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摘要:随着我国经济的发展和电力系统大规模的改造,电力系统自动化程度越来越高。电力系统自动化主要涵盖三个领域,即调度自动化、变电站自动化和配网自动化。我国电力自动化系统的发展与电网基本建设、计算机软硬件技术、电子通讯技术的发展密切相关。本文结合我国电力系统自动化的实际,阐述了信息技术在电力自动化系统中的应用情况,并探讨其未来发展方向。
关键词:信息技术;电力自动化;应用分析
作者简介:张敬(1982-),男,江苏盐城人,江苏省滨海县供电公司,助理工程师,主要研究方向:电力系统通信及自动化。(江苏 滨海 224500)
由于社会的发展和生活水平的提高,人们日益重视供电系统的可靠性和安全性。电力自动化系统应运而生,其借助现代的现代电子信息技术实时监视电力系统的运行参数,能够综合监控整个电网的运行状况;实施遥控命令,使电站管理人员能够通过监控中心全面而详细地了解电力系统的运行状况,准确、快速地判断故障位置和故障原因,简便地实现各种数据分析等等。可见,电力系统要实现完全意义上的自动化,就必须运用电子信息和计算机技术,电子信息技术,因为其在促进电力系统自动化的进程中起着决定性的作用。
一、电力系统自动化技术概述
电力系统主要由发电、输电、变电、配电及用电等环节而构成。通常将发电机、变压器、开关及输电线路等相关设备称作电力系统的一次设备。为了确保电力一次设备安全与稳定地运行及电力生产获得理想的经济效益,就需要对一次设备进行在线测控、保护、调度控制等。电力系统中将这些测控装置、保护装置、有关通信设备、各级电网调度控制中心的计算机系统、发电站(厂)、变电站的计算机监控系统等统称为电力系统的二次设备,它涵盖了电力系统自动化的主要技术内容。根据电力系统运行中与电子信息技术手段结合的特点,可将电力系统自动化分为几个模块。
二、电力系统自动化应用电子信息设备的构成
1.硬件构成
电网在运行中要采集两大类实时数据,即遥测量和遥信量,例如隔离开关和断路器的分合位置及继电保护的动作信号等方面。电网在运行中主要的调节和控制信息是遥控信息和遥调信息这两大类,即运用的调节命令,以改变设备运行参数,例如改变发电机出力的调节命令。目前我国电力系统主要是采用微型机为核心的远动装置(即微机远动系统),以实现上述数据采集和调度控制功能,即遥测、遥信、遥控和遥调四大功能。
(1)微机远动系统结构分析。微机远动系统主要由三个部分构成,即厂站端的远方终端装置RTU(Remote Terminal Unit)、调度中心的远动通信接口装置MTU(Master Terminal Unit)和远动通道。
远方终端RTU是装在变电站内的远方数终端装置,RTU的主要功能有:数据采集,如模拟量(YC)、开关量(YX)、数字量(YC)、脉冲量(YC)等;数据通信;执行命令,如完成遥控(YK)、遥调(YT)等操作。按规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能。
调度端远动通信接口装置MTU,其主要功能是对接受的数据进行必要的处理后,传入主机系统的实时数据库,供系统模拟盘、CRT显示及其他应用程序调用。MTU可根据调度控制要求,执行不同的操作命令,传送至厂站端的RTU。显然,处于主机和RTU之间的MTU装置执行着双重任务:一是要完成双向通信的作用;二是为了减轻主机的工作负载,不同程度地完成数据整理、加工的预处理任务。如果自动化系统功能需要扩展,特别是当主机需要承担状态估计及安全分析等繁重的计算任务时,更多的数据预处理工作需由MTU来实现。这种情况一般是通过增设前置预处理机(即前置机),构成前置机系统。
远动通道有多种方式,目前我国电力系统常用的通信信道有载波、微波、扩频、特高频、直通电缆、卫星、光纤等几种方式。根据传送信号类型的不同可将通道可分为模拟通道和数字通道。
(2)实时监控计算机系统的基本配置。随着科技的进步和电力事业的发展,我国电力系统调度中心的实时监控计算机系统基本配置要求也越来越高,在其构成上主要有:大容量、高速度的主机系统和前置机、远动通信接口部分及人机联系系统。
2.软件的构成
能量管理系统EMS(Energy Management System)除包括SCADA系统外,还包括AGC/EDC、状态估计SE、安全分析SA、最佳潮流OPF和自动电路恢复ACR等高层软件。根据各软件的主要功能和用途,可将EMS划分为五种类型:发电控制类、发电计划类、网络分析类、调度员培训模拟类、市场交易与管理类。
监视控制与数据采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统主要功能是:数据采集;实时数据显示;异常或事故报警;事件顺序记录;遥控和遥调;运行报表记录;事故追忆。其中“事件顺序记录”是发生事故时对各断路器、继电保护等动作状况及时间,按时间顺序进行记录。“事故追忆”可保留事故发生前后一定时间内的部分实时数据,如枢纽点电压、主干线潮流和频率等,这些数据为分析事故提供了重要信息。
三、电子信息技术在电力自动化中的具体应用
1.发电厂自动化
分散控制系统(DCS)在目前发电厂综合自动化系统中运用最为普遍,其保护和测控装置就地安装在开关柜中,通过现场总线连接起来,经通信管理机连接至后台机。该系统一般采用多台计算机分散处理多个控制回路,而各控制站的现场信号和控制参数可以经由通信传到其它控制站和操作员站的CRT上。DCS的运用给发电厂带来巨大进步,特别是计算机的硬件技术、软件组态技术和通讯技术所形成的技术优势,使前期电站中相对独立的控制系统,在数字技术的支持下形成了控制功能分散、监控参数集中、各子系统信号联系紧密的整体。
2.电网调度自动化
电网调度自动化是电力系统自动化的核心内容之一,它是由电网调度控制中心的计算机网络系统、服务器、大屏蔽显示器、打印设备、工作站、下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂及变电站终端设备等主要部分组成。电网调度自动化系统是电网调度安全稳定运行的有效保障,它能够很好地解决电能的合理分配问题。
电网调度自动化系统的主要功能是电力生产过程实时数据的采集与监控、电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制(省级或以上电网)、自动经济调度(省级或以上电网)并适应电力市场运营的需求等。以保证电网的安全运行和高效供电,不断降低电能生产传输的费用,尽可能使电网运行在其物理极限而又安全的状态下以推迟新投资和降低成本,提高电网运行的整体经济效益。
现阶段我国电网调度自动化可分为国家电网调度、大区电网调度、省级电网调度、地区电网调度和县级电网调度五级。国家和大区电网调度控制中心的电子设备配置相对省级电网调度控制中心而言,规模更大,服务器和网络设备容量大,应用软件也存在着较大的差异。县级电网调度控制中心电子设备规模较小,且工作站和服务器一般选用工业或普通商用的PC机。
3.变电站自动化
变电站自动化是为了取代人工监控和电话人工操作,加强对变电站的监控功能,以实现变电站的安全高效地运行。信息技术在变电站自动化中的应用,源于在变电站中普遍使用基于计算机技术的智能设备(IED),它不但能分析出很多现场难以直接测量的数据,实现数据数字化,而且能通过计算机数据通信接口,利用计算机的存储功能完成统计记录。
变电站自动化系统的特点是运用计算机技术、自动控制技术和通讯技术等实现对变电站二次设备(如继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重组和优化,通过变电站系统内部各设备的信息交换、数据共享,实现监视、测量、控制和协调变电站全部设备的运行监视和控制的任务。变电站综合自动化取代了变电站常规二次设备,能够简化变电站二次接线,它作为电网调度自动化不可或缺的重要组成部分,是电力生产现代化的一个重要环节。
四、电力系统自动化未来应用电子信息技术的趋势
1.电子信息设备与电力自动化设备的兼容问题
电子信息设备与电力自动化设备硬件、软件兼容问题成为当前的一个研究热点。电力系统中微机型产品的应用越来越广泛,已形成电力系统自动化控制类产品的主流方向。但由于电力系统的复杂性,其电磁环境非常恶劣,而以微处理器为核心的微机型产品很容易受到这些电磁干扰而导致误动、拒动、数据丢失或死机等现象,给电力系统安全高效地运行带来了严重的事故隐患。
2.电子高新技术在电力系统自动化中的广泛应用
近年来,视频技术、红外成像技术和图像信息在电力系统中得到广泛应用。由于图像信息在电力系统自动化中的作用越来越重要,且对其分析与理解的要求越来越高,使一些应用场合必须借助电子视觉技术替代监控人员进行图像理解。在确保电力系统安全的前提下,将基于图像识别的电子视觉技术运用到图像信息分析与理解中,可以实现电力系统图像信息的智能处理。此外,模糊技术、神经网络、专家系统等技术的发展又开拓了智能控制技术的新途径,并在一定程度上在电力系统自动化中得到应用。
3.电力系统自动化应用电子信息技术的更新速度加快
20世纪90年代高性能工作站、服务器及软件技术、信息处理技术及高速网络技术的发展使电力系统自动化的技术水平取得了突破性进展,产品逐步发展成为一种开放式、分布式、网络化、智能化的新模式。而最近几年各种嵌入式新产品(如嵌入式高性能微处理器、嵌入式计算机、嵌入式操作系统、嵌入式以太网)的出现,使电力系统中的装置类设备(如测量控制设备、继电保护装置及数据通信控制器)再次更新换代。装置的硬件电路和应用程序应用结构简化,产品性能不断提高,装置信息处理速度加快,功能扩展能力加强,使电力系统自动化程度不断向前发展。
五、结语
电力系统自动化是现代电子信息技术应用的一个重要领域,电子信息技术与计算机发展中出现的新技术、新成果都以最快的速度被应用于电力系统自动化中,电子信息技术的发展在不断推动着电力系统自动化的进程。
参考文献:
[1]鲍喜,焦邵华,秦立军.配电自动化的现状与未来[J].电气时代,2002,(3).
[2]杨阳.调度自动化电力应用软件在电网中的应用[J].云南电力技术,2008,(1).
(责任编辑:刘辉)
关键词:信息技术;电力自动化;应用分析
作者简介:张敬(1982-),男,江苏盐城人,江苏省滨海县供电公司,助理工程师,主要研究方向:电力系统通信及自动化。(江苏 滨海 224500)
由于社会的发展和生活水平的提高,人们日益重视供电系统的可靠性和安全性。电力自动化系统应运而生,其借助现代的现代电子信息技术实时监视电力系统的运行参数,能够综合监控整个电网的运行状况;实施遥控命令,使电站管理人员能够通过监控中心全面而详细地了解电力系统的运行状况,准确、快速地判断故障位置和故障原因,简便地实现各种数据分析等等。可见,电力系统要实现完全意义上的自动化,就必须运用电子信息和计算机技术,电子信息技术,因为其在促进电力系统自动化的进程中起着决定性的作用。
一、电力系统自动化技术概述
电力系统主要由发电、输电、变电、配电及用电等环节而构成。通常将发电机、变压器、开关及输电线路等相关设备称作电力系统的一次设备。为了确保电力一次设备安全与稳定地运行及电力生产获得理想的经济效益,就需要对一次设备进行在线测控、保护、调度控制等。电力系统中将这些测控装置、保护装置、有关通信设备、各级电网调度控制中心的计算机系统、发电站(厂)、变电站的计算机监控系统等统称为电力系统的二次设备,它涵盖了电力系统自动化的主要技术内容。根据电力系统运行中与电子信息技术手段结合的特点,可将电力系统自动化分为几个模块。
二、电力系统自动化应用电子信息设备的构成
1.硬件构成
电网在运行中要采集两大类实时数据,即遥测量和遥信量,例如隔离开关和断路器的分合位置及继电保护的动作信号等方面。电网在运行中主要的调节和控制信息是遥控信息和遥调信息这两大类,即运用的调节命令,以改变设备运行参数,例如改变发电机出力的调节命令。目前我国电力系统主要是采用微型机为核心的远动装置(即微机远动系统),以实现上述数据采集和调度控制功能,即遥测、遥信、遥控和遥调四大功能。
(1)微机远动系统结构分析。微机远动系统主要由三个部分构成,即厂站端的远方终端装置RTU(Remote Terminal Unit)、调度中心的远动通信接口装置MTU(Master Terminal Unit)和远动通道。
远方终端RTU是装在变电站内的远方数终端装置,RTU的主要功能有:数据采集,如模拟量(YC)、开关量(YX)、数字量(YC)、脉冲量(YC)等;数据通信;执行命令,如完成遥控(YK)、遥调(YT)等操作。按规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能。
调度端远动通信接口装置MTU,其主要功能是对接受的数据进行必要的处理后,传入主机系统的实时数据库,供系统模拟盘、CRT显示及其他应用程序调用。MTU可根据调度控制要求,执行不同的操作命令,传送至厂站端的RTU。显然,处于主机和RTU之间的MTU装置执行着双重任务:一是要完成双向通信的作用;二是为了减轻主机的工作负载,不同程度地完成数据整理、加工的预处理任务。如果自动化系统功能需要扩展,特别是当主机需要承担状态估计及安全分析等繁重的计算任务时,更多的数据预处理工作需由MTU来实现。这种情况一般是通过增设前置预处理机(即前置机),构成前置机系统。
远动通道有多种方式,目前我国电力系统常用的通信信道有载波、微波、扩频、特高频、直通电缆、卫星、光纤等几种方式。根据传送信号类型的不同可将通道可分为模拟通道和数字通道。
(2)实时监控计算机系统的基本配置。随着科技的进步和电力事业的发展,我国电力系统调度中心的实时监控计算机系统基本配置要求也越来越高,在其构成上主要有:大容量、高速度的主机系统和前置机、远动通信接口部分及人机联系系统。
2.软件的构成
能量管理系统EMS(Energy Management System)除包括SCADA系统外,还包括AGC/EDC、状态估计SE、安全分析SA、最佳潮流OPF和自动电路恢复ACR等高层软件。根据各软件的主要功能和用途,可将EMS划分为五种类型:发电控制类、发电计划类、网络分析类、调度员培训模拟类、市场交易与管理类。
监视控制与数据采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统主要功能是:数据采集;实时数据显示;异常或事故报警;事件顺序记录;遥控和遥调;运行报表记录;事故追忆。其中“事件顺序记录”是发生事故时对各断路器、继电保护等动作状况及时间,按时间顺序进行记录。“事故追忆”可保留事故发生前后一定时间内的部分实时数据,如枢纽点电压、主干线潮流和频率等,这些数据为分析事故提供了重要信息。
三、电子信息技术在电力自动化中的具体应用
1.发电厂自动化
分散控制系统(DCS)在目前发电厂综合自动化系统中运用最为普遍,其保护和测控装置就地安装在开关柜中,通过现场总线连接起来,经通信管理机连接至后台机。该系统一般采用多台计算机分散处理多个控制回路,而各控制站的现场信号和控制参数可以经由通信传到其它控制站和操作员站的CRT上。DCS的运用给发电厂带来巨大进步,特别是计算机的硬件技术、软件组态技术和通讯技术所形成的技术优势,使前期电站中相对独立的控制系统,在数字技术的支持下形成了控制功能分散、监控参数集中、各子系统信号联系紧密的整体。
2.电网调度自动化
电网调度自动化是电力系统自动化的核心内容之一,它是由电网调度控制中心的计算机网络系统、服务器、大屏蔽显示器、打印设备、工作站、下级电网调度控制中心、调度范围内的发电厂及变电站终端设备等主要部分组成。电网调度自动化系统是电网调度安全稳定运行的有效保障,它能够很好地解决电能的合理分配问题。
电网调度自动化系统的主要功能是电力生产过程实时数据的采集与监控、电网运行安全分析、电力系统状态估计、电力负荷预测、自动发电控制(省级或以上电网)、自动经济调度(省级或以上电网)并适应电力市场运营的需求等。以保证电网的安全运行和高效供电,不断降低电能生产传输的费用,尽可能使电网运行在其物理极限而又安全的状态下以推迟新投资和降低成本,提高电网运行的整体经济效益。
现阶段我国电网调度自动化可分为国家电网调度、大区电网调度、省级电网调度、地区电网调度和县级电网调度五级。国家和大区电网调度控制中心的电子设备配置相对省级电网调度控制中心而言,规模更大,服务器和网络设备容量大,应用软件也存在着较大的差异。县级电网调度控制中心电子设备规模较小,且工作站和服务器一般选用工业或普通商用的PC机。
3.变电站自动化
变电站自动化是为了取代人工监控和电话人工操作,加强对变电站的监控功能,以实现变电站的安全高效地运行。信息技术在变电站自动化中的应用,源于在变电站中普遍使用基于计算机技术的智能设备(IED),它不但能分析出很多现场难以直接测量的数据,实现数据数字化,而且能通过计算机数据通信接口,利用计算机的存储功能完成统计记录。
变电站自动化系统的特点是运用计算机技术、自动控制技术和通讯技术等实现对变电站二次设备(如继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重组和优化,通过变电站系统内部各设备的信息交换、数据共享,实现监视、测量、控制和协调变电站全部设备的运行监视和控制的任务。变电站综合自动化取代了变电站常规二次设备,能够简化变电站二次接线,它作为电网调度自动化不可或缺的重要组成部分,是电力生产现代化的一个重要环节。
四、电力系统自动化未来应用电子信息技术的趋势
1.电子信息设备与电力自动化设备的兼容问题
电子信息设备与电力自动化设备硬件、软件兼容问题成为当前的一个研究热点。电力系统中微机型产品的应用越来越广泛,已形成电力系统自动化控制类产品的主流方向。但由于电力系统的复杂性,其电磁环境非常恶劣,而以微处理器为核心的微机型产品很容易受到这些电磁干扰而导致误动、拒动、数据丢失或死机等现象,给电力系统安全高效地运行带来了严重的事故隐患。
2.电子高新技术在电力系统自动化中的广泛应用
近年来,视频技术、红外成像技术和图像信息在电力系统中得到广泛应用。由于图像信息在电力系统自动化中的作用越来越重要,且对其分析与理解的要求越来越高,使一些应用场合必须借助电子视觉技术替代监控人员进行图像理解。在确保电力系统安全的前提下,将基于图像识别的电子视觉技术运用到图像信息分析与理解中,可以实现电力系统图像信息的智能处理。此外,模糊技术、神经网络、专家系统等技术的发展又开拓了智能控制技术的新途径,并在一定程度上在电力系统自动化中得到应用。
3.电力系统自动化应用电子信息技术的更新速度加快
20世纪90年代高性能工作站、服务器及软件技术、信息处理技术及高速网络技术的发展使电力系统自动化的技术水平取得了突破性进展,产品逐步发展成为一种开放式、分布式、网络化、智能化的新模式。而最近几年各种嵌入式新产品(如嵌入式高性能微处理器、嵌入式计算机、嵌入式操作系统、嵌入式以太网)的出现,使电力系统中的装置类设备(如测量控制设备、继电保护装置及数据通信控制器)再次更新换代。装置的硬件电路和应用程序应用结构简化,产品性能不断提高,装置信息处理速度加快,功能扩展能力加强,使电力系统自动化程度不断向前发展。
五、结语
电力系统自动化是现代电子信息技术应用的一个重要领域,电子信息技术与计算机发展中出现的新技术、新成果都以最快的速度被应用于电力系统自动化中,电子信息技术的发展在不断推动着电力系统自动化的进程。
参考文献:
[1]鲍喜,焦邵华,秦立军.配电自动化的现状与未来[J].电气时代,2002,(3).
[2]杨阳.调度自动化电力应用软件在电网中的应用[J].云南电力技术,2008,(1).
(责任编辑:刘辉)