数字化电厂电气控制技术及其应用探究

李振奇

摘 要：由于社会生产活动对电力能源的需求量越来越大，这也为火力发电机组的运行机制带来一定的影响。就现阶段的火力发电机组运行状态来看，较以往的火力发电机组相比，表现出更加复杂的运行状态，这就意味着机组运行的控制和维护工作也面临很大的难度。在火力发电机组设备量越来越多的情况下，如果还是采取以往的控制方法，对设备的运行状态进行监督和控制就需要投入大量的人力与物力，给电力企业的发展带来较大的成本投入。为此我们需要加大对数字化电气控制技术的应用力度，实现对火力发电机组的统一管理与控制。

关键词：数字化；电气控制；技术

一、电厂控制系统的工作原理

1、过程层

过程层是一次设备与二次设备的结合面，是智能化电气设备的智能化部分。在实际运行的过程中，过程层会对电流、电压和开关量所产生的信号源进行获取。而光变压器单元中的数字信息会在电流与电压的共同作用下进入处理层，最后才是对开关信息量的处理，实现对电流、电压、开关量信号信息的转换。在上述转化全部完成之后，就意味着变电站的电磁式互感器合并单元已经形成光信号。在此过程中，光信号的转换质量与相关的工艺水平具有直接联系。最后设备运行的状态将通过互感器和二次侧电气量的同步作用，将其形成数字信号，最终实现电子电流互感器和电压互感器电子信息的上传。

2、间隔层

在电气设备中，间隔层发挥着保护设备运行质量的重要作用。间隔层的主要作用为对线路、母线、变压器、电能计算装置、安全设备以及故障信息等设备进行保护。而对于电压、电流、开关和一些数字信号等，主要是依靠电气控制技术中的运算和逻辑进行推算之后，将其发送到隔离层和以太网的设备装置中，利用隔间隔中的测量数据对相应设备的运行状态进行检测。这些设备的最终运行状态将直接反映到电气控制设备中的智能终端中，一旦识别出存在设备运行不当和设备故障问题，便会自动进行跳闸操作，避免设备故障的影响范围进一步扩大，实现对火力发电机组设备的保护作用。

3、站控层

站控层在电气控制系统中的主要作用是对火力发电机组中相关设备进行有效的调度和控制，确保火力发电机组中各类设备的协同作用，在确保火力发电机组运行状态的基础上，实现发电效率的最大化，保证电力企业经济效益的进一步提升。在实际运行的过程中，主要是通过间隔设备对机组设备运行信息进行实时传送，将相关的信息全部传送到以太网中，以便于在系统内部对相应的设备性能和运行状态进行了解之后，实现有效的调度和集中控制，保证机组运行质量。其中中央变电站的监控系统发挥着重要的作用，可以实现对控制装置和通信装置的有效沟通，确保对各个级别的调度通信站实行有效的远程控制。

二、发变组控制系统

1、发变组保护配置

（1）主变高压侧：主变高压侧的合并单元所采用的接线方式为主线与电流和电压串联形成合并单元，其中的电流合并单元采用点对点的接线方式与保护装置相连，电压则是需要利用母线电压的合并单元与保护装置连接。

（2）主变高压侧、中性点的电流接入方式同样是采用电流合并单元并联的方式与保护装置点对点连接。

（3）对于发电机内部的中性点电流接入方式来说，所采用的连接方式为电流合并单元点对点接入方式，而电压则是依靠机端的电压合并单元，进行点对点接入，最终连接到保护装置中。

（4）火力发电机组中的高厂变高低压侧保护措施为：将电流合并单元保护装置采用点对点的方式连接。高厂变低压侧电压是采用电压合并单元的接入方式与保护装置相连。

2、智能励磁系统

在对数字化励磁调节器的结构分布状态（图1为数字化励磁系统）进行分析之后可以发现，励磁调节器的作用主要体现在间隔层和过程层中。由于间隔层对发电机组设备保护所发挥的重要作用。为此，为了保证运行性能，会在间隔层中设置两套励磁调节器，以便于在一个发生故障问题时，另一个可以继续保证间隔层的保护性能，为火力发电机组的正常运行提供保障。而在过程层中所设置的励磁调节器，因其运行性能存在一定的差异以及设备运行需求，需要设置一套含有智能接口的励磁调节器，为电气回路的统一运行提供保障。

在过程层中，通过采集励磁调节器所产生的回路功率，可以实现对开关量、温度量等相关信息的收集。再由励磁调节器的智能接口，将信息传送到中心控制系统中。励磁调节器在運行的过程中，所产生的电流、电压和数字量信息会通过网络接收机实现相应的数据操作。在调节器中所应用的是最先进的非线性鲁棒控制技术，其自身所具备的时钟校对功能和信息通讯功能，可以有效实现对火力发电机组相关设备运行性能的智能数据采集。同时还具备一定的在线监控功能，可以有效保证火力发电机组的安全运行。

3、发电机自动准同期（ASS）

自动准同期并网是电力系统中的一项重要的基本操作，完成这一操作的设备是自动准同期装置（ASS），它能控制发电机组自动调速和调压，使频差和压差满足准同期条件，从而实现准确、安全的并网。具体的同期装置如下图2所示。

4、快切、AVC、AGC

（1）快切：此处启备变可采用快切冷备技术，利用数字化采集的启备变电压、电流、开关量及厂用高压段电压、电流、开关量，通过快切冷备装置，在启备变高压侧未合闸的情况下，使厂用电源准确顺利地切换，这样每年可节省大量的启备变热备损耗费用。

（2）AVC：通过调度发令至电厂AVC装置，再通过电厂AVC装置调节数字化励磁装置，以调整整个系统电压。

（3）AGC：通过调度发令至电厂AGC装置，再通过电厂AGC装置将信息发送至DCS系统，再通过DEH系统得以调节负荷。

三、厂用电控制系统

厂用系统主要包括厂用高压段、厂用低压段、高压电机、低压电机、厂用变压器等电气一次设备，变压器保护、线路保护、电机保护、备自投、智能断路器等电气二次控制系统。此处方案一般为基于profibus标准的DCS控制系统，即所有保护装置均支持profibus标准规约，可通过网络将保护装置信息发送至DCS系统，保护功能由就地保护装置完成。

结论：数字化电厂电气控制技术的有效应用，不仅能够提升火力发电机组的运行性能和运行质量，还能降低发生故障问题的几率，确保电厂生产的效率。数字化电厂电气控制技术自身的智能控制终端，可以实现对火力发电机组中设备运行的合理控制与调控，在确保设备运行安全的基础上，实现生产的最大化，提升电厂的经济效益。

参考文献：

[1]张伦.数字化发电厂的设计与应用[D].华北电力大学，2014；

[2]史沁鹏，钱莉莉，贾江涛.火力发电厂电气自动化系统数字化研究[J].电力勘测设计，2015（z2）.