主頁 > 技術(shù)文章 > 關(guān)于新形勢下的電力系統(tǒng)自動化的新技術(shù)及研究方向 2024-09-30

關(guān)于新形勢下的電力系統(tǒng)自動化的新技術(shù)及研究方向

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化面臨著空前的變革。多媒體技術(shù)、智能控制將迅速進(jìn)入電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域。
　　電力系統(tǒng)自動化是我們電力系統(tǒng)一直以來力求的發(fā)展方向，它包括：發(fā)電控制的自動化（AGC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，尚需發(fā)展）、電力調(diào)度的自動化（具有在線潮流監(jiān)視，故障模擬的綜合程序以及SCADA系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的自動化，現(xiàn)今最熱門的變電站綜合自動化即建設(shè)綜自站，實(shí)現(xiàn)更好的無人值班。電力系統(tǒng)是一個(gè)地域分布遼闊，由發(fā)電廠、變電站、輸配電網(wǎng)絡(luò)和用戶組成的統(tǒng)一調(diào)度和運(yùn)行的復(fù)雜大系統(tǒng)。
一、電力系統(tǒng)自動化的概念：
　　電力系統(tǒng)自動化的領(lǐng)域包括生產(chǎn)過程的自動檢測、調(diào)節(jié)和控制，系統(tǒng)和元件的自動安全保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)信息的自動傳輸，系統(tǒng)生產(chǎn)的自動調(diào)度，以及企業(yè)的自動化經(jīng)濟(jì)管理等。電力系統(tǒng)自動化的主要目標(biāo)是保證供電的電能質(zhì)量（頻率和電壓）、系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效能。
二、具有變革性重要影響的三項(xiàng)新技術(shù)：
　　（一）電力系統(tǒng)的智能控制：
　　電力系統(tǒng)的控制研究與應(yīng)用在過去的40多年中大體上可分為3個(gè)階段：基于傳遞函數(shù)的單輸入、單輸出控制階段;線性最優(yōu)控制、非線性控制及多機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制階段；智能控制階段。智能控制是當(dāng)今控制理論發(fā)展的新階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。特別適于那些具有模型不確定性、具有強(qiáng)非線性、要求高度適應(yīng)性的復(fù)雜系統(tǒng)。
　　智能控制在電力系統(tǒng)工程應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景，其具體應(yīng)用于快關(guān)汽門的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)控制，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵磁、電掣動、快關(guān)綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，多機(jī)系統(tǒng)中的ASVG（新型靜止無功發(fā)生器）的自學(xué)習(xí)功能等。
　�。ǘ〧ACTS和DFACTS：
　　1、FACTS概念的提出：
　　電力系統(tǒng)的發(fā)展迫切需要先進(jìn)的輸配電技術(shù)來提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性，一種改變傳統(tǒng)輸電能力的新技術(shù)——柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)悄然興起。
　　所謂“柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)”又稱“靈活交流輸電系統(tǒng)技術(shù)”，簡稱FACTS，就是在輸電系統(tǒng)的重要部位，采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)（如電壓、相位差、電抗等）進(jìn)行調(diào)整控制，使輸電更加可靠，具有更大的可控性和更高的效率。這是一種將電力電子技術(shù)、微機(jī)處理技術(shù)、控制技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)可靠性、可控性、運(yùn)行性能和電能質(zhì)量，并可獲取大量節(jié)電效益的新型綜合技術(shù)。
　　2、FACTS的核心裝置ASVC的研究現(xiàn)狀：
　　ASVC由二相逆變器和并聯(lián)電容器構(gòu)成，其輸出的三相交流電壓與所接電網(wǎng)的三相電壓同步。它不僅可校正穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓，而且可以在故障后的恢復(fù)期間穩(wěn)定電壓，因此對電網(wǎng)電壓的控制能力很強(qiáng)。與旋轉(zhuǎn)同步調(diào)相機(jī)相比，ASVC的調(diào)節(jié)范圍大，反應(yīng)速度快，不會響應(yīng)遲緩，沒有轉(zhuǎn)動設(shè)備的機(jī)械慣性、機(jī)械損耗和旋轉(zhuǎn)噪聲。并且因?yàn)锳SVC是一種固態(tài)裝置，所以能響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)，也能響應(yīng)穩(wěn)態(tài)變化，因此其控制能力大大優(yōu)于同步調(diào)相機(jī)。
　　3、DFACTS的研究態(tài)勢：
　　DFACTS是指應(yīng)用于配電系統(tǒng)中的靈活交流技術(shù)，它是Hingorani于1988年針對配電網(wǎng)中供電質(zhì)量提出的新概念。其主要內(nèi)容是對供電質(zhì)量的各種問題采用綜合的解決辦法，在配電網(wǎng)和大量商業(yè)用戶的供電端使用新型電力電子控制器。
三、基于GPS統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS和動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)：
　　（一）基于GPS統(tǒng)一時(shí)鐘的新一代EMS：
　　目前應(yīng)用的電力系統(tǒng)監(jiān)測手段，主要有側(cè)重于記錄電磁暫態(tài)過程的各種故障錄波儀和側(cè)重于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況的監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。前者記錄數(shù)據(jù)冗余，記錄時(shí)間較短，不同記錄儀之間缺乏通信，使得對于系統(tǒng)整體動態(tài)特性分析困難；后者數(shù)據(jù)刷新間隔較長，只能用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。兩者還具有一個(gè)共同的不足，即不同地點(diǎn)之間缺乏準(zhǔn)確地共同時(shí)間標(biāo)記，記錄數(shù)據(jù)只是局部有效，難以用于對全系統(tǒng)動態(tài)行為的分析。
　�。ǘ┗贕PS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)：
基于GPS的新一代動態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)，是新動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)與原有SCADA的結(jié)合。電力系統(tǒng)新一代動態(tài)安全監(jiān)測系統(tǒng)，主要由同步定時(shí)系統(tǒng)，動態(tài)相量測量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和中央信號處理機(jī)四部分組成。采用GPS實(shí)現(xiàn)的同步相量測量技術(shù)和光纖通信技術(shù)，為相量控制提供了實(shí)現(xiàn)的條件。GPS技術(shù)與相量測量技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物——PMU（相量測量單元）設(shè)備，正逐步取代RTU設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓、電流相量測量（相角和幅值）。
四、電力系統(tǒng)自動化的研究方向：
　�。ㄒ唬┲悄鼙Ｗo(hù)與變電站綜合自動化：
　　對電力系統(tǒng)電保護(hù)的新原理進(jìn)行了研究，將國內(nèi)外最新的人工智能、模糊理論、綜合自動控制理論、自適應(yīng)理論、網(wǎng)絡(luò)通信、微機(jī)新技術(shù)等應(yīng)用于新型繼電保護(hù)裝置中，使得新型繼電保護(hù)裝置具有智能控制的特點(diǎn)，大大提高電力系統(tǒng)的安全水平。對變電站自動化系統(tǒng)進(jìn)行了多年研究，研制的分層分布式變電站綜合自動化裝置能夠適用于35-500kV各種電壓等級變電站。微機(jī)保護(hù)領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先水平，變電站綜合自動化領(lǐng)域的研究已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
　�。ǘ╇娏κ袌隼碚撆c技術(shù)：
　　基于我國目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、電力市場發(fā)展的需要和電力工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的具體情況，認(rèn)真研究了電力市場的運(yùn)營模式，深入探討并明確了運(yùn)營流程中各步驟的具體規(guī)則；提出了適合我國現(xiàn)階段電力市場運(yùn)營模式的期貨交易（年、月、日發(fā)電計(jì)劃）、轉(zhuǎn)運(yùn)服務(wù)等模塊的具體數(shù)學(xué)模型和算法，緊緊圍繞當(dāng)前我國模擬電力市場運(yùn)營中亟待解決的理論問題。
　　（三）電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)：
　　對電力負(fù)荷動態(tài)特性監(jiān)測、電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真建模等方面進(jìn)行了研究，引進(jìn)了加拿大Teqsim公司生產(chǎn)的電力系統(tǒng)數(shù)字模擬實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，建成了全國高校第一家具備混合實(shí)時(shí)仿真環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室。該仿真系統(tǒng)不僅可進(jìn)行多種電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)實(shí)驗(yàn)，提供大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可與多種控制裝置構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，協(xié)助科研人員進(jìn)行新裝置的測試，從而為研究智能保護(hù)及靈活輸電系統(tǒng)的控制策略提供了一流的實(shí)驗(yàn)條件。
　　五、電力系統(tǒng)運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)：
　　電力系統(tǒng)運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)是針對我國電力企業(yè)職工崗位培訓(xùn)的迫切要求，將計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的最新成果和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)分析理論相結(jié)合，利用專家系統(tǒng)、智能cai（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）理論，是進(jìn)行電力系統(tǒng)知識教學(xué)、培訓(xùn)的一種強(qiáng)有力手段。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎，并合理配置軟件資源分布，教、學(xué)員臺在軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上耦合性很少，且系統(tǒng)硬件擴(kuò)充簡單方便，因此學(xué)員臺理論可無限擴(kuò)充。
　　六、配電網(wǎng)自動化：
　　在中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字電子載波ndlc、配網(wǎng)的模型及高級應(yīng)用軟件pas、地理信息與配網(wǎng)scada一體化方面取得了重大技術(shù)突破。其中，ndlc采用了dsp數(shù)字信號處理技術(shù)，提高了載波接收靈敏度，解決了載波正在配電網(wǎng)上應(yīng)用的衰耗、干擾、路由等技術(shù)難題；高級應(yīng)用軟件pas將輸電網(wǎng)ems的理論算法與配網(wǎng)實(shí)際結(jié)合起來，采用了最新國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61850、IEC61970CIM公共信息模型；采用配網(wǎng)遞歸虛擬流算法進(jìn)行潮流計(jì)算；應(yīng)用人工智能灰色神經(jīng)元算法進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。
　　七、電力系統(tǒng)分析與控制：
　　對在線測量技術(shù)、實(shí)時(shí)相角測量、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制理論與技術(shù)、小電流接地選線方法、電力系統(tǒng)振蕩機(jī)理及抑制方法、發(fā)電機(jī)跟蹤同期技術(shù)、非線性勵磁和調(diào)速控制、潮流計(jì)算的收斂性、電網(wǎng)調(diào)度自動化仿真、電力負(fù)荷預(yù)測方法、基于柔性數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控的電網(wǎng)故障診斷和恢復(fù)控制策略、電網(wǎng)故障診斷理論與技術(shù)等方面進(jìn)行了研究。在非線性理論、軟計(jì)算理論和小波理論在電力系統(tǒng)應(yīng)用方面，以及在電力市場條件下電力系統(tǒng)分析與控制的新理論、新模型、新算法和新的實(shí)現(xiàn)手段進(jìn)行了研究。
　　八、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：
　　結(jié)合電力工業(yè)發(fā)展的需要，開展了將專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及進(jìn)化理論應(yīng)用到電力系統(tǒng)及其元件的運(yùn)行分析、警報(bào)處理、故障診斷、規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面的實(shí)用研究。在上述實(shí)用軟件研究的基礎(chǔ)上開展了電力系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用的研究，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的智能化水平。
　　九、現(xiàn)代電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：
　　開展了電力電子裝置控制理論和控制算法、各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的行為和作用、靈活交流輸電系統(tǒng)、直流輸電的微機(jī)控制技術(shù)、動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)、有源電力濾波技術(shù)、大容量交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)和新型儲能技術(shù)等方面的研究。
　　十、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)：
通過將傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及模式識別技術(shù)等結(jié)合起來，針對電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測方法和故障診斷的機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的基礎(chǔ)研究，開發(fā)了發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備、電容型設(shè)備和直流系統(tǒng)等主要電氣設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，全面提高電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。

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