《自动化技术在电力系统中的应用研究》10000字

自动化技术在电力系统中的应用研究摘要电气工程极其自动化技术是现代化工业的重要方向标，其应用相当广泛，不仅可以利用到建筑行业中，还可以利用到煤矿工业、电力行业等，其已成为我国工业未来的发展趋势。电气工程及其自动化技术是利用先进的自动化技术等来取代劳动力，不仅可以提升工业的效率，而且可以保障应用的企业生产活动有更高的监测精度和信息传输的及时性、有效性。虽然电气工程及其自动化技术在电力系统中的应用更加普遍，但在应用的过程中并不是完美无缺的，其还存在或多或少的问题。鉴于此，本文讲在分析其在电力系统和电气企业中应用的现状的基础上，分析其应用存在的问题，并提出几点应用的对策，指出其应用的趋势，希望可以为电力企业的发展提供一定的参考指导对策。关键词：电气工程；自动化技术；电气企业；应用目录10469摘要 II252471自动化技术概述 158831.1基本概念 1247011.2在电力系统中的应用 1283281.3基本设计思路 2268202自动化技术在电力系统中的应用 378212.1在电力系统中的应用 369232.2在电气工程管理中的应用 3280193自动化技术在电力系统中的应用 5312983.1电网调度自动化系统中的应用 5298743.1.1电网调度自动化系统的任务 5235463.1.2电力系统的分区、分级调度 5140193.1.3电网调度自动化系统的功能 6305183.2变电站自动化系统中的应用 7315913.2.1变电所综合自动化系统的功能 7139303.2.2变电所综合自动化系统的结构形式 897403.3配电自动化系统中的应用 8201823.3.1配电自动化系统的分类 882793.3.2配电自动化系统的功能 8285173.3.3配电自动化系统的构成 95073.3.4配电自动化系统的作用 10111763.4发电厂分散控制自动化系统中的应用 10103074自动化技术在电力系统中应用的优势 11111914.1电力设备在线监测优势 11171504.2电力设备运行管理智能化优势 11122756自动化技术在电力系统中的未来发展方向 12188556.1智能技术电网的应用 12122886.2远程控制技术的应用 1289666.3电力计量中的应用 12221326.4在故障诊断中的应用 13231956.5建立自动化系统开发平台 13263757结论 1423180参考文献 151绪论1.1研究背景随着近年来人们收入水平的不断提高，生活质量也得到了得到了极大的改善家用电器的数量和种类也在不断增加，这也进一步增加了人们的用电量，电力企业作为电力生产企业，其在满足人们这方面的需求方面扮演着举足轻重的作用，其会将电力系统利用起来，充分满足人们对电的利用需求。但因为用电量在不断增加，要想满足人们不断提升的用电量需求，电力企业不得不采取各种先进的技术来提升产生量和生产效率，电气工程及其自动化技术就是其中的技术之一。在不断提升的用电量需求下，电力系统面临着更大的压力，但电气工程及其自动化技术的利用，不仅能优化电网资源，而且可以为电网运行信息的采集工作提供技术支持。在电力系统中利用电气工程及其自动化技术，可以保障多个领域的数据计算顺利完成，丰富数据运算模式[3]。除了这些外，电气工程及其自动化技术的利用还可以用来优化分配电网资源，在自动搜集电力负荷数据及发电状态数据等的基础上，对电力进行自动化评估以及自动化供应分配，这可以对用户有关电力资源个性化需求加以满足。当然，电气工程及其自动化技术的存在，还可以电力系统远程控制的实现提供技术支撑，从而使得电力企业管控效率和便捷性等都得到了显著的提升。目前，电气工程及其自动化技术正在被推广和使用，在不断整合的过程中，电力企业的部门联系更加紧密，顺利朝着一体化、统一化方向发展，使得电力企业的运营管理水平和市场竞争力得到了显著的提升。1.2研究目的及意义在我国实行全面可持续发展的政策下，社会经济建设得到了突飞猛进的发展，人们生活水平日益提升，人们对精神物质文化的需求也在不断多样化和个性化，企业要想获得长远稳定发展，就需要满足人们这些多样化和个性化的需求，电力企业也应如此。为了社会发展对电力需要，各大电力企业必须稳生产，促发展，从目前自身的发展特点和行业的现状出发，提高企业生产的自动化程度，将企业的生产和运行进一步优化。电气工程及其自动化技术就是一种应用计算机等现代化技术进行电子信息控制和信息处理的先进技术，其可以实现智能化水平的提高，以及各种仪器设备的精准控制，方便企业传输各种大容量的信息数据。将这一技术应用到电力企业中也可以产生意想不到的效果，比如提升电力企业的整体技术水平和管理水平，为企业健康、稳定的发展奠定坚实的基础，为社会的可持续发展提供稳定的能源供给。但即使如此，电力企业在应用这一技术方面依然存在一些或多或少的问题，导致应用的效果大打折扣。鉴于此，本文将分析电气工程及其自动化技术相关理论以及在电力系统中应用的现状，指出其应用存在的问题，并结合电力企业的实际，提出几点针对性的应用对策以及未来的应用发展方向，为电力行业的可持续发展奠定一定的指导作用。电气工程及其自动化技术是指对电力二次设备的功能和技术手段进行创新，使设备在运行过程中实现自动化监控，大大提高企业的生产效率，降低设备运行成本，使电力系统更加稳定、可靠和安全状态的技术。电气工程及其自动化技术不仅有较强的应用型，而且可以普为按应用到的工业企业的各个部门或工作任务中，其技术含量较高，在被应用的过程中，可以充分解放人力，提升生产活动的效率。但要想发挥这一作用，在应用这一技术方面，需要结合不同行业企业的实际来制定应用方案，从而使得这一技术可以提升运行设备自动化管理效率，使得电力系统运行数据得到合理的分析越来越重要。1.3研究思路本文的研究思路如下，首先，本文先阐述电气自动化技术的基本概念，接着分析其在电力系统和电气工程中的应用，并分析其应用的优势，并指出电气自动化技术在电力系统中应用的趋势，从而为更多的电力企业提供发展的方向指导作用。2电气自动化概述2.1电气自动化系统的构成电气自动化系统作为对一次系统进行控制优化的系统，其构成应分为一次系统相关数据参数的采集模块、一次采集数据的处理模块、已处理数据的输出模块。从功能上来讲，自动化系统中自动化技术的实现需要调度控制中心与现场自动化设备构成，两部分各司其职，分别在自动化系统中扮演不同角色，实现各自所需完成的任务。自动化系统的两个构成部分在具体系统事件下，根据分工不同，通过一定的控制流程，可完成对一次系统的运行参数分析以及具体事件的控制。两部分按照不同的分工可分为：首先由现场自动化设备完成一次系统运行参数及数据的采集，上送至调度控制中心；然后，调度控制中心根据从现场自动化设备收取的运行数据，运行系统应用软件，对一次系统的运行状态进行分析判断，做出控制决策；最终，调度控制中心将根据现场运行数据进行解析甄别后得到的决策，将相应的决策控制命令下发至现场自动化终端设备，对一次系统的状态进行调整控制，最终完成系统的自动化控制。2.2电气自动化系统的接入计算机通信系统的采用实现了电力系统中自动化技术的有效接入，包括了微行、中微型计算机，通过通信系统的架构，可实现一次系统相关数据参数连续的、准确的在当地进行记录，然后对采集记录的数据进行处理分析，最终反映至控制中心系统，实现电力系统的网络化以及信息化操作。计算机系统的引入使得电力系统中对一次设备的参数采集、存储以及处理具有更高的准确性，减小了参数值得误差，为电力自动化系统正确、合理以及精准确定系统行为状态与采取的处理措施提供关键数据支撑。电力系统自动化作为未来电力系统发展的重点，目前对自动化技术的修整、优化和研发都是实现系统发展目标的有效途径。2.3电气自动化设计原则及特点2.3.1电气自动化设计原则设计原则是自动化技术实现的基础，电力自动化设备的电气参数等需首先满足要求，这也是设计原则的前提，在进行电气设计时，方案的经济、安全、可靠是设计的基本原则，满足电气设备与机械装置的协调组合应用。2.3.2电气自动化设计特点自动化技术在电力系统中的应用有自身的特点，构成电力自动化设备的部件都是由不同厂商提供的，如测量、计量以及保护等部分，在电气设计时需根据具体的应用场景，选取部件，通过部件的组成实现所需功能。电力自动化系统中计算机系统的加入，等同于对其配置了控制子系统，通过计算机控制子系统的参与，使得自动化控制简化、安全。2.4电气自动化控制系统设计2.4.1集中监控方式设计集中监控在电力系统自动化中的采用，使得自动化系统能够更稳定、方便的运行，相关控制系统的设计较为简单。集中监控采取的是单处理器的配置方式，整个系统自动化的实现都是经由配置的单处理器来完成，这种配置方式缺少备用处理器，单处理器的负载大，降低处理器的工作效率。由于伴随着监控信息的大量增加以及电气设备监控的全面性要求，随之而来的是系统冗余下降、电缆数量增加，设施处理信息能力严重滞后，影响系统的稳定性和可靠性。2.4.2现场监控总线设计随着计算机通信技术的高速发展，其在电力系统中的采用规模也不断变大，各种通信方式并行，例如工业以太网、无源光网络、无线通信、现场监控总线等在电力自动化系统中已得到了大量配置，电力自动化设备可以方便的接入进行通信。针对于具体工程应用，现场总线的设计更有利于现场自动化终端设备的合理布局与简化配置。现场各种自动化设备通过接入现场监控总线实现与控制中心的通信，相互之间是独立的单元，其中任一自动化设备不能正常工作，只是相应功能退出系统，不会产生对系统的重大影响。就目前来看，现场监控总线由于具有独立性的优点，其在电力系统自动化配置最为广泛，性能最为优越。2.4.3远程监控设计电力系统自动化系统由于具有分布范围广、涉及内容多等特点，采用远程监控的设计，调度人员一般通过可视化的人机交互界面可掌握系统的实时运行状态，并在系统发生故障时，能够及时通过远程监控系统处理各种突发故障。这种远程监控的设计模式节约了系统运行过程中所需要的人力、物力，提高了调度人员的工作效率。3自动化技术在电力系统中的应用3.1电网调度自动化系统中的应用自动化技术在系统中的配置首先体现在电能调度方面，系统作为生产输送分配电能的整体，其对电能的供需由电能调度来调节，调度得当与否直接影响系统运行的经济性、可靠性、安全性等相关的参数比例。系统通过相关装置完成量测信息的采集，例如采样值、计量电能等，人机接口功能，记录事件顺序，事故定位，事故波形录制，安全评估，信息分析处理，远程操控等实现系统运作的自动化、信息化以及智能化。除去电网自动化的保护下，电力系统发生短路故障或安全事故时，电网难以迅速的做出反应处理，可能会威胁到电力系统的安全稳定运行。配置自动化技术的调度功能系统，称作调度自动化系统，其在整个电能生产消费的系统中起着及其重要的作用，如果电网运行过程中调度不得当，则系统可能存在崩溃的风险，因此，其自动化安全运行十分重要。3.1.1电网调度自动化系统的任务与人体的中枢系统相似，调度功能协调整个系统各方面的平衡，以维持电网运行的稳定性，通过电能生产输送过程中不间断的调节与调控，实现系统各环节的协调、稳定、持续的运转，提升电力用户的电能服务质量。其任务包括四个部分，确保产品质量，保证系统运行的经济性，保证较高的安全水平，确保实施完善的事故处理方案。3.1.2电力系统的分区、分级调度配置自动化技术的调度又有自己的独特性，而整个电网又有巨大的覆盖范围，因此，我们通过分级实现两者的结合。调度系统的分级也需要结合系统整体的构成以及运行的不同，通常来说是按照电压的差异或架空电缆的不同进行区分。对于大型电力系统，我国一般将调度划分为三级。分级调度结构如图3-1所示。图3-1分级调度结构3.1.3电网调度自动化系统的功能调度自动化系统中的交互数据根据数据信息的流向可分为模拟、状态信号与控制信号，其中模拟、状态信号由对一次设备监控的自动化终端装置上送至调度中心，控制信号则是由控制人员通过前置计算机的操作通过通信网传递到现场装置。对于系统非常重要的完成调度功能的系统，需配置具有双重功能的且能高速处理采集的数据信息的电脑系统，第一是SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition），简称为电力系统监控系统。如图3-2所示为调度中心功能示意图，调度中心对电力系统运行状态的实时监视是由SCADA子系统实现的，SCADA子系统负责采集所辖范围发电厂、电网的运行数据；调度自动化系统的协调功能是由协调功能子系统实现的，协调功能子系统根据从SCADA子系统接收到的实时数据，建立独自的数据库，或通过调度人员手工输入资料，完成新型数据的分析与计算。调度自动化系统的控制功能是由SCADA子系统将控制信息发送至所辖范围发电厂、电网完成。图3-2EMS流程主线示意图如图3-2所示，包含了调度中心同远方发电厂与远方省级调度进行通信的示意。在RTU实现功能的过程中，需标准化处理输入以及输出通道的数据，同时具有容错能力，以最终完成对发电厂、变电所的运行状况的上报。3.2变电站自动化系统中的应用为使变电所处于高效运转与合理管理的水平，在配置电力自动化设备与计算机装置的基础上，同时完成长距离的测量、状态告警、控制、调试等功能，实现自动监视、控制、测量以及保护整个变电所内的重要装置与相关线路，这种技术称作变电站自动化技术。为实现自动监视、控制、测量以及保护整个变电所内的重要装置与相关线路，与调度进行信息交互，采用计算机通信、电力电子以及信号处理等技术，整合设计站所内对一次设备运行进行监视、保护、控制二次装置的功能，例如互感器、保险、传感装置等，这是在自动化技术完善化配置站所过程中升级得打，目前，叫做综合的自动化技术。3.2.1变电所综合自动化系统的功能变电站综合自动化系统本身的功能包括基本要素，实现这些基本要素的功能的系统称为子系统，所有子系统的组合构成变电站综自系统。分为监控子系统，微机保护子系统，集成控制电压与无功功率子系统，备用电源自投入以及减负载控频率子系统，数据传输子系统。3.2.2变电所综合自动化系统的结构形式电脑、IP网络、控制手段以及微处理器等技术的更新，与变电站自动化系统的升级换代存在不可割裂的相关性。在这些高新技术的更新过程中，变电站综自系统在构架上发生变革，这也提升了系统的性能、效率以及稳定性。其结构形式按照国内外粽子系统的更新换代的历程，可分为分布结构、集中结构、分布式集中结构以及两者相结合的方式。3.3配电自动化系统中的应用配电自动化（DA-DistributionAutomation）是电力自动化技术在配电网中应用，采用先进的微机网络技术，完成配电网络智能化监控。为了满足电力客户对高质量电能需求的增长，电力系统中的技术不断升级革新，其中配电网作为制约电能质量的瓶颈，成为了电力相关各方面人员的关注对象，自动化在配电中的配置也在不断发展。目前国内外已经大量应用配电自动化技术，用来提高电力行业的服务满意度。3.3.1配电自动化系统的分类采用配电自动化技术的配电系统，称作配电自动化系统DA(DistributionAutomation)，这包括了系统中所有独立的功能以及相互配合的功能，被看做是整体概括。与调度自动化系统中的EMS相似，配电系统同样存在管理系统，称作配电管理系统（DistributionManagementSystem，DMS），可完成配电网系统的集中高效管理与调节。DMS依据实现的功能，可分为两大类别，包括：配电运行自动化系统与配电管理自动化系统，这两大类别又包括许多小的功能系统。分为配网自动化系统，装置管理、地理信息、自动绘图系统，生产管理系统，停电管理系统，配电管理系统。3.3.2配电自动化系统的功能与配电自动化系统分成两个大类子系统相同，配电自动化系统的功能同样分成两部分，一是运行方面功能，包括：配电线路实时监测，馈线自动化等功能，二是管理方面功能，包括事故、检修、设备、停电等事件的管理。电网运行方面功能有：数据采集与监控，自动故障定位、隔离与恢复供电，电压与无功控制，负荷管理电网管理方面的功能有：设备管理，停电管理，作业管理，检修管理，规划与设计管理3.3.3配电自动化系统的构成图3-3配电自动化系统构成示意图相似与所有的自动化类控制系统，配电系统中配置自动化技术也需按通信层级进行划分，从主站层次到现场自动化终端设备的层级，如图3-3所示。配电主站层次与配电子站层次以及自动化终端层次通过通信网络连接进行通信，其中配电网自动化终端装置（DistributionRemoteTerminalUnit，DRTU）层次将采集的数据通过分支通信网络送至配电子站层次，一般来说配电子站层次作为数据汇集转发设备，其所体现的是一种承上启下的作用，作为主站层次与终端设备层次通信时的数据信息的中转处理中心。对于小区域的配电自动化系统，一般只包含配电主站层次与自动化终端层次，不需要子站层次进行数据转发。配网中的自动化终端层级所包含的设备数量是最多的，由于终端设备所要匹配的现场一次设备的不同，其也划分为不同的种类。一般我们将匹配至配电系统中线路上的各种开关设备的终端，称作馈线终端，匹配至相应变电站所中的终端，称作站所终端，匹配至线路电力变压器中的终端，称作变压器终端，各种终端设备的相关英文缩略名称如图3-3所示，其顺序与上述所介绍顺序一致。3.3.4配电自动化系统的作用将自动化技术匹配至配网有助于电力系统自动化控制的一体化工作，提升配网效率，具体的作用包括：提高供电可靠性，提高电压质量，降低线损，提高用户服务质量，提高设备利用率，提高管理效率3.4发电厂分散控制自动化系统中的应用分层分布式的结构目前在电力系统中的应用十分广泛，其中作为电力系统中的动力部分的发电厂也存在其应用，发电场中的自动化分散控制就是此结构的相关应用体现，具体内容与其他系统类似。其中过程层设备即类似于变电站中的远程监控终端RTU，它能采集现场一次设备的运行数据与信息，将这些数据信息作为模拟量、开关量等信号进行输入，并经过内部微机（如单片机等）处理分析后，将处理后生成的设备运行状态结果输出至显示终端或上送至更高的层级（运行员工作站等），该设备亦能接受更高层级的控制命令或本身处理器决策的控制信息，进行执行操作。

4自动化技术在电力系统中应用的优势4.1电力设备在线监测优势随着电力系统规模的不断发展壮大，相关电力设备也得到了大量的应用。对于增长的电力设备规模，已经不适合采用单独监视，目前一般通过电力设备与在线监测设备的匹配，实现整体监视功能，包括采集一次电力设备的运行参数与状态，并且能够对这些参数数据进行分析处理，判断状态产生的原因，合理配置检测周期，这不仅提高了系统效率，而且延长了电力设备的寿命。4.2电力设备运行管理智能化优势在未采用自动化技术之间，电网中的各种电力设备的检测排查都是通过相关技术人员的定期工作完成，这需要大量的人力、物力、财力，无形中也造成了电网资产的浪费。随着电力自动化相关技术的发展，对一次电力设备进行在线自动监视控制已经成为一种趋势。电力设备在匹配相关监控设备后，能够实现电力系统一体化发展，在集中与分布监控的基础上，实现系统的智能化运行与管理。这不仅提高了电力设备的管理效率，同时也推动电网的智能化发展。5自动化技术在电力系统中的未来发展方向5.1智能技术电网的应用人工智能是以计算机技术为基础，通过对程序运行方式进门行优化，从而让计算机实现对数据的智能化收集与分析，通过计算机来模拟人脑的反应与操作，从而实现智能化运行的一种技术。人工智能是当代社会的一大特点，是我们国家十分重视的一个方向。作为中国经济的一大支柱，电力企业必须要加强对人工智能的重视，不断地提升自身的发展水平。应用在电力企业中，它能够提高自动化水平，减少人力资源的浪费，降低设备的误报率，大幅提升企业效益。通过人工智能技术，不仅可以实现对系统的智能化，还可以让电力设备运行更加自动化，大大减少了人员的负担。除此之外，合理的应用人工智能，让电力企业各个部门的效率都得到了提升[9]。在以前，当电力系统出现故障后，为保证企业的正常运营，就必须要工作人员不分昼夜的进行反复核实与考察，排除问题。但现在，我们利用人工智能技术，就可以自主地对相关的设备进行排查，并反馈出相关的数据和信息。工作人员只要根据反馈的最终信息进行分析与判断，就可以及时解决问题。由此可见，人工智能技术可以为电力企业避免很多因效率问题而产生的损失，可以大幅提高企业工作效率，降低企业成本，促进电力行业发展。5.2远程控制技术的应用远程控制技术是计算机自动化技术在电力系统中应用的重要构成部分，被广泛应用于电力发电、输电、变电以及配电等领域。远程技术的应用主要是由调度端、通道、厂站端三部分所组成的，每一部分通过计算机系统建立联系，实现现代计算机系统各部分之间的联系处于同一个运行系统中。在实际应用中，调度端进过计算机内部程序C语言，将电力系统的运输信息输入计算机系统中，从而形成信道译码和信道编码两种形式;通过电力系统的调制解调器将电力系统控制中的电流、电压、电阻等部分信息传输到厂站端，电力发电厂再将远程控制信息转化为电力系统不同阶段的信息需求结果，达到电力系统信息的采集与执行。远程自动化控制系统将传统的单一电力运行系统变成自动化控制系统，远程系统可以达到系统信息的随时随地监控，从而保障现代电力系统供应结构的综合化、科学化发展。5.3电力计量中的应用电力企业除了负责进行电量生产和供应外，还需要利用电力运输来保障居民用电需求得到基本满足，不管是电力生产，还是居民用电，都需要加强电力计量，在这一环节中，电力企业在电力计量方面可以加强对电气工程及其自动化技术的使用，比如利用该技术开发电能管理系统，这种系统一般有较强的专业化程度、自动化程度、易使用性、可靠性等，在帮助我国节省电能的情况下实现对高峰与低谷等用电量的记录，这种记录相比传统的人工计量更加准确可靠。同时，电气工程及其自动化在电力系统运行数据处理方面，具有强大的处理功能。如在电力系统的信息数据统计时，可以利用电气工程及其自动化技术进行统计，从而提高了数据统计的准确性，与人工统计方式相比，大大提升统计工作的效率。此外，在电力系统运行当中，可以利用电气工程及其自动化技术进行故障维护，对运行时存在的问题进行分析，及时找出解决处理方案，确保电力系统的安全稳定运行。5.4在故障诊断中的应用与很多行业相比，电气工程自动化技术包括的内容较为丰富，比如智能化信息采集系统、远程控制技术、分散监控技术、设备自动化操作技术等，这些技术的利可以解决电力企业的生产经营中的诸多问题。在电力企业中，故障是不可避免的，为了保障系统的有效运行，需要加强对故障的诊断。而网络技术与电气自动化的结合增强了电力系统维护检修工作的实效性，工作人员可以根据系统的反馈情况了解到故障的发生位置，再通过诊断体系获取到先进检修知识，将理论知识转化为实践能力运用到故障排除工作中。除此之外，电力系统会随着使用时间的增长而加速老化速度，要定期开展维护工作，延长其使用寿命。5.5建立自动化系统开发平台在进行电气自动化研发过程中，应该采用统一的系统开发平台，才能对自动化的设计、调试、运行和维护等各个环节进行有效的控制，从而节约投资。但在建立这一平台方面，可以将电气工程及其自动技术利用起来，有效提升电力企业的生产效率以及电力企业的市场竞争实力。自动化系统开发平台是由多个模块组成的系统，这些模块相互独立且相互联系，具备较高的可靠性和人机交互性，系统结构需要灵活多变。因此，在开发这一平台方面是，需要做到智能化、数字化。因此，在建设的过程中，需要利用好电气工程自动化技术其系统进行升级，并添加网络通信技术，促进自动化设备端口与工作人员管理端口之间通信的便捷性，提高工作人员对自动化设备的控制管理程度。在电力系统实际运行过程中，电力系统发电站的二次数字信号网络化，电缆信号为主的电力传输结构与电网自动调度中心的自动化控制系统形成相对完整的数据运输结构，从而形成电力供应系统的智能化管理，可以帮助电力企业充分节省