电气自动化控制技术在电力系统中的应用

戚新军

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

0 引 言

随着相关系统建设战略和先进电力的研发，全球发电技术、输电技术、电力系统调度技术以及电气自动化技术不断进步。其中，电气自动化技术是电力系统运行的主要技术，既确保了电力系统运行的稳定性，又提高了电力系统运行的智能化程度。电气自动化控制技术是目前电力系统运行控制和监视的重要技术，并逐渐代替了传统一对一的控制方式，实现了工作人员在集中控制中心对电力系统各种参数的事故处理和集中控制[1]。

电气自动化控制技术采用十分先进的信息技术，维护电力系统的稳定运行。其作为高新技术产业的重要组成部分是工业现代化的重要标志，能够在无人操作的情况下，按照预先设定的计划或程序独立完成工作。因此，电力自动化技术在电力系统中的应用，对提高供电稳定性和工作效率具有重要意义。

电力企业在日常对电力系统的经营和管理上都会采用信息技术，用于提高电力企业各个方面运行的稳定性和高效性。电力企业中最主要的组成部分是电力系统。在电力系统管理和维修保护的过程中，利用现代化的网络技术检测运行状态，可以提高电力系统管理和维护的安全性。电气自动化技术在电力系统中的应用，为电力企业的持续稳定发展做出了贡献[2]。

智能技术包括专家系统控制技术、模糊控制技术、人工智能技术、线性最优控制技术以及综合智能化监测技术等[3]。文献[4]利用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）执行运算、控制、定时以及记数等操作指令和程序，与传统自动化控制技术相比，能够节省较多的人力和物力资源，提升电气自动化控制的效率。

电气自动化控制技术会直接影响到电力供应系统的稳定性。在此通过介绍电气自动化控制技术的发展情况，分析其在电力系统中的应用可知，电气自动化控制技术不仅需要使传统技术控制方法逐渐向着便捷且多样化的方向发展，还需要在应用上不断向着国际化水平的方向进步，以提高电力系统的运行质量。

本文展开研究电气自动化控制技术在电力系统中的应用，首先构建电力自动化控制约束模型，对电力系统的电量进行自适应调节，其次依据该模型描述逆变装置在电力系统输出时的增益调节控制对象，设计电力系统动态前馈自动化控制系统，最后实现对电力系统多方位和多角度的综合控制处理。

1 实现电力自动化控制 的方法

电气自动化控制技术在电力系统中应用时，在控制前利用电力系统电气自动化控制的输出敏感度参数对其电量进行有效的自适应调节，并根据调节情况建立电力自动化控制约束函数[5]。采用输出稳态增益补偿的控制方法，控制电力系统中的电磁耦合问题，得出电气自动化控制在直流和交流逆变器中的约束函数为：

式 中，Q(x)表示为电力自动化控制约束函数；x表示为电气自动化控制的初始经验模态信号；T表示为电气自动化控制技术的时间延迟常数；f表示为电气自动化控制技术的稳态开关频率。为了方便控制电力系统，可采用高阶滑模控制算法，其给出约束函数的非线性方程为：

式中，f1(s,k)、g1(s,k)、f2(s,k)以及g2(s,k)是电气自动化控制过程中电力系统产生的干扰项；s1、s2、s3以及s4是电气自动化控制的不同经验模态信号。根据电气自动化控制技术的电磁耦合现象特点，补偿控制电力系统的内环，安装对应的内环补偿装置，并分析得出电力系统的具体输出电压特征量[6]。电力系统电气自动控制技术采用多进多出辨识法进行内环控制的过程包括4步。首先将电力系统的输出电流看作控制基准，其次采用并网控制技术和计算机程序控制技术相结合的方式得到电力系统具体输出电压，再次通过d-p坐标转换电力系统的电压，从而得到电力系统输出电压参数的模态识别量参数数值，最后采用相关性检测的控制方法，分析电力系统中的约束参量。通过上述流程得出电气自动化控制的自适应逆变输出值，实现内环积分的自动化控制。

2 实现电力系统控制对象的描述

根据前文设置的 电力自动化控制约束函数，构建逆变装置描述电力系统输出时的增益调节控制对象，得出如图1所示的电气自动化控制技术在电力系统中的电压补偿控制系统流程图。

图1 电压补偿控制系统流程图

图1中，Q表示为控制电力系统的 约束函数；T表示为电力系统的电压参数采集时间；1/（1+0.5T）表示为用于描述控制延迟环节的控制对象；i1表示为电力系统在基准坐标系中的d轴分量；i2表示为电力系统在基准坐标系中的q轴分量。

电力系统控制目标函数描述为：

式中，Qd(x)和Qq(x)分别表示为 电力系统在基 准坐标下d轴和q轴控制目标函数的描述对象；Kd1、Kd2、Kq1以及Kq2表示为电力系统的稳态参数，对电力系统控制的影响效果如表1所示。

表1 电力系统的稳态参数对电力系统的影响

由表1可知，式（4）和式（5）中的参数Kd1、Kd2、Kq1以及Kq2均可通过参数调节和传感器装置信息采集的方式获取，且会对电力系统起到不同的影响效果，实现对电力系统控制对象的描述。

3 电力系统自动化控制实现

3.1 设计电力系统动态前馈自动化控制

根据前文设置的电气自动化控制约束函数，结合对电力系统控制对象的描述，设计电力系统动态前馈信号的自动化控制。设定电力系统的非负数据序列为：

将式（6）结合电力系统中三段集成稳压装置的整流性能，得到电气自动化控制技术的输出控制参数，并获取电气自动化控制的每个传输调度集合为Fi，其中i=1,2,3,…,n。通过上述方式控制后的电力系统在实际控制中输出的整流电路仍然存在脉动成分影响。

在脉动成分的作用下，电力系统负载供电会对不同用电设备造成严重的谐波干扰，从而影响各个用电设备的稳定运行[7]。因此，在应用电气自动化控制技术时可采用动态前馈神经网络控制方法，并在电力系统运行过程中获取稳态点。动态前馈神经网络控制方法如图2所示。

图2 动态前馈神经网络控制方法示意图

图2中，r1和r2分别表示为两个电力系统中前馈神经网络的输入量和输出量，即控制电流幅值的输入值和输出值，v1和v2分别表示为生成控制目标的输入电压和输出电压[8]。对于电力系统接收线圈接收到的相关频率的干扰，应当消除相同频率中的噪声，得到稳定工作点的电势特征序列，并将其与权重值相乘，得到电力系统的稳态输出数值，最后调节传动系数，控制电力系统的稳定运行。

3.2 电力系统实现自动化控制运行稳定的方法

电气自动化控制技术可以为电力系统的故障处理提供保障。通过相应的控制设备获取到电力系统中各电气设备的控制参数后，利用自动化控制技术计算各参数。电力系统中出现故障问题时，通过电气自动化控制技术对系统中各设备进行闭环控制。闭环控制结构如图3所示。

图3 闭环控制结构图

闭环结构中，控制装置的作用是根据偏差的大小、正负、变化情况以及预定的控制规律得出控制作用。比较机构和控制装置合并称为控制器。变送器与检测元件的作用是将被控变量转化为测量值，比较机构的作用是比较测量值与设定值并输出其差值，执行器接收控制器的输出量，然后相应地改变操纵变量。闭环控制主要采用分段的方式，可以有效降低误差变动带来的控制参数延后。闭环控制结构中的控制方法根据不同的误差确定控制参数，如果误差超过了限制，控制装置就会快速运用模糊控制策略调动电机的运动速度，降低误差，有效缩短调整时间。

设备正常运行时，分别赋予其不同的理想运行效果参数，并给自动化控制技术一个已知的定量。利用该定量值，控制装置自动向各设备给出对应的初始数据，即恒定运行速率。待各设备运行一段时间后，通过获取上述参数信息，将其与给定的数值进行比较。若参数超出设定的数值范围，考虑到电力企业的安全运行，应降低各设备的输出频率，从而进一步降低电力系统中各设备的运行速率，若参数未超出设定的数值范围，从电力企业的运营角度考虑，可适当提高各电力设备的输出频率，从而保证企业的工作效率。此外，运用电气自动化控制技术，将电力系统控制中间的上位机作为监控机。电力监控系统的控制结构如图4所示。

图4 电力监控系统的控制结构图

上述系统将电力系统运行过程中的参数信息经过处理后传输到各个具备监视权限的上位机中，实现对电力系统多方位和多角度的综合控制管理。

4 结 论

本文通过详 细研究电气自动化控制技术在电力系统中的应用得出，利用电气自动化控制技术控制电力系统可以有效提高电力系统中电机的输出功率和增益效果。电气自动化控制技术综合利用模糊参数辨识函数、内环控制以及外环控制等相关技术和方法，确保电力系统控制过程的稳定性，并提高输出电压与输出电流的稳定性。此外，在未来的发展过程中，电力系统的控制将不仅仅局限于对电气设备的控制，而会进一步向电力生产过程和人事管理等方向扩展，使得电力企业的发展更加全面化。