得電力系統的可靠性顯著提升。除此之外,PLC系統其抗干擾性非常強,這能夠滿足現代工業生產中復雜多變的工作環境。
隨著社會科技的不斷發展,研究的不斷深入,系統的操作流程將會更加簡單易操作,逐步實現了電力系統操作的方便快捷的目標,并降低電力員工的工作難度,提升作業準確率,這使得員工的工作效率大大提升。
3 電氣自動化技術在電力系統中的應用和發展
計算機控制技術在電力系統中發揮著十分重要的作用,起著至關重要的影響。主要是由于計算機技術的快速發展,在電力系統中,用電以及輸電、發電和變電、配電等很多重要的環節,都需要先進的計算機技術作為強大的支撐,這樣可以在計算機技術的帶動下,將我國的電力系統自動化技術也逐漸往更好的方向推動。
電氣自動化技術在電力系統中的許多環節以及領域已經得到了廣泛的關注及應用,這對電力系統的自動化建設有著很大的幫助,而且改變了傳統電力制造傳輸過程中的不足和弊端,對電力系統的整體工作效率得以提升。電氣自動化技術的實際應用充分迎合了我國電力市場在新世紀的發展需要以及社會需求,電氣自動化的驅動技術以及自動化技術能夠完成實時仿真工作任務要求,實現了穩定狀態與暫時狀態同步穩定的存在。與此同時,電氣自動化驅動技術也使得員工的實踐操作和運行準確率大幅度升高,并且促進混合型實時仿真實驗室建設的完成。以太網等技術已經逐步進入到百姓的日常生活中,這也增強了電氣自動化在電力系統中的實用性。電氣自動化在電力系統智能服務化中的實際應用,使得智能化服務效率水平得到顯著提高。該項技術在實現系統智能化服務的基礎上還能夠對障礙提供精準的自動分析,擺脫了電力系統在運行過程中人工分析的情況,大大提升工作準確度。在配電網工作中充分應用電氣自動化技術,實現配電網數字信息配電一體化技術,降低電能的損耗,并且充分發揮了先進科學技術在實際工作生活中的價值。
電氣自動化技術隨著經濟科學的發展,將會朝著更高的國際標準逐步邁進,在功能上能夠實現“控制、測量、保護”這三大目標。IED電氣自動化技術的充分應用和推廣也將實現各環節信息的充分共享,并進一步加強了國家電網一體化的建設。電氣自動化技術在電力系統中應用的規模將不斷擴大,多媒體、通信、計算機等技術也將更加深入發展。電氣自動化在保證系統相對獨立性的同時還能夠保證電網數據的準確采集和監控。PLC技術的操作流程也將向著直觀精簡易操作的方向發展,大大提高員工操作的效率以及準確率。因此,逐步加強PLC技術和計算機技術在電力系
統中的實際應用,將使控制設備的效率以及工作成果達到質的飛躍,并且傳感器和執行器也應得到充分的推廣。以太網、多媒體客戶服務器的充分發展,也將使得這些技術更深入地運用到電氣自動化技術的研究中,提升電力系統穩定性和高性能,加強電力系統中電氣自動化技術的實際運用是現代科技經濟發展的大勢所趨。 我國自主研制的電氣自動化控制系統,可以對電力系統的運行開展監控,對于相關數據進行采集,具有以下優勢:對系統的獨立性起到保護的作用以及對事故可以及時地進行分析、處理的優點;可以很好地將設備的重復配置現象減少,使得技術更加合理,對于設備的維護工作量也有很大程度的減少。電氣自動化技術在未來發展的過程中,必將會逐漸轉換成為保護、控制以及測量等很多方面的綜合技術。保護、控制以及測量三者綜合一體化的應用技術是未來電氣自動化技術發展的主要方向,在未來的研究中,只有不斷把這三個方面的工作通過計算機輔助使其一體化地完成,才可以真正地將電力系統從整體上實現自動化,也很大程度上推動了我國電力系統自動化發展的進程,促進我國的智能化電網系統改革更快地發展。此外,現代化的計算機信息處理技術也是電力系統發展中一個必不可少的組成部分,它正在朝著并行處理分布式的方向快速發展,計算機在電氣自動化技術未來的發展中也會占據越來越重要的比重。
4 結語
電氣自動化技術在電力系統中的實際運用,大力推進電力系統現代化的建設發展目標,使得電力系統智能化服務的效率和工作質量得到了顯著提升。在實際生產實踐過程中,我們必須將新技術、新思想積極大膽地應用到電力系統生產過程中去,這樣才能發揮新世紀信息科學技術所產生的巨大價值和影響。對于電力系統中的電氣自動化技術進行不斷深入的研究,逐步完善我國電力系統的一體化建設,為我國智能電網的建設目標以及電力工業發展注入新的活力。
導語
在電力系統發展與信息化相結合越來越緊密的今天,計算機網絡一方面促進了電力系統的建設與發展,但在另一方面上計算機網絡本身所存在的易受病毒侵害等問題,也在無形中加大了電力系統運營的安全風險性。
1、計算機網絡信息安全對于電力系統運營穩定的影響
在開放的電力市場機制下,通過計算機網絡引入可以有效的將電力用戶與電力交易中心進行聯系,密切了雙方之間的服務關系,因此一旦電力系統受到相關計算機網絡病毒的侵害,將會對消費者和電力企業造成極大的損失。在這一情況下,在電力系統中進行必要的計算機網絡安全防護工作醫刻不容緩。電力企業中為了防止黑客以及病毒的侵害,通常采用認證技術以及加密等措施進行保護電力系統計算機網絡安全,但是很多的非法份子以及黑客能夠根據數據傳輸的長度、速率、流量以及加密數據的類型等等對電力系統中較大設備的影響或者破壞,或者非法份子以及黑客等還可以將計算機網絡流量的分析和密碼的分析結合起來對傳送的數據進行解碼,這樣就會對電力系統中直接操縱的設備以及數據受到嚴重的威脅,所以在電力系統計算機網絡信息中沒有安全保護措施,可能會對電力系統造成嚴重的破壞,因此在電力系統中加強計算機網絡信息安全防護措施是非常重要的。
2、電力系統計算機網絡信息安全存在的問題
2.1工作環境的安全漏洞
目前在很多電力企業中電力操作系統以及數據庫系統等用戶環境自身就存在很多的安全漏洞,如對特定網絡協議實現的錯誤,自身體系結構中存在的問題等一些漏洞都會對電力系統造成嚴重的破壞,從而對電力企業造成嚴重的損失。
2.2網絡協議存在的安全問題
在電力系統計算機網絡(Internet)中采用的TCP IIP協議主要是面向信息資源共享的,所以會造成部分的計算機網絡協議存在一定的安全漏洞,這種漏洞也是目前計算機網絡以及信息安全問題中最為重要的根源。比如常見有FTP、Telnet、SMTP等協議中。并且在電力系統中用戶的口令信息主要是采用明文的形式在計算機網絡中進行傳輸的,這些網絡協議雖然是依賴的TCP協議本身但是也不能保證電力系統計算機網絡信息傳輸信號的安全性。
2.3計算機病毒的侵害
計算機病毒是最為常見的一種病毒形式,任何一個接觸計算機網絡的人員都可能會有遭到病危害的先向我。計算機病毒分為“蠕蟲”和“病毒”,計算機病毒是一種誠訊,是一段可以進行執行代碼的程序。計算機病毒如同生物病毒,具有獨特的復制能力,并且蔓延的速度是非常之快的。但是也是非常難以清除的,并且病毒還能夠將自身附帶的各種病毒類型一個用戶傳到另一個用戶通過文件的復制進行傳遞。計算機病毒不僅具有復制能力,而且也具有其他的一些共性一個被污染的程序能夠傳送病毒的載體。
3、電力系統計算機網絡信息安全的防護措施
3.1加強對網絡安全的重視
電力系統計算機網絡的安全性越來越重要,所以在電力企業,首先應該提高全體員工計算機網絡信息安全技術水平和信息安全知識水平,提高防護計算機網絡信息竊密泄密的水平以及綜合能力,電力企業中嚴謹將涉密的計算機與互聯網或者其他的公共信息網相連接,嚴謹在互聯網以及非涉密的計算機網絡中處理單位機密以及國家機密的,不斷落實計算機網絡信息安全保密責任,加強對網絡安全的認識,并且還應該開發合作單位的安全保密管理系統,并簽署保密協議,加強對電力系統計算機網絡信息安全的監督和管理,并且應該定期不定期的對電力系統計算機網絡信息的安全性進行檢查,并且還應該做好文檔的存檔、登記以及銷毀等各個環節的工作,及時發現并處理電力系統中網絡信息安全隱患,從而保證電力系統網絡信息的安全性。
信息化是我國加快實現現代化和工業化的必然選擇,堅持信息化帶動工業化,以工業化促進信息化,從而走出一條含有高科技的道路,不斷推進我國信息化的建設。我國最高人民檢察院以及中央保密委員會也多次發出相關文件要做好信息保密工作,切實防外部侵害和網絡化帶來的國家以及單位機密泄露。
3.2防火墻的攔截
防火墻主要是保護計算機網絡安全的一種技術措施,它主要是用來進行阻止網絡中的黑客的入侵的一道屏障,防火墻也被稱為是控制逾出兩個方向通信的門檻。在電力系統中在殺毒軟件的基礎上配置防火墻軟件系統是比較安全的措施,并且在電力系統中為了預防黑客或者不法分子的入侵對計算機網絡信息以及系統的備份是非常重要的,而且還對備份進行定期的檢查,保證其有效性。
3.3防病毒
(1)在電力企業中管理信息系統應統一部署病毒防護的措施,嚴謹電力系統中的安全區Ⅰ和Ⅱ與管理信息系統共同使用一個防病毒的管理服務器;(2)在電力系統中對于所有系統中的服務器以及工作站都應該布置有恰當的防病毒產品的客戶端;(3)在對電力系統的計算機網絡進行布置單獨的電子郵件系統時,必須在電子郵件的服務器前段部署殺毒軟件以及病毒網關,從而可以有效防止帶有病毒的郵件在辦公網路中傳播蔓延;(4)電力系統與Internet的網絡接口處也應該部署防病毒的網關,從而可以防止蠕蟲以及病毒的傳播和蔓延到電力企業的管理信息系統中;(5)為了保證電力系統計算機網絡的安全性,還應該加強病毒的管理,從而可以保證病毒特征碼的全面及時的更新,并且應該及時進行查殺病毒的特征以及類型并掌握病毒對電力系統威脅的情況,從而可以采取有效的措施保證電力系統的網絡信息的安全性。
4、電力專用物理隔離措施
在電力系統中對于網閘可以采用隔離島以及雙處理器的設計技術,并且在電力系統的軟件和硬件方面都應該采用單向傳輸控制,從而保證網絡傳輸的單向性具有可靠地保證。為了保證電力二次系統的安全性專門設計了單向電力系統的物理隔離裝置,這種隔離裝置主要用于電力系統的安全區Ⅰ或者集散控制系統中的DCS系統中,安全區Ⅱ(非控制生產區)和管理信息系統的MIS網或者安全區Ⅲ、Ⅳ(生產管理區)等網絡物理隔離,并且還能夠保證電力系統的安全區Ⅰ、Ⅱ向安全區Ⅲ、Ⅳ進行實時有效的傳輸數據。并且電力
專用物理隔離措施能夠有效的阻止病毒以及黑客以及外來網絡的入侵。從而可以最大限度的保證電力系統計算機網絡的安全性。 5、主機防護
電力系統中的主機防護系統能夠有效的預防以及控制各種計算機已知病毒或者未知病毒、各種惡意程序以及木馬的入侵。并且在進行連接互聯網時,不用擔心由于中病毒而導致系統的癱瘓現象,并且可以不用重啟系統,只需要進行點擊按鈕,則系統就可以恢復到正常的狀態,主機的防護對增加服務器的安全性具有重要的作用和價值。
總結
電力系統計算機網絡信息化的應用隨著社會的發展和科學的技術的發展而發展,在信息技術快速發展的時期,計算機網絡信息的安全性也在逐漸變化,這對電力系統的計算機網絡細信息的安全性和可靠性帶來更大的挑戰,目前電力系統的安全防護主要是防護病毒、黑客以及非法分子等通過各種形式對系統的攻擊和破壞,因此加強電力系統計算機網絡信息的安全防護是保證國家重要基礎設施電力系統安全性的重要措施。
一、電力應急通信中VSAT衛星通信的應用范圍
(1)實現雙向數據傳輸。在雙向數據傳輸過程中,電力系統應急VSAT衛星通信具備中低速率、續傳輸、呈星型拓撲結構(可實時指令控制遠端變電站)且指令傳送及返回時延
二、電力應急通信中VSAT衛星通信組網方案
(1)縣調范圍VSAT網絡方案。因此對于通信系統的實時性要求較低,可以采取租用商業衛星通信網絡。在組網時采取共享主站方案,均以調度部門、變電所、遠端小站的方式接入系統,主要運用“雙跳”連接。(2)地調范圍VSAT網絡方案。此組建方案主要是應用于數量較多(幾十個小站之間)站點的通信,其通信業務主演涵蓋:中低速率數據通道、話音傳輸、圖像傳輸通道以及太網接口等等。由于此類通信網絡結構需要具備較高傳輸實時性且信息種類較多,因此需要組建專用的VSAT系統,調度部門、變電所、遠端小站主要采取“單跳”連接方式,建立起以調度部門為中心,電力系統內的廠、所為遠端小站的VSAT網絡通信系統。(3)省級系統VSAT網絡方案。省級系統內廠站VSAT網絡主要是指組建一個系統調度中站覆蓋全省所有變電所、遠端小站的VSAT通信網絡。該通信網絡系統必須能夠保證各個地調至省調通局之間以及各個地調至所有覆蓋范圍內的廠、所之間的通信傳輸均為“單跳”連接方式,在整個通信網絡管理系統中需要設置一個中心站,主要負責監視、控制系統和管理整個通信網絡[2]。
三、電網VSAT衛星應急通信建設實例
在國網公司VSAT衛星應急通信網絡的建設當中,組網方案主要采用的是以省公司統一VSAT網絡平臺方案(即:采用分層、分區域架構形式)。省信通公司范圍內,在省調控中心建設中心站/主站,各個廠站建設子站系統(主要設備為便攜小站和車載站),通過中心站/主站與每個子站直接通信,構成星狀衛星通信網。網絡結構如圖1所示。主站系統是利用衛星運營主站,衛星帶寬資源是利用租用的亞太5號衛星Ku波段轉發器資源。中心主站至220kV變電站衛星通信電路開通,使通道具備了應急條件下為電網提供可靠通信通道的條件。這使整個電網的電力通信系統在運行時更加穩定和可靠,保障電網安全抵御自然災害的能力將會得到質的提升。
摘要:廣域測量技術是近年來電力系統前沿技術中最活躍的領域之一。論述了廣域測量系統(Wide-Area MeasurementSystem,WAMS)在電力系統穩態分析、全網動態過程記錄和暫態穩定預測 及控制、電壓和頻率穩定監視及控制、低頻振蕩分析及抑制、全局反饋控制等方面的應用,對其應用前景做了簡要分析,并提出WAMS的發展規劃。
關鍵詞:廣域測量系統(WAMS);同步相量測量裝置;動態監測
隨著電力系統總容量的不斷增加、網絡結構的不斷擴大、超高壓長距離輸電線路的增多以及用戶對電能質量要求的逐漸提高,對電網的安全穩定提出了更高的要求。建立可靠的電力系統運行監視、分析和控制系統,以保證電網的安全經濟運行,已成為十分重要的問題。近來受到廣泛關注的廣域測量系統(Wide-area measurement system,WAMS)可能在一定程度上緩解目前對大規?；ヂ撾娏ο到y進行動態分析與控制的困難。
1安全穩定控制系統
互聯網穩定控制面臨著較多的問題:互聯系統的低頻振蕩問題及緊急控制等問題。如我國華中系統的低頻振蕩衰減時間較長,當系統出現故障時,華中系統的較長的動態過程勢必會通過聯絡線影響到華東系統。傳統的基于事件的就地控制不能夠充分觀察系統的動態過程,因而不能夠較好觀察系統的各種狀態,比如某些系統目前無法較快地抑制低頻振蕩問題。基于響應的廣域穩定控制增強了互聯網穩定控制的可靠性和靈敏性。
目前的穩定控制系統,比如電氣制動、發電機快速勵磁、發電機組切除、自適應負荷減載及新興的靈活交流輸電等,發展到廣域控制都應該是基于廣域電力系統的信息:原來使用就地信息不能夠滿足控制對電力系統充分觀察的要求。廣域測量系統提高了電力系統的可觀察性,通過各種分析手段,進行系統動態過程的分析,如通過頻譜分析,可以實時計算出系統的振蕩模式、系統狀態量的變化趨勢等:從而提供給廣域控制充分的動態信息。
1.1 暫態穩定預測及控制
當今投入實際工業應用的穩定控制系統可分為兩種模式,即“離線計算、實時匹配”和“在線預決策、實時匹配”。但分析表明,大停電往往由“不可預見”的連鎖故障引起,在這種情況下以上兩種穩定控制系統很可能無法響應。理論上最為完美的穩定控制系統模式是“超實時計算、實時匹配”。這種模式假設在故障發生后進行快速的暫態分析以確定系統是否會失穩,若判斷系統失穩則給出相應的控制措施以保證系統的暫態穩定性。這種穩定控制系統的整個分析計算、命令傳輸、執行過程的時間極短,理論上可以對任何導致系統暫態失穩的故障給出相應的穩定控制措施,達到對各種系統運行工況、各種故障類型的完全自適應。
WAMS 在以下幾方面的應用有助于實現上述自適應實時控制系統:
(1)對于 WAMS 提供的系統動態過程的時間序列響應,直接應用某種時間序列預測方法或人工智能方法預測系統未來的受擾軌跡,并判斷系統的穩定性。但由于電力系統在動力學上的復雜性,這種直接外推方法的可靠性值得懷疑。
(2)以 WAMS 提供的系統故障后的狀態為初始值,在巨型機或 PC 機群上進行電力系統超實時暫態時域仿真,得到系統未來的受擾軌跡,從而判斷系統的穩定性。僅就算法而言,這種方法是可靠的,但在連鎖故障的情況下,控制中心未必知道該方法需要的電力系統動態模型;再者,該方法要求的時域仿真的超實時度較高,目前對大規模系統而言可能還存在困難。
(3)基于 WAMS 提供的系統動態過程的時間序列響應,首先利用某種辨識方法得到一個簡化的系統動態模型,然后對該模型進行超實時仿真,得到系統未來的受擾軌跡,并判斷系統的穩定性。這種方法的可靠性比第一種方法好,同時僅基于WAMS 提供的實測信息,不需知道第二種方法必需的故障后系統動態模型的先驗知識,應該是目前比較有前途的方法。
除了判斷系統穩定性外,另一個重要問題是若干預測結果為系統失穩,那么該如何給出適當的控制量以避免系統失穩,這方面的研究相對于暫態穩定預測的研究還較薄弱。它涉及電力系統穩定量化分析和穩定量化指標對控制變量的靈敏度分析,即使在離線環境下這也是一個難點,實時環境下要求快速給出適當的控制量將更加困難。有些研究以WAMS 得到的故障后一小段時間內的實測量為輸入向量,通過人工神經網絡直接將這些實測量映射到控制向量(如切機、切負荷量等)空間,這種方法相當于將暫態穩定預測和求解控制量都隱含在神經網絡之中。但人工神經網絡的訓練需要大量樣本,如何保證這些樣本對各種系統運行工況和各種可能發生的故障具有足夠的代表性是一個難題。WAMS 得到的實測信息也可用作穩定控制后備的失步解列裝置的觸發信號,在這方面的研究中系統通常被等值成兩機系統。
1.2電力系統穩定器(PSS)
傳統的分散配置的分散控制器實際上是在簡化模型下設計的“孤立”控制器,只考慮本機可測信號,不考慮多機系統之間的關聯作用及系統中其它控制器的存在和交互作用影響,其結果是這種控制器只對改善本機控制特性有一定好處,但對系統其它相鄰機組的動態行為不可能有確定的改善,相反存在著各控制器間動作無法協調,而使各自的控制特性惡化的可能性。北美系統在進一步加裝PSS過程中曾有過由于相互協調而使低頻振蕩重新出現甚至加劇的實例。
廣域測量系統提供了廣域系統的同步狀態量,為進一步開發相互協調動作的電力系統穩定器打下基礎。基于廣域測量系統,PSS可以觀察動作以后系統各點的響應情況,并根據系統的狀態,確定進一步的動作。
2 電壓、頻率穩定控制
2.1 慢速電壓穩定控制
基于廣域測量系統,人們可以開發較為慢速的廣域控制,比如電壓穩定控制。美國BPA公司正在開發"先進電壓穩定控制"項目。該項目基于廣域測量系統和SCADA系統提供的系統電壓、電流相量、有功、無功及頻率等綜合信息開發以下控制:基于響應的快速控制,該控制措施包括發電機跳閘及無功補償調節。該控制主要需要提供電壓相量、頻率、有功及無功的測量;利用無功補償設備進行電壓控制,基于廣域測量系統提供的電壓幅值及功角,無功補償設備使用模糊邏輯控制來調節電壓幅度;變壓器自動調壓避免變電站之間并聯變壓器的環流現象,提高電壓穩定性;發電廠的電壓調度在電壓緊急的狀態下,有較多無功儲備的電廠可以提高電壓,從而減少系統的無功損耗,并提高電容器組的無功輸出。這些措施可以提高系統的無功平衡,從而加強電壓的穩定。
2.2 靜態電壓穩定控制
相對于暫態穩定問題,靜態電壓穩定和頻率穩定屬于慢動態的范疇,更易于利用 WAMS 信息實現穩定監視和控制。如利用 WAMS 得到的各節點電壓相量測量值將系統等值成兩節點系統,能快速給出電壓穩定裕度;以各節點電壓相量測量值作為輸入變量,以潮流雅克比矩陣的最小奇異值作為電壓穩定指標,用大量樣本訓練得到一個模糊神經網絡作為電壓
穩定分類器,輸出 變量為很安全、安全、警戒、危險、很危險等 5 種電壓安全水平;以 WAMS 提供的節點電壓相角差和發電機無功出力為輸入變量,應用決策樹快速評價系統的電壓安全水平。
3動態過程安全分析
3.1 低頻振蕩分析及抑制
隨著大電網的互聯,區域間的低頻振蕩對互聯電力系統的安全穩定運行構成了威脅。WAMS 可望在分析和抑制低頻振蕩方面發揮作用。直接將系統線性化狀態空間方程離散化,利用WAMS 提供的各離散時間點的測量值,通過最小二乘法計算線性化狀態空間方程的系數矩陣,進而計算該矩陣的特征根;基于 WAMS 提供的各離散時間點的測量值采用卡爾曼濾波方法計算系統的機電振蕩模式;應用快速傅立葉變換和小波分析對 WAMS 提供的節點間的電壓相角差振蕩時間曲線進行分析,提取低頻振蕩模式。與常規離線分析相比,基于 WAMS 的低頻振蕩分析具有更高的可信度。
通常僅基于本地信息的阻尼控制器(如 PSS)不能很好地抑制區域間的低頻振蕩,因為本地信息并不能很好反映區域間的振蕩模式,本地信號對于區域間的振蕩模式的可觀測性不好。WAMS 的出現為抑制區域間的低頻振蕩提供了強有力的工具,可通過 WAMS 獲取區域間的發電機相對轉子角和轉子角速度信號等全局信息作為阻尼控制器的反饋信號構成閉環控制。將采用 WAMS 信號的區間阻尼控制器附加到發電機勵磁控制器中,達到抑制區域間振蕩的目的;采用 WAMS 信號作為裝設于聯絡線上的 TCSC 裝置的控制輸入,基于線性 H∞控制理論設計了 TCSC 區間阻尼控制器采用 WAMS 信號作為控制器輸入時,需要引起重視的是 WAMS 信號的時滯(Time Delay)問題考慮時滯后閉環系統成為一個時滯系統,若時滯過大可能引起閉環系統的不穩定采用最小二乘預測算法由歷史 PMU 測量序列得到控制器當前的反饋輸入,沒有明確說明時滯的處理方法,但其采用的 H∞控制是一種魯棒控制方法,對由時滯造成的影響有一定抑制作用。
3.2 全局反饋控制
以往乃至目前的電力系統控制研究領域一直強調分散性/就地性,即對電力系統中的某一動態元件僅采用本地量測量構成反饋控制,從便于控制實現的角度追求控制的分散性/就地性毫無疑問是可以理解的,但通常電力系統的動態問題本質上具有全局性(如暫態穩定問題),而分散/就地控制只是通過本地量測量間接地包含一些全局信息,因此在提高全系統穩定性上有一定局限性。隨著 WAMS的出現和發展,研究和實現基于 WAMS 信號的全局信息反饋與控制成為可能。
基于 WAMS 提供的全局實時信號,將通過聯絡線互聯的兩個區域等值成一個兩機系統,然后采用直接線性化技術設計了聯絡線上的 TCSC 控制器,數值仿真結果表明,所設計的基于 WAMS 信號的全局 TCSC 控制器有效提高了互聯系統的暫態穩定性。在全局反饋控制的研究中,同樣存在遠方反饋信號的時滯問題,有必要采用時滯系統控制理論加以分析研究,以探明時滯對全局反饋控制的影響。另外,對于非線性全局控制,如何根據特定的控制目標選擇合適的遠方反饋信號也是一個值得研究的問題。
通過分析可見,建立廣域測量系統成為我國電力系統發展的必然,必須從工程技術、經濟等角度對其開發、應用進行整體規劃。未來重點要編制現有技術應用的規范,并提出技術改進的各種方法。根據我國電力系統運行、規劃、分析、控制、保護及EMS等系統的未來實際要求,確定與廣域測量系統接口、數據管理、分析和交換等各種相關課題。
摘要：分析了電力系統專用通信網的管理要求，針對網絡管理層次多、設備種類多、網絡結構復雜的特點，從技術的角度提出了建設電力通信網網絡管理系統的基本要求及解決方案。方案以TMN為基礎兼容其他網管系統標準，強調接口的開放性，強調系統的一體化和獨立性，強調網絡化和對各種體系結構的兼容性。為網管系統設計和方案選擇提供一些有益的建議。
關鍵詞：電力系統； 通信網絡； 網絡管理系統； Q3適配器； SNMP； TMN
0引言
近年來隨著通信技術的發展，為了滿足電力系統安全、穩定、高效生產的需求及電力企業運營走向市場化的需求,電力通信網的發展十分迅速。許多新的通信設備、通信系統，例如SDH、光纖環路、數字程控、ATM等，都紛紛涌入電力通信網，使網絡的面貌日新月異。新設備的大量涌入表現出通信網的智能化水平不斷提高，功能日益強大，配置、應用也十分復雜。層出不窮的新產品、新功能、新技術及技術經濟效益等諸多因素的影響，使可選擇的設備越來越多，造成電力通信網中設備種類的復雜化。技術的發展使某些舊的觀念有了根本的改變，計算機網絡技術與通信技術相互交融。傳統通信網絡的交換、傳輸等領域引入了計算機網絡設備，例如路由器、網絡交換、ATM設備等。某些傳統的通信業務通過計算機網絡實現，例如IP電話等。今天通信網與計算機網的界限已越來越模糊。電力通信業務已從調度電話、低速率遠動通道擴展到高速、數字化、大容量的用戶業務，例如計算機互聯網、廣域網、視頻傳送等。電力通信網的結構也已從單一服務于調度中心的簡單星形方式發展到今天多中心的網狀網絡，以保證能為日益增長的電力信息傳輸需求服務。
此外，由于網絡規模的限制，電力通信網實際上是一個小而全的網絡。小是指網絡的業務量不大；全是指作為通信網所有環節一樣不少，而且電力通信網地域廣大、數量繁多。由于規模的原因，電力通信網的管理傳統上一直都是不分專業統一管理，每一位通信管理維護人員都必須管理包括網絡中傳輸、交換、終端各個環節上的設備，還包括電源、機房、環境等網絡輔助設備，同時還要管理電路調配等網絡業務。
由于電力系統行政劃分的各級都設置電力調度，電力通信網又被人為的劃分成不同級別、不同隸屬關系的網絡。一般來說，電力通信網分為主干網、地區網；主干網分國家、網局、省局、地區4級；地區網又分為地區、縣級網。各個級別的網絡根據隸屬關系互聯，各行政單位所屬的網絡管理、維護關系獨立。而且由于傳統的原因，上級網絡的設備維護工作多由通信設備所在地區的下級網絡的通信管理人員負責。網絡設備管理與維護分離，集中運行，分散維護。
面對這樣一個復雜的網絡，這樣一些苛刻的管理要求，唯一的也是十分有效的方法就是建立具有綜合業務功能、綜合接入功能的電力通信網絡管理系統（簡稱網管系統）。
早期的電力通信網管理方式簡單，由于通信設備的功能單一、智能化水平不高，自動化管理表現為監控系統，具有監視通信設備運行狀態，實時通告設備的告警和運行異常信息，遠程實時控制設備的主、備切換等功能。隨著電力通信網的發展，作為新一代通信網基礎的智能化設備出現后，產生了網元管理系統，它除了對設備故障的監控功能外，還包括對設備性能、配置及安全的管理。時至今日，網元管理系統的應用在通信網的運行管理過程中已隨處可見。隨著通信設備智能化水平的提高和通信業務需求的增長，通信組網的靈活性越來越大，通信網的規模也越來越大，網絡管理系統應運而生。
1電力通信網絡管理的設計原則
1.1全面采用TMN的體系結構
TMN是國際電信聯盟ITU—T專門為電信網絡管理而制定的若干建議書［1］，主要是為了適應通信網多廠商、多協議的環境，解決網管系統可持續建設的問題。TMN包括功能體系結構、信息體系結構、物理體系結構及Q3標準的互聯接口等項內容。通過多年來 的不斷完善和發展，TMN已走向成熟。國際上的許多大的公司（例如SUN,HP等）都開發出TMN的應用開發平臺，以支持TMN的標準；越來越多國際、國內的通信設備制造廠商也宣布接受Q3接口標準，并在他們的設備上配置Q3接口。國內的公用網、部分專用通信網都有利用TMN來建設網管系統的成功范例，例如：全國長途電信局利用HP的TMN平臺OVDM建設全國長途電信三期網管；無線通信局利用SUN的SEM平臺建設TMN網絡管理系統［2］。TMN的優點在于其成熟和完整性，是目前國際上被廣泛接受的體系中最為完整的通信網管標準體系；TMN的不足在于其復雜性和單一化的接口。這些問題在網管系統建設中應該加以考慮。
1.2兼容其他網管系統標準
在接受TMN的同時，兼容其他流行的網管系統的標準以解決TMN接口單一的問題，對電力通信網管系統的建設十分有好處，尤其在強調技術經濟效益的今天，這一點更為重要。
SNMP簡單網路管理協議所構成的網絡管理是目前應用最為廣泛的TCP/IP網絡的管理標準，SNMP網絡管理系統實際上也是目前世界上應用最為廣泛的網絡管理系統。不僅計算機網絡產品的廠商，目前越來越多的通信設備制造廠商都支持SNMP的標準。因此電力通信網管系統應該將SNMP簡單網路管理協議作為網絡管理的標準之一，尤其在通信網與計算機網的界限越來越模糊的今天，其效益是顯而易見的。
另外，目前出現了新發展的網管體系和標準，例如對象管理組織OMG的CORBA體系、基于Web的網管體系、分布式網絡管理技術等，這些新的技術都應當引起我們的重視?？傊?，對于電力通信網這種組織結構分散的網絡來說，網管系統對各種體系的兼容性很有必要。
1.3采用高水平的商用TMN網管開發平臺作為開發基礎
網絡管理是一個巨大、復雜的工程，涉及面廣，難度大，特別是像TMN這樣的系統，而綜合業務及綜合接入功能的要求又增加了系統的難度。依照標準的建議書從基礎開發做起的方法無論從時間、經濟的角度來說都是不可取的。高層網管應用開發平臺是世界上具有相當實力的廠商，投巨資歷時多年開發出來的商用系統，目前比較成熟的有SUN公司的SEM、HP公司的OPEN View、IMB的NetView等［3］。每一種商用系統都為建設通信網絡管理系統提供了一整套管理、、協議接口及信息數據庫開發的工具和方法。利用商用TMN網管平臺作為核心來構筑電力通信網管系統，屏蔽了TMN網管系統的復雜性，可大大降低開發難度，縮短開發時間，提高分開的成功率。對電力通信網管系統的建設來說不失為一種經濟有效的方法。
當然，商用化高層網管應用開發平臺的成本相對比較高，因此對于規模小、層次低的通信網，采用一些專用的自行開發的網絡管理系統平臺可能更為實際。
1.4網管系統的網絡化
網管系統互聯組成網管網絡這一點是不言而喻的。從長遠的觀點來講，電力通信網管應接受異構網互聯的觀念，即不同層次、不同廠商甚至不同體系結構的系統之間應不受阻礙的互聯，組成一個具有廣泛容納性的網管網絡。
規定一種或幾種統一的標準互聯接口作為系統互聯的限制約定是目前網管系統之間互聯的最可行的方法，如采用CMIP的Q3接口、SNMP的簡單網絡管理協議作為網管之間互聯的標準協議接口。當然隨著技術的發展這種限制可能會有所改變，例如：CORBA技術的應用會對目前的狀況產生影響。雖然統一接口有系統花費大的不足，但是統一接口在數據互聯中的優點是顯而易見的。
網管系統的數據共享和可互操作性機制是網管系統互聯的基礎。完善的安全機制是網管系統互聯成功的保障。網管系統還應支持與網管系統以外的信息管理系統的互聯，實現數據共享。
1.5綜合接入性
網管必須滿足各種通信網絡、通信設備的接入要求，兼容各種制式、各個廠商的產品。
TMN網管系統本身支持的標準接口有限，能夠直接接入TMN網管系統的通信系統、通信設備并不多，大量通信設備的接入依靠網管系統提供的轉換機制，網管系統通過協議適配器這樣的網管部件，將通信設備上的五花八門的管理數據接口轉換成統一的網管系統支持的標準接口（例如Q3適配器，SNMP PROX等），實現網管對通信設備的接入。對于設備種類繁多的電力通信網，這個環節尤為重要。
對于網絡層次多、設備分布廣、智能水平低的電力通信網，如果全盤依照TMN的方案，勢必造成系統十分龐大，整個網管系統變得很不經濟。因此，選用一種綜合接入能力強、成本低的網管系統直接面向大量的通信設備，將通信設備集中轉換，再通過標準接口送入TMN高層次網管。建立綜合接入網管系統來完成接入的任務對電力通信網不失為一種經濟可行的方案。
對于大量中等以下規模的網絡完全可以依靠綜合接入網管系統的功能來管理網絡，既可實現通信設備的綜合接入，又建立了網絡的分層管理，一舉兩得，而且這種方案的經濟效益十分可觀。對于系統已經在建的大量的監控、網元管理系統來說，也可以采用先將其改造成綜合接入網管系統再接入高層TMN網管的方案。
1.6完善的應用功能及客戶應用接口的開放性
在今天這樣的市場競爭環境下，網管系統的應用功能是否完善、豐富，能否滿足用戶的要求、適應網絡的變化，總之網管系統的應用功能是否能得到用戶的認可，是網管系統成敗的關鍵。
應用功能的設置應該能由用戶來選擇，用戶的應用界面應該滿足用戶的要求。這要求網管系統除了具有根據用戶要求定制的能力外，重要的一點是網管系統的應用功能接口應具有開放性，應能支持滿足應用功能接口的第三方應用程序，在不改變基礎系統的情況下不斷推出新的應用功能、用戶界面，滿足用戶的要求。由于電力通信網采用行政劃分的管理方式，各級用戶的管理功能要求的不一致性更大，應用功能開放性的要求顯得更為重要。
1.7網管系統的一體化和獨立性
網管系統應實現電力通信網的一體化管理，即各種功能網絡管理系統的應用程序統一設計，采用統一的界面風格，采用一致的名詞術語。用統一的管理操作界面去操作控制不同型號、廠家的同類功能設備。在同一個平臺、界面上監視、處理網絡告警，控制網絡運行。
真正的網絡管理系統應具有獨立性，系統不應依賴于某個設備制造廠商；網管系統應能保證所有的廠商都得到同樣公平和有效的支持。這樣做的目的是為了保證通信系統本身的發展，確保不會因網管系統方案選擇限制通信系統本身。這一點對于多樣化特點十分明顯的電力通信網尤為重要。
1.8網管系統的人機界面
首先，對象化的思想應該貫穿在網管界面的設計中。將圖形上的元素及元素的組合定義成圖形對象，將圖形對象與它所表示的數據對象、實際的通信設備串聯起來，實現實物、數據、表示界面的統一。這種對象化的設計方法保證了網管系統數據和界面的統一，保證了網管系統對被管理系統的變化的適應能力。對象化的設計觀念應推廣到網管系統人機界面的各個方面，例如：語音申告、媒體管理等。
其次，網管系統的界面應不斷采用新技術加以更新、改造。界面是表示一個系統的窗口，界面的優劣直接影響人們對系統的第一印象，影響人們對系統的使用。引入新的技術，提高系統界面的功能、界面的可觀賞性、系統的易使用程度是網管系統成敗的又一關鍵因素。
GIS是目前實用化和技術經濟性能都比較高的一項可視化信息技術，GIS采用對象化設計思想，支持地理信息數據，支持多圖層控制，采用矢量化圖形方式。GIS在信息管理系統的數據表示界面方面應用廣泛，在表示與地理信息有關的數據界面時尤其優秀，電力通信網管系統可以采用GIS技術開發基于地理信息系統的網管應用界面。
Web是一種影響非常廣的、為人們廣泛接受的、使用方便的數據瀏覽界面，Web支持的數據包括文本、圖形、圖片、視頻等，支持數據庫的瀏覽，而且支持的數據種類和數據格式還在不斷豐富。利用Web的優勢作為網管系統的信息媒介是一種非常明智 的選擇。
2電力通信網管系統方案
2.1需求分析
在選擇網管系統方案時各種因素都會影響最終的決定，如網絡管理要求、通信系統規模、通信網絡結構、技術經濟指標等。網絡管理要求應是確定網管系統方案的首要因素。并不是在任何情況下網管的配置越高、功能越全越好，如果管理要求只關心對通信設備的實時監控，那么最佳方案是選擇監控系統。在完成監控功能方面，監控系統的實時性能、準確程度都較復雜的網管系統要高。同樣如果管理要求只關心通信設備的信息，只需要建立網元管理系統即可。但如果是一個管理一定規模的通信網絡而且提供通信服務的管理單位，那么就應該選擇能夠涵蓋整個通信網的網管系統。
2.2網絡設計
初期的網管系統一般只注重網絡某些部分（如通信設備）的管理，其主要原因是通信網管系統在發展初期一般依賴于通信設備生產廠商。真正的網絡管理系統應包括以下各個層次：
網元數據采集層：網元(設備)的數據接入、數據采集系統。
網元管理層：直接管理單個的網元(設備)，同時支持上級的網絡管理層。這一層主要是面向設備、單條電路，是網絡管理系統的基礎內容。其直接的結果實現設備的維護系統。
網絡管理層：在網元管理的基礎上增加對網元之間的關系、網絡組成的管理。主要功能包括：從網絡的觀點、互聯關系的角度協調網元(設備)之間的關系；創建、中止和修改網絡的能力；分析網絡的性能、利用率等參數。網絡管理層的另一個重要的功能是支持上層的服務管理。
服務管理層：管理網絡運行者與網絡用戶之間的接口，如物理或邏輯通道的管理。管理的內容包括用戶接口的提供及通道的組織；接口性能數據的記錄統計；服務的記錄和費用的管理。
業務管理層：對通信調度管理人員關于運行等事項所需的一些決策、計劃進行管理。對運行人員關于網絡的一些判斷的管理。這一層管理往往與通信企業的管理信息系統密切相關。其功能包括：日志記錄，派工維護記錄，停役、維護計劃，網絡發展規劃等。
網絡管理系統應當是全網絡的，對于面向用戶服務的規模較大的通信網絡，管理的重點應放在網絡、服務、業務等層次的管理上。
2.3系統功能
一個完善的網絡管理系統應具備如下功能。
故障管理：提供對網絡環境異常的檢測并記錄，通過異常數據判別網絡中故障的位置、 性質及確定其對網絡的影響，并進一步采取相應的措施。
性能管理：網絡管理系統能對網絡及網絡中各種設備的性能進行監視、分析和控制，確保網絡本身及網絡中的各設備處于正常運行狀態。
配置管理：建立和調整網絡的物理、邏輯資源配置；網絡拓撲圖形的顯示，包括反映每期工程后網絡拓撲的演變；增加或刪除網絡中的物理設備；增加或刪除網絡中的傳輸鏈路；設置和監視環回，以實施相關性能指標的測試。
安全管理：防止非法用戶的進入，對運行和維護人員實現靈活的優先權機制。
2.4系統結構
為了保證網管系統能較好適應電力通信網的特點，滿足電力通信網的管理要求，網管系統應能兼容多機種、多種操作系統；應能設計成冗余結構保證系統可靠性；應能充分考慮系統分期建設的要求，充分考慮不同檔次的網管系統的需求。網管系統的組成見圖1。
圖1網管系統組成框圖
Fig.1Frame of telecommunication
management system
網管系統可采用IP級的網絡實現系統中各硬件平臺之間的互聯，利用現有的各種管理數據網絡的路由，組織四通八達的網管系統網絡。
數據服務器：是網管管理信息數據庫的存儲載體，用于存儲和處理管理信息。
網管工作站：為網管系統提供人機接口功能。它為用戶提供友好的圖形化界面來操作各被管設備或資源，并以圖形的方式來顯示網絡的運行狀態及各種統計數據，同時運行各種網管系統的應用程序。
瀏覽工作站：通過廣域網、Internet或Intranet網接入網管系統，提供網管系統數據信息的瀏覽功能。
協議適配器：完成網管系統與被管理設備之間的協議轉換。
前置機：通過遠方數據輪詢采集及網管系統與采集系統之間的協議轉換，實現對各種通信站、通信設備的實時管理。
網管系統的軟件由管理信息數據庫、網管核心模塊、若干應用平臺、若干網絡高級分析程序及數據轉換接口程序組成。
管理數據庫：負責存儲和處理被管設備、被管系統的歷史數據, 以及非實時的資料、統計檢索結果、報表數據等離線數據。
網管核心模塊包括管理信息服務模塊、管理信息協議接口及實時數據庫；
通信調度應用平臺包括系統運行監視、運行管理、設備操作、圖形調用、數據查詢等功能。
圖形系統實現網管系統圖形應用界面，包括圖元制作工具、繪圖工具、圖形文件管理工具、數據庫維護工具等。
通信運行管理應用平臺提供網管系統所需的各種管理功能，包括運行計劃管理、維護管理、報表管理、權限管理等。
網絡高級分析軟件包括網絡故障分析、性能分析、路由分析、資源配置分析。
3結語
電力通信網絡管理系統的開發與應用起步比較遲，相對于公用網和其他一些專用網都落后了一步。目前，在電力通信網中未見真正的規模比較大的網絡管理系統，網絡的運行管理主要依靠通信監控系統和一些隨通信系統和通信設備引進的網元、網絡管理系統。隨著網絡規模、管理水平的提高，越來越顯示出目前這種狀況的不適應性。從事電力通信網運行、管理、開發的建設者們有能力、有決心解決好這些問題。
作者簡介：焦群，男，高級工程師，長期從事電力通信網監控系統及網管系統的研究工作。
作者單位：焦群（電力自動化研究院， 南京 210003）
1計算機技術在電力系統自動化應用
計算機控制技術在電力系統中起到了至關重要的作用。這是由于隨著計算機技術的飛速發展,電力系統中用電等重要環節以及輸電、發電、配電、變電環節都需要計算機技術的支撐,這樣就會使得電力系統自動化技術同時得到了快速地發展。
智能電網技術的應用 信息管理系統作為計算機技術中應用最為廣泛的技術之一,電力系統自動化技術與計算機技術結合所形成針對整個全局進行智能控制的技術,也就是智能電網技術,是一個最具典型性的技術,涵蓋了配電、輸變電和用戶以及調度、發電的各個環節。其中變電站自動化系統、穩定控制系統等被廣泛應用到計算機技術的系統中,同時一樣的還有諸如調度柔性交流輸電以及自動化系統等。目前這種數字化電網建設,一定程度上可以說是智能電網的雛形,實際上也為我國建設智能電網做著準備工作。智能電網中較為典型的有智能電網的通信技術,同時在建設的過程中需要很多依托計算機的技術,需要具備實時性、雙向性、可靠性的特征,需要先進的現代網絡通信技術的應用,而且該系統也是完全依托計算機技術而存在的,同時具有信息管理系統。
變電站自動化技術的應用 可以說,變電站的自動化的實現又是依托計算機技術的發展實現的,要實現電力生產的現代化,一個不可缺少的、重要的環節就是實現變電站的自動化。變電站依賴計算機技術實現自動化,在實現的過程中計算機也得到了充分利用,二次設備也隨之實現集成化、網絡化、數字化,完全是采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜。變電站實現自動化,實現計算機屏幕化以及運行管理和記錄統計實現自動化,另外兩個組成部分是操縱以及監視,變電站的整體自動化才得以實現,正是如此多的組成部分實現了計算機的自動化管理。為了聯系發電廠與電力用戶,變電站以及與之相關的輸配電線路必不可少。變電站自動化的實現,不僅組成電網調度自動化的一個重要組成部分,更是為了滿足變電站的運行操作任務。
電網調度自動化的應用 電網調度自動化是電力系統自動化中最主要的組成部分,目前我國將電網調度自動化分為五級,其中各級電網的自動化調度都是與計算機技術的應用分不開的,從高到低分別是:國家電網、大區、省級、地區以及縣級調度。其中最重要的組成部分就是電網調度控制中心的計算機網絡系統,這些裝置在計算機系統的連結下形成一個自動化的電網調度系統,將整個的結合起來。其他的主要組成部分有工作站、服務器、變電站終端設備、調度范圍內的發電場、大屏蔽顯示器、打印設備。計算機在電網調度自動化的作用不僅要實現對電網運行安全分析的監控,還要實現實時數據的采集,更要實現電力系統的電力負荷預測以及狀態估計等功能。因此種種這些,都是通過電力系統專用廣域網連結的測量控制以及下級電網調度控制中心等裝置。
2電力系統自動化中PLC技術的應用
PLC是計算機技術與繼電接觸控制技術相互結合的產物,其存儲器采用了可編程序以實現在其內部存儲進行控制、運算、記錄等操作指令。該技術是為了在工業環境下使用而設計的一種可編程邏輯控制器系統。該技術近年來被廣泛應用于電力系統自動化中,解決了傳統控制系統內可靠性低、接線復雜、靈活性較差以及耗能高等缺點。
PLC技術的數據處理 PLC可以完成數據的采集、分析及處理,具有排序、查表、數學運算、數據轉換、數據傳送以及位操作等功能。這些數據可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,可以完成一定的控制操作,與存儲在存儲器中的參考值比較,也或將它們打印制表。數據可用于過程控制系統,也可以處理一般用于大型控制系統,如無人控制的柔性制造系統。
PLC技術的閉環過程控制
并過程控制是指對壓力、溫度、流量等連續變化的模擬量的閉環控制,PLC通過模擬量I/O模塊對模擬量進行閉環PID控制,并且實現數字量與模擬量之間的D/A、A/D轉換?？墒褂脤Ｓ玫腜ID模塊,也可用PID子程序來實現。
PLC技術的開關量控制 火力發電系統內的輔助系統的工藝流程的控制多為順序控制和開關量控制兩種。用許多行業也應用到PLC進行開關量控制,如機床電氣控制、電機控制以及電梯運行控制、汽車裝配線和啤酒灌裝生產線等。PLC技術的輸出和輸入信號都是通/斷的開關信號。工業控制中應用最多的控制是開關量的邏輯控制。控制的輸出、輸入點數均可通過擴展實現,從十幾個到成千上萬個點,不受限制。
PLC技術的順序控制 隨著國家對節能減排要求的逐步提高以及改革的深入,近年來大型火電企業的輔助系統均已由原來的繼電控制器升級成PLC控制系統,該行業在生產過程中降低資源損耗和提高效益,已成為各企業的管理最終目標。因此隨著科技的進步,各電廠對類似企業輔助車間的自動控制水平也提出了更高的要求,而采用PLC控制系統不僅可以通過信息模塊單獨控制某個工藝流程,并且可以與通信總線連接來協調全廠生產工作。
前言
隨著電網規模的不斷擴大,對于電力系統的運行要求越來越高,在這種情況下,遠動控制技術得到了廣泛的應用,同時也為全面實現智能化、自動化奠定了堅實的基礎。通過對遠動控制技術的深入分析,能夠有助于我們將其更好的應用于電力系統各個運行環節。在下面這篇文章里,我們將對遠動控制技術的概念及實現原理進行簡單了解,并重點對其在電力系統自動化中的應用進行深入探討。
一、遠動控制技術
1.1 遠動控制
遠動控制作為自動控制領域的重要環節,是以通訊技術為基礎,對遠程的設備進行監視和控制,能夠實現實時測量、遠程信號、遠程控制和遠程調節等多項功能。在電力系統中,遠動控制技術的應用是為了使調度實現對轄區內發電廠及變電站的集中控制管理。遠動控制系統主要是由遠動裝置和應用程序組成,能夠實現下列三項功能:(1)采集所有的相關設備數據及報文,并向這些設備傳達控制指令;(2)預處理傳輸的報文;(3)通信功能。具體包括通道運行狀況的自檢、通道的自動切換、選擇不同的通信規約等。
1.2 遠動控制的實現原理
遠動控制技術主要是為了實現“四遙”,即遙測、遙信、遙控及遙調。遠程控制技術作為連接變電站、發電廠與調度之間的橋梁,是相關信息傳輸的重要通道,控制系統主要包括集中監視和集中控制兩個模塊,其中集中監視即遙測和遙信功能,這一模塊的實現的功能是數據采集站、廠將所需的運行參數和狀態按照一定的規約上傳到調度中心,為控制系統提供決策依據,當系統出現故障時,可以及時發現并解決,最大限度的保障系統的正常運行;集中控制模塊是實現遙控和遙調功能,具體是指調度中心將相關操作命令(改變運行狀態、修改設備運行參數)發到管轄站、廠。遠動控制技術的廣泛應用,在保障電力系統運行效率及質量的前提下,能夠有效地降低人力、物力成本。
二、遠控技術在電力系統自動化中的應用
在電力系統自動化的應用過程中,遠程控制的實現需要多方面技術作為基礎,概括起來主要包括數據采集技術、信道編碼技術和通訊傳輸技術。下面我們對這三方面技術的應用進行簡單探討。
2.1 數據采集技術的應用
數據采集是將外部信號采入計算機,并加以處理,最后輸出。下圖1為數據采集的流程圖:
數據采集技術是信息科學的一個重要分支,主要是負責研究信息數據的采集、存儲、處理及控制等。在電力系統監控系統中,監控分站的主要任務之一就是采集它所連接傳感器送來的模擬量和開關量信息,轉換為數字信號后再收集到計算機予以顯示、處理、傳輸和記錄,這一過程即為數據采集。數據采集的成套設備被稱為數據采集系統,可以對運行現場的相關模擬量(如壓、電流、溫度、壓力、流量、位移等)進行采集、量化為數字量,以便于終端計算機的存儲、處理、顯示或打印。這一系統是計算機與運行現場聯系的重要橋梁,是獲取遠動控制相關數據的重要途徑。
在電力系統運行過程中,數據采集技術的關鍵是變送器及A/D轉換技術。在系統運行過程中,鑒于設計及調試需求,其處理的信號主要是低于5V的電平信號,但是在電力系統中,相關的運行設備其工作電壓都比較高,為了保證數據采集的準確可靠性,就需要利用變送器對照這些設備的相關運行參數進行轉換,即將各種不同等級的電壓、電流轉換為合理的TTL電平信號。由于變送器采集的信號為模擬信號,為此還需要利用A/D轉換技術將其轉換為數字信號,以便于進一步對對遙信信息進行編碼,對遙測信息進行采集。
2.2 信道編碼技術的應用
信道編碼作為電力自動化系統的重要組成部分,其目的是對數碼流進行一定的處理,使的整個系統具有一定的糾錯能力和抗干擾能力,最大限度的避免碼流傳送中誤碼的發生。
通信信道是信息傳輸的重要載體,遠控系統能夠利用通信信道將運行現場采集到的信息上傳至調度中心,由后臺系統對其進行分析和解讀。在信息傳輸過程中,為了保證信道的抗干擾能力,首先要做好信號的編碼和譯碼,這一技術可以簡單的理解為對數據信息進行編寫、翻譯和傳輸,目的是為了保證系統采集到的數據在傳輸過程中不會受到外界因素的干擾。對于電力自動化系統,在信道編譯碼過程中,一般是利用線性分組碼來提高抗干擾性;同時還有必要結合循環檢錯法、檢錯重發法、前后糾錯法、反饋重發法對相關的信息的檢驗,來避免傳輸過程中差錯的發生。
2.3 通訊傳輸技術的應用
對于遠動控制系統而言,通訊傳輸技術的關鍵是調制和解調這兩方面。由于電力系統的特殊性,其通信網是依托自身擁有的電力通信網絡資源與方式來構建的。目前應用廣泛的信號傳輸形式為電力線載波和光纖通信。對于前者,其載波信號有兩種,一是在信號發射端通過編碼產生的相關基帶信號;二是電力線中的高頻諧波信號,利用調制技術將載波信號轉換為模擬信號后,以電壓、電流形式在電力線中實現通信傳輸,這一方法必須在信號接收端位置以解調技術將模擬信號還原為數字信號。由此可見,電力系統自動化的數據通信主要是利用調制解調器具有的調制解調技術來實現。
隨著光纖通訊技術的飛速發展,其傳輸性能得到了巨大的提升,同時其設備成本也大幅下降。目前在我國電力系統中,光纖傳輸網絡已經在不斷的建設擴大,相信在不久的將來,光纖傳輸網絡將會全面取代傳統的載波信號傳輸技術。
三、結束語
通過在電力系統自動化中應用遠動控制技術,能夠有效的提高工作效率,保證操作安全可靠性,同時也便于整個系統的集中管理。在上面文章里,我們只是對遠控技術在電力系統自動化中的應用進行了簡單的分析,隨著對于電力系統運行管理水平要求的不斷提高,我們可以預見遠動控制系統在電力系統自動化運行過程中將會更加重要。
一、電力系統自動化和電力系統調度自動化 電力系統自動化是指應用各種具有自動檢測、決策和控制功能的裝置、通過信號系統和數據傳輸系統對電力系統各元件、局部系統或全系統進行就地或遠方的自動監視、調節和控制,以保證電力系統安全經濟地運行和具有合格的電量質量。電力系統自動化已經成為電力系統最核心內容。而電力
系統調度自動化是電力系統自動化的一部分,分為發電和輸電調度自動化(通常稱電網調度自動化)和配電網調度自動化(通常稱配網自動化)。
二、電力系統遠動
電力系統遠動就是在電力系統調度中心對電力系統實施的實時遠方監視與控制。遠動系統包括控制站、被控站和遠動通道。狹義遠動系統只包括兩端遠動設備和遠動通道;而廣義的遠動系統包括控制站的人機設備和被控站的過程設備在內。電力系統的安全監控功能由各級調度共同承擔,而自動發電控制與經濟調度則由大區網調或省調負責,網調和省調還應具有安全分析和校正控制等功能。
三 、電力系統調度自動化的功能
(一)電力系統監視與控制
通過電力系統監視與控制為自動發電控制、經濟調度、安全分析等高層次功能提供實時數據。其中監視主要是對電力系統運行信息的采集、處理、顯示、告警和打印,以及對電力系統異?；蚴鹿实淖詣幼R別,向調度員反映電力系統實時運行狀態和電氣參數。而控制主要是指通過人機聯系設備執行對斷路器、隔離開關、靜電電容器組、變壓器分接頭等設備進行遠方操作的開環控制。
(二)電力系統安全分析
電力系統安全分析主要內容是利用實時數據對電力系統發生一條線路、或一臺發電機、變壓器跳閘的假想事故進行在線模擬計算,以便隨時發現每一種假想事故是否可以造成設備過負荷、以及頻率和電壓超出允許范圍等不安全情況,是一系列以單一設備故障為目標而進行的在線潮流計算。
(三)電力系統經濟調度
電力系統經濟調度是在滿足安全、電能質量和備用容量要求的前提下,基于系統有功功率平衡的約束條件和考慮網絡損失的影響,以最低的發電(運行)成本或燃料費用,達到機組間發電負荷經濟分配且保證對用戶可靠供電的一種調度方法。在調度過程中按照電力系統安全可靠運行的約束條件,在給定的電力系統運行方式中,在保證系統頻率質量的條件下,以全系統的運行成本最低為原則,將系統的有功負荷分配到各可控的發電機組。經濟調度一般只按靜態優化來考慮,不計算其動態過程。
四、電力系統調度自動化技術在國外的應用
國外的電力系統調度自動化系統均是采用了RISc工作者,UNIX操作系統和國際公認的標準,主要有以下幾種:
(一)西門子SPECTRUM系統。該系統是由德國西門子公司基于32比特SUN點的SPACE或IBMMRS6000工作站硬件平臺,引入軟總線概念,服務器之間及內部各進程與實用程序問的信息交換實現標準化開發的。采用了分布式組件、面向對象等技術,廣泛應用于配電公司、城市電力公司和工業用戶。
(二)CAE系統。該系統采用64比特ALPHAI作站、客戶I服務器體系結構和雙以太網構成的EMS硬件平臺,選用分布式應用環境開發研制的,集DAC、SYS、uI、APP、COM于一體。該系統功能分布于各節點,能有效地減少網絡數據流,防止通信瓶頸問題。
(三)VALMET系統。該系統適用于多種硬件平臺,可連接SUN、IBM、PHA工作站。該系統包括實時數據、歷史數據和應用軟件三個服務器。
(四)SPIDER系統。該系統是由ABB公司開發的,采用分布式數據庫和模塊化結構,可根據用戶實際需求配置系統。它具有雙位的遙信處理功能,使狀態信號穩定性好,并有一套完整的維護工具。
五、電力系統調度自動化技術的基本特征
電力系統調度自動化技術應具有以下基本特征:
(一)該技術應該能夠及時并準確地采集、檢測和處理電,網中各元件、局部或整個系統運行的實時信息;
(二)能根據電網的實際運行狀態和系統各元件的技術、經濟等指標要求,為調度人員做出準確的調節和控制的決策提供依據;
(三)能實現整個電力系統的綜合協調,使電力系統安全、可靠、經濟地運行,并提供優質的供電;
(四)電力系統自動化技術能提高工作效率,降低電力系統事故發生概率,延長設備使用壽命,能夠保障電力系統的安全、可靠、經濟地運行,尤其是能避免整個電力系統的崩潰和大面積停電等連鎖性事故發生。
六、電力系統調度自動化技術的發展趨勢
隨著計算機技術、通信技術、數據庫技術等技術的快速發展,電 力系統調動自動化技術應朝著模塊化、面向對象、開放化、只能化合可視化等方面發展。 (一)模塊化與分布式。電力系統調度自動化系統軟件設計的重要思想就是模塊化和分布式。組件技術是一種標準實施的基礎,能夠實現真正的分布式體系結構,基于平臺層解決數據交換的異構問題,是一種重要的電力系統調度自動化技術。
(二)面向對象技術。電力系統調度自動化的目的就是為了能夠及時準確地獲得電力系統運行的實時信息。面向對象技術是一種能很好的解決這個問題的技術先進且能很好地遵循ClM的技術,但它的實現有一定的難度。
(三)電力系統調度綜合自動化。全面建立調度數據庫系統,提高電力系統調度自動化的綜合管理水平,使電力系統運行達到最優化,避免電力系統崩潰或大面積停電事故,提高電力系統的安全性和可靠性;建立并完善電氣事故處理體系,使事故停電時間降到最短,降低各種不必要的影響。
(四)無人化值守管理模式。建立無人值班綜合監控系統,能夠對電力系統的運行狀態進行實時監控、安全性分析、狀態估計、負荷預測及遠程調控等,當系統出現故障時自動報警,以便調度人員及時處理事故,從而保證電力系統安全、可靠、經濟運行,實現無人值守調度管理方式,減少值守人員,提高工作效率。
(五)智能化。智能化調度是未來電力系統發展的必然趨勢。智能調度技術采用調度數據集成技術,能夠及時、有效地獲取電力系統運行的實時信息,實現電網正常運行的實時監測和優化、預警和預防智能化控制、故障的智能判辨、故障的智能分析、故障的智能恢復等,最大限度實現全面、精細、及時、最優的電力系統運行與管理,以達到電力系統的調度、運行和管理的智能化。
結語
本文首先簡要地敘述了電力系統調度自動化系統的重要性及電力系統設計人員掌握相關技術的必要性。根據幾種電力系統調動自動化系統的應用,概述了電力系統調度自動化技術在國內外的應用狀況。從電力系統調度自動化技術的基本特征出發,對幾種電力系統調度自動化技術進行了簡要的探討。最后,對今后電力系統調度自動化技術的發展趨勢進行了展望。
[論文關鍵詞]二次設備 電氣設備 狀態檢修 在線監測 設備診斷
[論文摘要]電力二次設備同樣需要狀態檢修，這樣才能和一次設備保持同步，適應電力系統發展需要。給出了電力二次設備狀態檢修的定義，監測內容，監測方法，解決了電力二次設備狀態檢修的幾個具體問題。
隨著電力市場的開放，電力部門之間的競爭將日益激烈，電氣設備狀態檢修勢在必行；微電子技術、計算機技術、通信技術等的發展使電氣設備狀態檢修成為可能。目前，我國針對電氣一次設備狀態檢修技術的研究文章很多，但對一次設備實施保護、控制、監測的電力二次設備的狀態檢修被忽視。
一、電力檢修體制的演變
在電力系統的發展歷史中，電力設備檢修體制是隨著社會生產力和科學技術的進步而不斷演變的。檢修策略由第一次產業革命時的故障檢修（BM，Break Maintenance）發展到19世紀產業革命的預防性檢修（PM，Prevention Maintenance）。預防性檢修又經過許多年的發展，根據檢修的技術條件、目標的不同，又出現了不同的檢修方式：一種是主要以時間為依據，預先設定檢修內容與周期的定期檢修（TBM，Time Based Mainten ance），或稱計劃檢修（SM，Schedule Maintenance）；另一種是以可靠性為中心的檢修（RCM，Reliability Centered Maintenance）。到1970年，美國杜邦公司提出了狀態檢修（CBM，Con2dition－based Maintenance），也叫預知性檢修（PDM，Predictive Diagnostic Maintenance），這種檢修方式是以設備當前的工作狀態為依據，通過狀態監測手段，診斷電氣設備的健康狀況，從而確定設備是否需要檢修或最佳檢修時機。
二、電力狀態檢修的概念
狀態檢修可以簡單定義為：在設備狀態監測的基礎上，根據監測和分析診斷的結果，科學安排檢修時間和項目的檢修方式。它有三層含義：設備狀態監測；設備診斷；檢修決策。狀態監測是狀態檢修的基礎；設備診斷是以狀態監測為依據，綜合設備歷史信息，利用神經網絡、專家系統等技術來判斷設備健康狀況。
就電氣設備而言，其狀態檢修內容不僅包括在線監測與診斷還包括設備運行維護、帶電檢測、預防性試驗、故障記錄、設備管理、設備檢修和設備檢修后的驗收等諸多工作，最后要綜合設備信息、運行信息、電力市場等方面信息作出檢修決策。
在電廠、變電站檢修決策時要考慮電網運行狀態，如用電的峰段與谷段，發電的豐水期與枯水期；設備所在單元系統其它設備的運行狀態，按系統為單元檢修與只檢修單臺設備的合理程度；電力市場的需要，進行決策風險分析。
三、電力狀態檢修的優點
隨著社會經濟的發展，科學技術水平的提高，電力系統正逐步向狀態檢修體制過渡。狀態檢修與其他檢修方式相比具有以下優點：
1．開展狀態檢修是經濟發展的迫切要求。對設備進行檢修是為了確保設備的安全、可靠運行，而根據設備的狀態進行檢修是為了減少設備的檢修停電，提高供電可靠性。開展設備的狀態監測和分析，可以對設備進行有針對性的檢修，使其充分發揮作用，即做到設備的經濟運行。
2．開展狀態檢修更具先進性和科學性。定期維護和檢修帶有較大的盲目性，并造成許多不必要的人力和費用的浪費；由于定期檢修工作量大，往往使檢修人員疲于奔命，加上現場條件和人員素質的影響“，越修越壞”的現象也時有發生。開展狀態檢修，可減少不必要的工作量，集中了優勢兵力，使檢修工作有一定的針對性，因而是更為科學，更為先進的方法。
3．開展狀態檢修的可行性已經具備：隨著科學技術的發展和運行經驗的積累，已形成了較為完整的設備狀態監測手段和分析判斷方法，開展狀態檢修已有較充分的技術保證。
4．由于狀態檢修往往是以設備運行狀態下的在線監測結果為依據進行的檢修，所以能夠預報故障的發生，使我們可以及時掌握設備運行狀況，防止發生意外的突發事故。
四、電力系統二次設備的狀態監測內容
二次設備的狀態監測是狀態檢修的基礎。要監測二次設備工作的正確性，進行壽命估計。二次設備狀態監測對象主要包括：交流測量系統；直流控制及信號系統；邏輯判斷系統；通信管理系統；屏蔽接地系統等。
交流測量系統包括：TA、TV二次回路絕緣良好，回路正確，元件完好；直流控制及信號系統包括直流動力、控制操作及信號回路絕緣良好、回路完好；邏輯判斷系統包括硬件邏輯判斷回路和軟件功能。二次設備監測對象不是單一元件，而是一個單元或一個系統。監測各元件的動態性能，有的元件性能需要離線監測，如電流互感器的特性曲線等。
因此，二次設備的離線監測數據也作為狀態監測與診斷的依據。
五、二次設備狀態檢修與一次設備狀態檢修的關系
一次設備的檢修與二次設備檢修不是完全獨立的。許多情況下，二次設備檢修要在一次設備停電檢修時才能進行。在作出二次設備狀態檢修決策時要考慮一次設備的情況，做好狀態檢修技術經濟分析。既要減少停電檢修時間，減少停發（供）電造成的經濟損失，減少檢修次數，降低檢修成本，又要保證二次設備可靠正確的工作狀況。
六、結束語
電力二次設備實行狀態檢修是電力系統發展的需要。微機保護和微機自動裝置的自診斷技術的廣泛使用，對電力二次設備的狀態監測無論是在技術上還是在經濟方面都比較容易做到。隨著集成型自動化系統的發展，可大大減少二次設備和電纜的數量，克服目前常規保護狀態監測存在的困難。設備管理信息系統（MIS）在電力系統的廣泛使用，為電力二次設備實行狀態檢修提供了信息支持。電力二次設備的狀態監測將有助于變電站綜合自動化的發展。
