电力系统自动化发展趋势及新技术的应用

1、电力系统自动化发展趋势及新技术的应用摘 要随着我国电力体制改革步伐的加快，客观带动了现代电力事业的技术创新与发展。在我国电力系统的建设中，越来越多的新型电力电子和计算机技术得到应用，促进了国内电力系统的自动化发展。 20世纪90年代以来，计算机、通信、功率电子和控制等技术日新月异，而且这些新技术逐渐由理论和实验进入工程应用领域，这些都对电力自动化技术产生了巨大的影响。一些新的观点和理论应运而生，电力自动化技术随之进入一个新的时期。关键词：电力系统 自动化 新技术 The application of power system automation trends and new technolo

2、giesContent abstractWith the accelerated pace of China's electric power system reform, objective driven technological innovation and development of the modern power industry. In the construction of China's electric power system, more and more new power electronics and computer technology hav

3、e been applied to promote the development of the domestic power system automation.Since the 1990s, computer, communications, power electronics and control technology with each passing day, these new technologies into the field of engineering applications gradually from the theoretical and experiment

4、al, power automation technology had a huge impact. Some new ideas and theories emerged, electric power automation technology followed them into a new era.Keywords: Power system automation new technologies目 录引言11、国内形势11.1 需求分析11.2 概念定义11.2.1 电力系统11.2.2 自动化21.2.3电力系统自动化22、电力系统自动化的发展趋势221电气自动化是涉及较大领域的专

5、业22.2电力系统自动化总的发展趋势33、电力系统自动化的新技术应用43.1.FACTS和DFACTS43.2.基于GPS统一时钟的新一代EMS和动态安全监控系统53.3 电力一次设备智能化63.3.1电力一次设备在线状态检测63.3.2 光电式电力互感器63.3.3适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置73.3.4特高压电网中的二次设备开发74、致谢85、参 考 文 献9延安职业技术学院09届毕业论文引言电力系统自动化不仅能够起到准确判断故障位置，而且可以对负荷、电能消耗、电能质量均能实现更加有效的分析，电力系统自动化已经成为提高电力可靠性的一项重要保障。 随着我国电力体制改革步伐的加快

6、，客观带动了现代电力事业的技术创新与发展。在我国电力系统的建设中，越来越多的新型电力电子和计算机技术得到应用，促进了国内电力系统的自动化发展。1、国内形势1.1 需求分析社会日益发展和进步，在这种背号下，电力系统自动化作为一种发展趋势已经在多个领域广泛使用。在网络技术和计算机技术以及监视技术的推动下，高效的电力系统自动化正发挥着越来越重要的作用。采用电力系统自动化的目的：在有限资源和环保严格要求的制约下发展经济已成为全球最重要的话题。所谓“可持续发展”是指当代的发展应以不影响子孙后代的环境权益和生活质量为前提。由于人类的活动造成的全球气候变化便是当今世界关注的焦点，由于化石燃料利用产生的二氧化

7、碳气体引起温室效应使得全球变暖的趋势还在发展。近年来自然灾害大幅增加、地表平均气温升高、冰川溶化就是最有力的证据 1.2 概念定义1.2.1 电力系统电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。1.2.2 自动化机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动

8、化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。 1.2.3电力系统自动化 电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括：发电控制的自动化（AGC已经实现，尚需发展），电力调度的自动化（具有在线潮流配电自动化(DAS已经实现，尚待发展)2、电力系统自动化的发展趋势21电气自动化是涉及较大领域的专业（1）、交通方

9、面，电气化的铁路，像现在的轻轨，地铁，和磁悬浮列车，也包括现在的绝大多数列车都是靠电气化自动远程控制的。 天上的飞机，卫星的发射，等等 （2）、工业方面、石油，化工，电力，生产，等各领域都主要是靠电气自动化进行操作，生产，加工，监控和维护。 像煤制油，煤制氢，煤发电，像化肥厂，炼油厂，钢铁生产，各种自动半自动化的生产线，汽车制造，加工，包装的、传送，油田采油，采气的日常操作维护，远程监控，远程控制等等，方方面面基本上都必须用到电气自动化专业知识。 （.3）、民用方面、民用报警，消防报警系统，暖通系统，安防系统，自动化机械加工，配电系统，供电系统，银行系统，包括我们平时的刷卡系统等等都必须用电气

10、自动化的知识。 (4)、通讯方面、卫星的发射，手机，电脑通讯网络，光纤通讯，电缆通讯，各种控制系统等等都必须用到电气自动化的知识才能实现。 所以说，电气自动化设计的领域太广了，前景也永远不会冷门，没有电气自动化，现在的社会一切都要垮掉了。可见它的重要性。 相信不用我国多地解释，你也明白电气自动化的前景了吧，事实确实是这样的。 2.2电力系统自动化总的发展趋势当今电力系统的自动控制技术正趋向于: (1)在控制策略上日益向最优化、适应化、智能化、协调化、区域化发展。 (2)在设计分析上日益要求面对多机系统模型来处理问题。 (3)在理论工具上越来越多地借助于现代控制理论。 (4)在控制手段上日益增多

11、了微机、电力电子器件和远程通信的应用。 (5)在研究人员的构成上益需要多“兵种”的联合作战。 整个电力系统自动化的发展则趋向于: (1)由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到AGC(自动发电控制)。 (2)由高电压等级向低电压扩展,例如从EMS(能量管理系统)到DMS(配电管理系统)。 (3)由单个元件向部分区域及全系统发展,例如SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。 (4)由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。 (5)装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。 (6)追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、

12、潮流控制。 (7)由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。 近20年来,随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展,现代电力系统已成为一个计算机(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和电力装备及电力电子(Power System Equiqments and Power Electronics)的统一体,简称为“CCCP”。其内涵不断深入,外延不断扩展。电力系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能够闭环控制的对象越来越丰富。 3、电力系统自动化的

13、新技术应用3.1.FACTS和DFACTS (1)FACTS概念的提出 在电力系统的发展迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性的时候,一种改变传统输电能力的新技术柔性交流输电系统(FACTS)技术悄然兴起。 所谓“柔性交流输电系统”技术又称“灵活交流输电系统”技术简称FACTS,就是在输电系统的重要部位,采用具有单独或综合功能的电力电子装置,对输电系统的主要参数(如电压、相位差、电抗等)进行调整控制,使输电更加可靠,具有更大的可控性和更高的效率。这是一种将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输电系统,以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量,并可获取大量节电

14、效益的新型综合技术。 (2)FACTS的核心装置之一ASVC的研究现状 各种FACTS装置的共同特点是:基于大功率电力电子器件的快速开关作用和所组成逆变器的逆变作用。ASVC是包含了FACTS装置的各种核心技术且结构比较简单的一种新型静止无功发生器。 ASVC由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。它不仅可校正稳态运行电压,而且可以在故障后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压的控制能力很强。与旋转同步调相机相比,ASVC的调节范围大,反应速度快,不会发生响应迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声,并且因为ASVC是一种固态装置,所以能响应网络中的暂态

15、也能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机。 (3)DFACTS的研究态势 随着高科技产业和信息化的发展,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,电器设备的正常运行甚至使用寿命也与之越来越息息相关。可以说,信息时代对电能质量提出了越来越高的要求。 DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是Hingorani于1988年针对配电网中供电质量提出的新概念。其主要内容是:对供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。 3.2.基于GPS统一时钟的新一代EMS和动态安全监控系统 (1)基于GPS统一时钟的新一代EMS 目前应用的电力系统监

16、测手段主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集(SCADA)系统。前者记录数据冗余,记录时间较短,不同记录仪之间缺乏通信,使得对于系统整体动态特性分析困难;后者数据刷新间隔较长,只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足,即不同地点之间缺乏准确的共同时间标记,记录数据只是局部有效,难以用于对全系统动态行为的分析。 (2)基于GPS的新一代动态安全监控系统 基于GPS的新一代动态安全监控系统,是新动态安全监测系统与原有SCADA的结合。电力系统新一代动态安全监测系统,主要由同步定时系统,动态相量测量系统、通信系统和中央信号处理机四部分组成

17、。采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信技术,为相量控制提供了实现的条件。GPS技术与相量测量技术结合的产物PMU(相量测量单元)设备,正逐步取代RTU设备实现电压、电流相量测量(相角和幅值)。 电力系统调度监测从稳态/准稳态监测向动态监测发展是必然趋势。GPS技术和相量测量技术的结合标志着电力系统动态安全监测和实时控制时代的来临。 随着计算机技术,控制技术及信息技术的发展,电力系统自动化面临着空前的变革。多媒体技术、智能控制将迅速进入电力系统自动化领域,而信息技术的发展,不仅会推动电力系统监测的发展,也会推动电力系统控制向更高水平发展。 当前电力系统自动化依赖IT技术向前发展的重要热点技

18、术当前电力系统自动化依赖于电子技术、计算机技术继续向前发展的主要热点有：3.3 电力一次设备智能化常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。3.3.1电力一

19、次设备在线状态检测对电力系统一次设备如发电机、汽轮机、变压器、断路器、开关等设备的重要运行参数进行长期连续的在线监测，不仅可以监视设备实时运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，从而延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，为电力设备由定期检修向状态检修过度提供保障。近年来电力部门投入了很大力量与大学、科研单位合作或引进技术，开展在线状态检测技术研究和实践并取得了一些进展，但由于技术难度大，专业性强，检测环境条件恶劣，要开发出满意的产品还需一定时日。3.3.2 光电式电力互感器电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大

20、电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大；信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变；互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。因此不少发达国家已经成功研究出新型光电式和电子式互感器，国际电工协会已发布了电子式电压、电流互感器的标准。国内也有大专院校和科研单位正在加紧研发并取得了可喜成果。目前主要问题是材料随温度系数的影响而使稳定性不够理想。另一关键技术是，光电互感器输出的信号比电磁式互感器输出的信号要小得多，一般是毫安级水平，不能像电磁式互感器那样可以通过较长的电缆线送给测控和保护装置

21、，需要在就地转换为数字信号后通过光纤接口送出，模数转换、光电转换等电子电路部分在结构上需要与互感器进行一体化设计。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。3.3.3适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生很大的变化。首先省去了装置内部的隔离互感器、)*+转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。3.3.4特高压电网中的二次设

22、备开发“十五”后期，针对经济和社会发展对电力的需求，电网企业在科技进步方面的步伐明显加快。在代表当今世界输变电技术最高水平的特高压领域，国家电网公司的晋东南,南阳,荆门特高压试验示范工程可行性研究已于-月下旬通过评审，有望年底开工建设，这项试验示范工程的特高压输电电压为1000KV。另外我国南方电网公司也准备建设一条800KV的云广特高压直流输电线路。为特高压输电线路配套的一次和二次设备需要重新研发或从国外引进。开发特高压输电二次设备的主要技术关键点是特高压电网的稳定控制技术和现场设备电磁兼容、抗干扰能力、绝缘等特殊问题的解决。4、致谢 首先感谢蔡晓英老师在本次论文设计中的指导和帮助。通过本次论文实验设计，我对变压器损耗、中性线电流以及三相四线制电路有了更加深刻的认识与理解，对中性线电流与变压器损耗之间的关系也有了自己的理性判断。在实验探究过程中，锻炼了自己的动手实践能力，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。我们互相讨