电力工程中的电力自动化技术的运用

何 婧

(四川利泰能源集团有限责任公司,四川 广元 628000)

0 引言

在现代电力工程智能电网的应用和运维工作中,电力自动化技术发挥着至关重要的应用优势,尤其是在智能电网的电力调度工作中,电力自动化技术与电力自动化调度系统更是发挥着非常显著的应用优势。通过网络技术,可实现智能电网中各类信息数据的实时、有效传输,尽最大限度避免各类干扰因素对电力工程线路与设备运行数据传输的不良影响,以此来保障电力通信效果。

1 电力工程智能电网与自动化技术

1.1 智能电网

在现代电力工程的建设、运行及其发展中,智能电网已经得到了广泛应用。就目前的智能电网来看,其主要的功能架构包括应用层、平台层以及操作层3个,每两个层级之间都具有良好的相互配合与相互交融关系[1]。在应用层中,主要的应用功能有状态分析、负荷预测、电力调度、安全分析、实时监测以及故障诊断等;在平台层中,主要的应用功能有数据分析、数据传输、系统管理以及系统设置等;操作层就是用户端操作系统,其主要功能是为人机交互提供支持。

1.2 自动化技术

目前,电力工程智能电网的自动化技术应用主要包括计算机技术、PLC自动化控制技术和网络技术这3种。通过计算机技术可全面监测电力工程中各个线路、设备等的实际运行状态,并通过实际运行状态及其参数的分析来合理优化其运行方式。通过PLC自动化控制技术,可对电力工程智能电网中的各类设备运行参数进行实时采集,并将采集到的数据进行科学、全面地整理,通过实际参数与原始设定参数的对比来判断各个线路设备的实际运行状态,及时发现其运行异常情况,并及时将相应的自动化控制指令传递给现场执行装置,以此来实现智能电网的自动化与柔性化控制[2]。

电力自动化技术在电力工程智能电网中的主要应用方向有很多,包括发电厂、变电站、电网调度、电气设备运维以及继电保护测控等。电网调度是最受关注的一个应用方向。基于此,在当今电力工程与自动化技术的协同发展下,关于智能电网中的自动化调度技术及其系统应用也越来越为当今电力行业所关注。

2 电力自动化技术在电力工程中的主要应用模式

2.1 集中化控制模式

在电力自动化技术的具体应用中,集中化控制模式指的是需要对采集到的信息进行转化,并结合实际情况来分析这些信息[3]。为达到这一目标,技术人员需要将电力工程中的一次设备与二次设备用线缆连接到一起,以此来组成一个一次与二次集中形式的供电系统,并通过自动化技术与自动化系统对其实施集中控制。通过这样的方式,实现电气设备响应速度的显著提升。

然而,在实际运行中,电力自动化技术在集中化控制模式中仍存在一些问题。电力自动化技术的集中化控制模式对控制系统本身的要求很高,一旦控制系统出现故障,整个电力系统就会受到影响。

2.2 分层分布控制模式

在通过分层分布模式进行电力自动化控制时,技术人员需要将现代智能电网控制中的基本逻辑原则作为依据,按照间隔层、通信层以及站级监控层对电力自动化系统进行划分。间隔层主要由控制单元组成,其主要功能是调度和管理设备开关,为电力设备运行的稳定性提供良好保障。通信层在整体模式中属于最为核心的层次,其主要应用功能是传输电力数据,使智能电网各个设备之间保持有效连接,并使其信息传输更具稳定性。监控层的主要应用功能是收集和整理电力数据,并将其上传给自动监控终端,以此来确保整体智能电网运行的稳定性。

然而,在实际运行中,电力自动化技术在分层分布控制模式中仍存在一些问题,由于分层分布模式的层次结构复杂,不同层次设备之间的通信和数据交换容易出现混乱,导致系统运行不稳定。

3 电力自动化技术在电力工程智能电网调度中的实践应用

就目前的电力工程智能电网来看,电网调度是电力自动化技术最为关键的一个应用方向[4]。以下便是对电力自动化技术条件下的智能电网自动化调度系统设计及其应用所进行的分析。

3.1 自动化调度系统整体结构

在当前的智能电网中,自动化调度系统主要由工频电源、调度信号模块、变频器、高频整流模块、负载模块以及电压补偿模块组成。其中,变频器的主要应用功能是电源转换,也可以借助于调度信号模块来发送相应的调度信号。高频整流模块的主要应用功能是将信号模块中的电能转变成直流电,以此来负责负载模块的电能供应。调度信号模块是该系统中最为关键的组成模块,此模块可按照发射与接收两部分进行划分,各部分的主要组成结构都是负载线圈、信号线圈以及激励线圈,其调度信号的发送与接收都通过信号线圈磁共振的方式来完成。

3.2 信号接收模块设计

在自动化调度系统中,信号接收模块是一个至关重要的组成模块。该模块的主要组成部分有整流电路、接收线圈、负载线路以及滤波电路。其中的整流电路以及滤波电路都属于高频整流模块的主要组成部分[5],其主要原理是通过信号接收线圈来自动进行能量采集,然后将其转换成电压,之后再借助于整流电路使电压转变成稳定形式的脉冲电压,最后再借助于滤波器来处理脉动电压,使直流电压足够稳定并将其传输给负载线圈。

整流电路的主要功能是实现直流电和交流电的相互转化。通常情况下,该系统设计时应采用若干个二极管组成的桥式整流电路,此种电路不需要设置变压器,可在保障电流性能的基础上有效节约成本。但因为整流电路中的整流电流以及整流电压都具有较大的波动性,所以在整流电路的具体设计中,设计者还需要通过滤波器来处理其中的电流和电压。在该模块的具体设计中,将确定的电容参数与电感参数作为参考依据,设计者便可对滤波器的型号及其规格等做出合理选择,以此来充分发挥滤波器的应用优势,满足该系统信号接收模块的实际应用需求。

3.3 信号发射模块设计

在电力自动化调度系统中,信号发射模块也是一个非常重要的组成部分。因此,设计者也需要对该模块的设计做到足够重视。具体设计中,为避免电路耦合能耗过大以及谐波情况的干扰,设计者需要将信号发射模块中的电路设计为三点式振荡形式的电容电路。电力自动化调度系统信号发射模块中的三点式振荡电容电路,如图1所示。

在该电路中,限制波形调节电路的主要组成部分包括三极管以及R2和R4两个滑动电阻。基于此,在该系统的实际应用中,技术人员可通过调节R2以及R3的方式来进行波形调整。选频网络的主要组成部分包括C10、C15以及L1,其选频网络因数Q可由损耗电阻和谐振回路电路中的寄生电阻计算得出。如果Q值大于1,则其振动频率(f)需按照公式(1)进行计算：

(1)

基于此,在自动化电力调度系统的具体设计及其应用中,设计者和操作人员只需要对C10、C15以及L1的参数值进行合理调节,便可使整体系统达到自动化频率调节的应用效果。

3.4 无功电压补偿模块设计

在对电力工程智能电网进行自动化调度的过程中,由于受到各方面因素的不良影响,智能电网中的电缆往往很容易存在电压失衡问题。为避免此类问题的发生,设计者需要在该系统中设置一个无功电压补偿模块,并通过该模块使失衡的电压得到及时、有效地恢复。

在自动化调度系统中,电力线路中的电压恢复主要组成部分是两个频率不同的信号组。而在恢复时间的不断延长中,其电压幅值也会产生相应的变化[6]。基于此,为实现智能电网电压失衡问题的有效解决,在具体的自动化调度系统设计中,设计者应根据其具体的电压恢复变化过程,对其实际的无功补偿需求做出科学确定。然后,再以此为依据,将相应的无功补偿装置合理应用其中,通过PLC自动化控制技术、通信网络以及主控计算机之间协调合作的方式对无功补偿装置的应用情况实施自动化控制,以此来满足智能电网自动化调度中的无功电压补偿需求。

3.5 自动化调度系统应用效果分析

通过上述方法完成了电力工程智能电网中的自动化调度系统设计之后,为验证该系统的应用效果,设计者特将其投入某市的智能电网中进行试运行,分析其在智能电网电压失衡监测与恢复中的应用效果,并通过多组试验的方式对该系统与分布式自动化系统以及嵌入式自动化系统的应用效果进行了对比,以此来判断该系统的有效性。表1是本次试验中电力自动化调度系统与嵌入式、分布式自动化系统在某市智能电网电压失衡监测和恢复中的应用效果对比情况。

表1 电网电压失衡监测和恢复中的应用效果对比情况 单位：%

通过以上试验数据对比分析可知,相比较未进行自动化调度而言,在将自动化技术应用到电力工程智能电网之后,电网中的电压失衡故障发生率都有所降低。但相比较嵌入式调度与分布式调度系统的应用而言,在将本次所研究的自动化电力调度系统投入应用之后,其所在的智能电网电压失衡故障发生率较另两种系统应用的故障发生率显著降低。可见,相较传统的电力自动化调度系统,本次研究的自动化电力调度系统在智能电网电压失衡情况恢复方面更具应用优势。

4 结语

综上所述,在现代电力工程智能电网的应用和运维工作中,电力自动化技术发挥着至关重要的应用优势,尤其是在智能电网的电力调度工作中,电力自动化技术与电力自动化调度系统更是发挥着非常显著的应用优势。因此,自动化电力调度系统对于现代电力工程运行质量的提升及其自动化与智能化发展都将十分有利,从而可有效促进现代电力服务质量的提升,尽最大限度满足当前社会实际的用电需求。