电力系统自动化主要技术及发展趋势研究

2011-08-15湖南省电力公司衡山县电力局

河南科技 2011年22期

关键词：控制技术电压系统

湖南省电力公司衡山县电力局李华

电力系统自动化主要技术及发展趋势研究

湖南省电力公司衡山县电力局李华

现代社会对电能供应的安全性、可靠性、经济性、优质性等指标提出越来越高的要求，同时，电力系统对自动化的要求也随之提高。对此，本文，笔者对电力系统自动化技术进行了阐述。

一、电力系统自动化的发展趋势

现代电力系统的自动控制技术正逐步朝着以下方向发展：在控制策略上逐渐朝着最优化和智能化发展；在控制手段上逐渐增加了微型机、远程通信以及电力电子器件的使用；在理论工具的使用上更多借助现代控制理论；在设计分析上越来越多地要求面向多机系统模型去处理问题；在研究人员的组成上也越来越多地需要多工种的联合。

电力系统自动化的整体发展趋势则是：由高电压等级向低电压等级扩展；由单元件向部分区域和全系统发展；由开环数据传送向主动闭环控制；从功能单一向多功能方向发展；目标的追求朝着最优化、智能化、协调化的方向发展；装置的性能由传统型向数字化、灵活化、速度化等方向发展，具有了更加优越的性能；由以加强运行的经济、安全、效率作为目标向服务和管理的自动化方向发展。

在最近的20年中，随着计算机科学、控制技术和通信技术等科学技术的不断发展，现代电力系统已经成为一个统一体。它的概念内涵不断地深入，并且其外延也不断地扩展，所以，电力系统自动化能处理的信息量逐渐增多，直接可以观测的范围也逐渐扩展，所需考虑的因素也不断增多，其能够主动闭环控制的对象也不断地增多。

二、电气自动化发展中具有变革性意义的三大新技术

1. 智能控制技术。电力系统自动控制技术在过去的几十年中经历了三大主要发展阶段：第一是基于传递函数的单输入、单输出控制的阶段；第二是线性最优控制、非线性控制和多机系统协调控制的阶段；第三是智能控制的阶段。智能控制技术在电力系统的实践应用过程中遇到的难题是：电力系统是一个动态性的大系统，具有强非线性的、变参数等特性。在未来的工程应用中，智能控制技术具有非常广阔的应用前景，尤其是在新型的电力系统工程应用方面，具体可以应用在基于人工神经网络的励磁、快关综合控制系统结构、电掣动、多机系统的新兴静止无功发生器（ASVG，Advanced Static Var Generator）的控制等。

2. 柔性交流输电（FACTS）技术。

（1）FACTS技术的产生。由于电力系统的迅猛发展，为了提高电压质量和保持系统的稳定性，先进的输配电技术的研发迫在眉睫，因此，柔性交流输电技术（FACTS）应运而生。这一技术改变了传统的输电能力，使电压的质量和系统的稳定有了更好的保证。为了使电力的输送更加可靠稳定，具有更好的可控性和更高的效率，在原有的输电系统的几个重要的部位加上了有效的电力电子装置，对输电系统的几个重要指标（如电压、相位差、电抗）加以控制，这种新兴的高压输电系统采用了危机处理、力电子、自动控制等新技术，使系统的运行性、可控性、可靠性得到了空前提高，并由此技术获得了大量的具有节点效益的新兴的综合技术。

（2）ASVG的研究现状。作为FACTS的核心装置，ASVG的发展也迫在眉睫。当前FACTS系统的一个共同特点，就是运用逆变器的逆变作用和大功率的电力电子器件开关的瞬间切换作用。ASVG作为一种新型的结构较为简单的静止无功发生器，采用了FACTS中的核心技术。并联电容器和二项逆变器构成了ASVG的基本结构，它的三相输出电压和三相输出电压是同步的。ASVG具有很多优点：当系统运行正常时它可以校正电压，当系统出现电压故障后在恢复阶段它可以用以稳定电压，由此可见它对电网的电压控制力是非常强的；由于ASVG不是机械设备，因此和旋转同步调相机相比，它没有机械设备运行时的机械惯性、机械损伤和机械噪声；它对电压的调节范围比旋转同步调相机更大，反应速度更加敏捷；它不仅能对网络中的暂态做出反应，对网络的稳态变化也能够做出及时的响应，所以它的控制力也比同步调相机优越得多。

3.柔性配电（DFACTS）技术。传统的电力系统自动装置存在许多致命的缺点：运行中出现问题，在处理不及时或处理不正确的情况下，电力系统的运行都会受到影响；局部故障如果处理不当也会波及整个电力系统。伴随着高新科技和电子信息化的发展，客户对输电质量的稳定性和可靠性有了越来越高的要求，各种精密电器的正常运行和寿命越来越取决于输电质量的稳定性和可靠性，因此可以毫不夸张地说，信息时代对供电质量的提高提出了空前高的要求。在此背景下，DFACTS应运而生。DFACTS是FACTS技术在配电系统应用的延伸，又被称为用户特定电力（Custom Power）技术，已成为改善电能质量、提高配电系统控制灵活性的有力工具。

三、新一代动态安全监控系统

当前使用的电力监测系统主要是用来记录电磁暂态过程的故障状态和波形数据，还有就是在系统稳态正常运行的情况下进行监控和数据样本的采集。前者主要记录数据冗余，记录的时间很短，各种期间缺乏信息的交流，从而使系统的整体性的动态分析变得异常困难；后者记录的数据刷新时间较长，因此只能用来记录和分析系统稳态运行时的参数和信息。但是两者有一个共同的缺点：不同部位之间没有统一的时钟信号，缺乏运行和记录数据的统一性，各部件之间只能各自记录数据，很难对系统的整体动态行为作出正确的分析和判断。由于以上原因，人们研制出了一种新的安全监控系统。这种新的系统是动态安全监测系统与SCADA的完美结合，它由中央信号处理机、通信系统、动态相量测量系统和同步定时系统4部分有机组合而成，采用GPS光纤通信技术和同步相量测量技术，从而实现了准确的当量控制。相量测量技术与GPS技术的有机结合开辟了电力系统的实时控制和动态测试的时代。

由于电力系统的负荷不是稳定不变，而是有规律性或者随机变化的，自动电压控制系统为其提供了可靠的保障。