电气自动化在电力工程技术中的初探

徐州市茂鑫电力工程有限公司 彭 涛

随着我国电网改革的不断深入，国家整体电力系统智能化程度不断提高。这要得益于对新型电气自动化技术的研发和实践工作。电气自动化技术的远程监控功能不断向智能化、集约化方向发展，目前依托于PLC技术、DCS系统等电气自动化技术，能够实现对电力系统设备运行状态的实时监测、控制，既能够降低电力系统的运维成本，同时也能提高电力系统设备参数、状态调控的及时性，提高电力系统的整体稳定性。

1 电气自动化技术

电气自动化技术包括多门领域的先进技术。首先通过远程监测技术，来收集电力工程的运行现状，然后经由构建的通讯网络，将收集到的工程各类设备的运行状态数据传输给主机服务器，由主机服务器判断是否存在故障或运行风险。并同样由提前预设好的程序，通过通讯网络向对应的设备发出指令，以达到对电力工程设备的远程自动化调控目的。

2 电气自动化在电力工程中的应用策略

2.1 电气自动化技术在发电厂中的应用

电气自动规划技术在发电厂中的应用发现主要为对发电机组运行状态的自动化监控。以中小型火电厂为例，电气自动化系统需要拟定如下应用方案。

第一，明确火力发电厂电气自动化监控系统的功能需求。首先，电气自动化

监控系统需要对发变组进行监控、厂用电系统相关设备进行运行参数状态的监测。

第二，要进一步细化设计火力发电厂电气自动化监控系统的硬件结构。

（1）数据的采集与处理模块。数据采集主要通过测量控制单元采集的相关信息。检测工程设备的状态、故障等。同时可以采用定时采集和重点针对的方式采集工程设备运作状态数据，并及时对数据库内容进行更新，可以引入模拟量、数字量等信息采集系统参数。

（2）监视和报警模块。监视系统往往是控制系统的先决条件。通过对电气设备的运行参数以及设备状态进行监视，将监视采集到的结果显示在人机交互的显示器上。同时依据发电机组的类型和规模，选用预告报警或事故报警两类型的报警性能。

（3）控制和操作模块。常见的对工程设备的远程控制可以分为两大类。首先是人工操作手动控制，一种是由监控系统智能发布的控制指令。同时，能够实现操作人员在控制室对整个电气监控系统的操作，可以调阅查询各设备的历史运行状态数据，同时可以从系统中调阅操作记录，及时发现并弥补操作失误问题。

（4）人机交互模块。人机交互模块包括彩色液晶显示器（LCD），功能键盘、汉字打印机。它不仅可以为运行人员提供定时监控电厂设备的各种手段，并且具有对计算机监控系统在线自诊断投、退设备的功能。

第三，要进一步设计完善厂用点监控电监控系统的后台管理系统。

（1）操作员工作站，主要为操作人员通过ECMS实时监控电气系统的整体运行工况，同时操作员能借助这一模块实现人机互动。

（2）工程师工作站，主要为发电机组的运维人员进行数据库内容共调用查阅、界面报表修改维护，网络途径实施监控等功能。

（3）网络设备模块，该模块主要包括网络接口装置、光端接口装置、路由器、网络交换机等。网络设备主要用于实现监控系统信息的传播效率。

2.2 电气自动化技术在变电站中的应用

电气自动化技术可以应用到变电站日常智能化管理系统构建上。按照科学步骤，合理规划智能变电站一体化监控系统。该系统主要有站控层、间隔层、过程层构成。

（1）站控层：主要由监控主机电脑、数据通信设备、数据服务设备、综合服务器、操作员站、工程师站、计划管理终端等组成。

（2）间隔层：主要包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置等。主要用于实现变电站日常运行维护控制操作功能。

（3）过程层：主要由合并功能单元、人机交互智能终端、电励磁系统控制智能组件等。

其中，变电站系统通信网络同样有三个不同结构类型的通信子网集成。

2.3 电气自动化技术在配电网络中的应用

电气自动化技术在配电网络中的应用主要用于配电网络的日常运维和监控。以配电网络电力系统稳定器PSS为例，运用PSS4B型号的电力系统稳定器能够解决大型配电网络低频振荡带来的系统风险。

（1）PSS4B稳定器硬件设计

PSS4B硬件系统主要从核心控制芯片的选定开始，设计整体的硬件结构。本文从配套硬件的成本、核心控制芯片的运算能力综合考虑，建议选用TI（Texas Instruments）生产的32位的浮点DSP—TMS320F28335，用来作为本次PSS4B系统的核心控制芯片。

从匹配浮点DSP—TMS320F28335以及硬件自身性能角度考虑，建议选用F28335哈佛总线架构，并采用静态CMOS技术，能够提供三个运算率高达150MHz的核心芯片，然后集成3个32位的与核心控制芯片匹配的CPU定时器、以及16数据转换传输通道模块（ADC）和2个SCI数据接口，然后再加上eCAN模块2个作为总线模块，还有12个可调控增强型ePWM模块和6个增强型eCAP功能模块构成整个系统的信号数模转换通信模块。总体来说，选用该类信号通信模块系统，基本上能够适用于相对复杂的电力系统数字信号处理工作。

（2）PSS4B稳定器软件系统设计

PSS4B系统的软件功能主要集成在F28335上。DSP的开发不仅需要硬件的仿真器以及通讯电路支持，同时还需要用软件编程实现二进制数据信息的自动化处理功能。

本文建议选用CCS作为DSP软件功能开发工具，用以实现软件代码的编、调试和烧写。软件开发所用编程语言为C语言，所用开发工具版本为CCS3.3。

软件功能模块的设计思路主要采用C语言惯用的开发思路，将软件功能需求分为具体的功能模块，对各个功能模块进行独立开发。这种开发模式不仅会提高软件系统的整体开发进度，能够实现各个功能模块的并行开发，同时还方便了功能模块的调试、移植和升级工作。

具体来说，PSS4B系统的软件开发主要分为主程序开发与功能子程序开发两大类。主程序开发主要完成系统的初始化、子程序状态巡检、核心算法的持续运作功能，一般情况下系统主程序时刻保持循环运行状态，用于不间断处理子程序反馈的运算任务。子程序则是在主程序运行的某个阶段，由主程序调用子程序进入运行状态，实现子程序功能以后，将运行结果反馈给主程序后，就会停止运行进入待机状态。

在程序设计时，要将主程序的一个完整的运转周期作为设计基准，然后将一个主程序运转周期内的子程序功能作为各个子程序的设计目标。这样能够明确主程序的功率计算、转速状态获取、PSS4B计算等主程序功能，同时也能在运行的过程中，满足一些特定条件顺利调取子程序完成数据采样、数据接收以及数据上传等功能。具体主程序流程如图1所示。

图1 PSS4B电力系统稳定器主程序流程图

结论：电气自动化技术是目前国内电力工程实现自动化、智能化的主要技术。依据电力工程具体规格和类型，设计具体的电气自动化监控系统，既能够实现对发电机组运作章台的远距离实施数据监测和控制，同时还能应用与继电保护装置中，提升变电站的业务稳定性。因此，各地电力工程在筹建阶段就应该调研设计具体的工程电气自动化监控系统，兼顾电气自动化监控系统的实用性和可扩展性。要想实现这一点，就需要进一步加大对电力工程电气自动化技术的研发力度，同时有计划的稳步推进电力工程的智能化、集约化实践改革步伐，做到技术研发和技术实践同步。