電力系統(tǒng)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)</p><p>　　摘要：介紹了計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中部分應(yīng)用情況，簡(jiǎn)要回顧了計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的推動(dòng)作用，指出了當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點(diǎn)項(xiàng)目。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)，電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化，測(cè)控，保護(hù)</p><p>　　Auto

2、mation and computer technology of power system</p><p>　　Abstract：Recommend computer technology employ the situation of the automation of the power system partly, have reviewed the technical development autom

3、atic impetus to power system of the computer briefly, point out power system automation depend on electronic technology, computer technology continue main hot event that develop forward at present.</p><p>　　

4、Key words: The automation of the power system, the computer, the automation of dispatching of power networks, observe and control, protect.</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)自動(dòng)化是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技

5、術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中的每一項(xiàng)新技術(shù)、新成果都會(huì)以最快的速度被電力系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展，電力系統(tǒng) 自動(dòng)化水平在不斷提高。</p><p>　　1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)概述 </p><p>　　電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電及用電等環(huán)節(jié)組成。通常將發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)、及輸電線路等

6、設(shè)備稱作電力系統(tǒng)的一次設(shè)備，為了保證電力一次設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行和電力生產(chǎn)以比較經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行，就需要對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行在線測(cè)控、保護(hù)、調(diào)度控制等，電力系統(tǒng)中將這些測(cè)控裝置，保護(hù)裝置，有關(guān)通信設(shè)備，各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，(火)電廠、(水、核能、風(fēng)能)電站及變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)的二次設(shè)備，其涵蓋了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要技術(shù)內(nèi)容。 </p><p>　　1．1電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化 </p

7、><p>　　電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要組成部分，我國(guó)目前電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化分為五級(jí)，即國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度、大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度、省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度和縣級(jí)電網(wǎng)調(diào)度。各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度之間及各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度與發(fā)電廠、變電站的調(diào)度關(guān)系如圖1所示。 </p><p>　　圖 1 電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化連結(jié)示意圖 </p><p>　　電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的主要組成部分由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的汁算機(jī)

8、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、工作站、服務(wù)器、大屏蔽顯示器、打印設(shè)備、通過(guò)電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心、調(diào)度范圍內(nèi)的發(fā)電廠、變電站終端設(shè)備(如測(cè)量控制等裝置)等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化的主要功能是電力生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、電網(wǎng)運(yùn)行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)、電力負(fù)荷予測(cè)、自動(dòng)發(fā)電控制(省級(jí)電網(wǎng)以上)、自動(dòng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度(省級(jí)電網(wǎng)以上)并適應(yīng)電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的需求等。一個(gè)典型的省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)設(shè)備及其結(jié)構(gòu)如圖2所示。</p>

9、<p>　　圖2 省級(jí)電網(wǎng)控制中心能量管理系統(tǒng)(EMS)配置圖</p><p>　　國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度和大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)設(shè)備配備比省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的規(guī)模大，服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備容量大，功能性應(yīng)用軟件也有差別。</p><p>　　地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度是指城市供電網(wǎng)的調(diào)度，調(diào)度功能和調(diào)度范圍要比大區(qū)電網(wǎng)和省級(jí)電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度不對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行控制，主要對(duì)供電網(wǎng)內(nèi)的各級(jí)變電站和

10、配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證安全可靠供電。地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的設(shè)備及其結(jié)構(gòu)一般如圖3所示。 </p><p>　　圖3 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的設(shè)備及其結(jié)構(gòu) </p><p>　　縣級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制中心設(shè)備規(guī)模一般要比地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度小，并且工作站、服務(wù)器一般選用工業(yè)或普通商用PC機(jī)。1_2變電站 自動(dòng)化電力系統(tǒng)中變電站與輸配電線路是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的主要環(huán)節(jié)。變電站自動(dòng)化的目的是取代人工

11、監(jiān)視和電話人工操作，提高工作效率，擴(kuò)大對(duì)變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運(yùn)行水平。變電站自動(dòng)化的內(nèi)容就是對(duì)站內(nèi)運(yùn)行的電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點(diǎn)是全微機(jī)化的裝置替代各種常規(guī)電磁式設(shè)備；二次設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化，盡量采用計(jì)算機(jī)電纜或光纖代替電力信號(hào)電纜；操作監(jiān)視實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)屏幕化；運(yùn)行管理、記錄統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化除了滿足變電站運(yùn)行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個(gè)重

12、要環(huán)節(jié)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備配置如圖4所示。</p><p>　　圖4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備配置 </p><p>　　我國(guó)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從初始研發(fā)最終到超高壓變電站普及應(yīng)用總共化了7-8年時(shí)間。我國(guó)變電站 自動(dòng)化系統(tǒng)于20世紀(jì)90年代初先在35kV變電站投運(yùn)試點(diǎn)，繼而在 110kV變電站投運(yùn)；1998年前后在220kV變電站推廣應(yīng)用；2000年以后國(guó)內(nèi)500kV超高壓變電站建設(shè)全部采

13、用了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與上一代常規(guī)二次設(shè)備相比明顯具有占地面積小、功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，很快在電網(wǎng)建設(shè)中得到普及。</p><p>　　1．3發(fā)電廠分散測(cè)控系統(tǒng)(DCS)</p><p>　　發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)一般采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由過(guò)程控制單元(PCU)、運(yùn)行員工作站(OS)、工程師工作站(ES) 和冗余的高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖5

14、(系統(tǒng)典型配置)。過(guò)程控制單元(PCU)由可冗余配置的主控模件(MCU)和智能l／O模件組成。MCU模件通過(guò)冗余的l／O總線與智能l／O模件通訊。PCU直接面向生產(chǎn)過(guò)程，接受現(xiàn)場(chǎng)變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算處理后進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和打印以及輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。運(yùn)行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機(jī)接口。運(yùn)行員工作站接收PCU發(fā)來(lái)的

15、信息和向PCU發(fā)出指令，為運(yùn)行操作人員提供監(jiān)視和控制機(jī)組運(yùn)行的手段。工程師工作站為維護(hù)工程師提供系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置和修改、系統(tǒng)診斷和維護(hù)等手段。</p><p>　　圖5 發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)典型配置</p><p>　　2電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷推動(dòng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)步</p><p>　　上世紀(jì)六七十年代晶體管技術(shù)的發(fā)展及隨后中小規(guī)模集成電路的問(wèn)世為研發(fā)初始的電力系

16、統(tǒng) 自動(dòng)化裝置提供了技術(shù)條件，電力開關(guān)信號(hào)檢測(cè)、模擬量檢測(cè)(電力變送器)、晶體管及集成電路繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、模擬盤等二次設(shè)備相繼出現(xiàn)。這一時(shí)期自動(dòng)化裝置的特點(diǎn)是以模擬電路和布線邏輯為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，這類裝置的應(yīng)用減輕了變電站值班員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了電力安全運(yùn)行程度。但這些 自動(dòng)化裝置功能比較單一，互相之間缺少通信聯(lián)系，裝置不具備故障自診斷能力。</p><p>　　隨著上世紀(jì)八十年代單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

17、，我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全面的更新?lián)Q代。由于采用了數(shù)字電路和模塊化軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，電力自動(dòng)化裝置的性能大大提高，特別是裝置具有了通信功能，可通過(guò)并行口、串行口與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)和各種信息可通過(guò)外部設(shè)備如CRT顯示，打印機(jī)打印制表等，裝置首次出現(xiàn)了人機(jī)聯(lián)系功能。值得一提的是從Intel公司引進(jìn)的SBC系列OEM單板機(jī)技術(shù)加快了我國(guó)微機(jī)化電力系統(tǒng)二次設(shè)備的開發(fā)進(jìn)度，以單片機(jī)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)化設(shè)備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代

18、了機(jī)械光學(xué)結(jié)構(gòu)原動(dòng)化設(shè)備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代了機(jī)械光學(xué)結(jié)構(gòu)原理的老式錄波裝置；微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置及巡回檢測(cè)設(shè)備體積小，容量大，通信規(guī)約適應(yīng)性強(qiáng)；微機(jī)繼電保護(hù)裝置性能也大大提高，可方便修改保護(hù)定值，使用和維護(hù)非常透明。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)和引進(jìn)的PC機(jī)技術(shù)為電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化、電廠監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合 自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。開發(fā)的應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、匯總、分類、分析、存檔、顯示、打印、報(bào)警、完成操作控制等任務(wù)。這一時(shí)期

19、 自動(dòng)化存在的主要問(wèn)題是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、通信協(xié)議等方面缺乏工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)</p><p>　　隨著上世紀(jì)九十年代高性能工作站、服務(wù)器及軟件技術(shù)、信息處理技術(shù)、特別是高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化系統(tǒng)、電廠監(jiān)控、變電站自動(dòng)化、配電自動(dòng)化的技術(shù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階，產(chǎn)品逐步發(fā)展成為一種開放式、分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新模式。與上一代產(chǎn)品相比可以大幅度減少電力電纜、通信電纜的用量，設(shè)備體積小還減少了占地面積

20、等從而降低了建設(shè)成本，同時(shí)大幅度提高了系統(tǒng)的技術(shù)性能，增加了設(shè)備配置的靈活性、互換性和可維護(hù)性，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。最近幾年以來(lái)，各種嵌入式產(chǎn)品的出現(xiàn)，例如嵌入式高性能微處理器、嵌入式計(jì)算機(jī)、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式以太網(wǎng)等產(chǎn)品使電力系統(tǒng)中的裝置類設(shè)備如測(cè)量控制設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)通信控制器等得以再次更新?lián)Q代，裝置的硬件電路和應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，產(chǎn)品性能大大提高，裝置信息處理速度更快，功耗更低，功能擴(kuò)展能力更強(qiáng)。</p>

21、<p>　　3 當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴lT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點(diǎn)技術(shù)</p><p>　　當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化依賴于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點(diǎn)有：①電力一次設(shè)備智能化；②電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)；⑨光電式電力互感器；④適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測(cè)控裝置；⑨特高壓電網(wǎng)中的二次設(shè)備開發(fā)。</p><p>　　3．1電力一次設(shè)備智能化</p>&

22、lt;p>　　常規(guī)電力一次設(shè)備和二次設(shè)備安裝地點(diǎn)一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強(qiáng)信號(hào)電力電纜和大電流控制電纜連接，而電力一次設(shè)備智能化是指一次設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實(shí)現(xiàn)，省卻大量電力信號(hào)電纜和控制電纜，通常簡(jiǎn)述為一次設(shè)備 自帶測(cè)量和保護(hù)功能。如常見的“智能化開關(guān)”、“智能化開關(guān)柜”、“智能化箱式變電站”等。電力一次設(shè)備智能化主要問(wèn)題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場(chǎng)大電流開斷而引起的高強(qiáng)度電磁場(chǎng)干擾，關(guān)鍵技術(shù)

23、是電磁兼容、電子部件的供電電源以及與外部通信接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)問(wèn)題。</p><p>　　3.2電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè)</p><p>　　對(duì)電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，從而延長(zhǎng)設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，為電力設(shè)備由定

24、期檢修向狀態(tài)檢修過(guò)度提供保障。近年來(lái)電力部門投入了很大力量與大學(xué)、科研單位合作或引進(jìn)技術(shù)，開展在線狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)研究和實(shí)踐并取得了一些進(jìn)展，但由于技術(shù)難度大，專業(yè)性強(qiáng)，檢測(cè)環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時(shí)日。</p><p>　　3．3光電式電力互感器</p><p>　　電力互感器是輸電線路中不可缺少的重要設(shè)備，其作用是按一定比例關(guān)系將輸電線路上的高電壓和大電流數(shù)值降到可以用儀表

25、直接測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量。其缺點(diǎn)是隨電壓等級(jí)的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大；信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號(hào)畸變；互感器的輸出信號(hào)不能直接與微機(jī)化計(jì)量及保護(hù)設(shè)備接 口。因此不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國(guó)際電工協(xié)會(huì)已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)也有大專院校和科研單位正在加緊研發(fā)并取得了可喜成果。目前主要問(wèn)題是材料隨溫度系數(shù)的影響而使穩(wěn)定性不夠理想。另一關(guān)鍵

26、技術(shù)是，光電互感器輸出的信號(hào)比電磁式互感器輸出的信號(hào)要小得多，一般是毫安級(jí)水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過(guò)較長(zhǎng)的電纜線送給測(cè)控和保護(hù)裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。在這里，電磁兼容、絕緣、耐環(huán)境條件、電子電路的供電電源同樣是技術(shù)難點(diǎn)之一。</p><p>　　3．4適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護(hù)及測(cè)控裝置</p>

27、;<p>　　電力系統(tǒng)采用光電互感器技術(shù)后，與之相關(guān)的二次設(shè)備，如測(cè)控設(shè)備，繼電保等裝置的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部功能將發(fā)生很大的變化。首先省去了裝置內(nèi)部的隔離互感器、A／D轉(zhuǎn)換電路及部分信號(hào)處理電路，從而提高了裝置的響應(yīng)速度。但需要解決的重要關(guān)鍵技術(shù)是為滿足數(shù)值計(jì)算需要對(duì)相關(guān)的來(lái) 自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實(shí)現(xiàn)同步采樣，其次是高效快速的數(shù)據(jù)交換通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.5特高壓電網(wǎng)中的二次設(shè)備開發(fā)&

28、lt;/p><p>　　“十五”后期，針對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)電力的需求，電網(wǎng)企業(yè)在科技進(jìn)步方面的步伐明顯加快。在代表當(dāng)今世界輸變電技術(shù)最高水平的特高壓領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)公司的晉東南一南陽(yáng)一荊門特高壓試驗(yàn)示范工程可行性研究已于9月下旬通過(guò)評(píng)審，有望年底開工建設(shè)，這項(xiàng)試驗(yàn)示范工程的特高壓輸電電壓為1O00kV。另外我國(guó)南方電網(wǎng)公司也準(zhǔn)備建設(shè)一條800kV的云廣特高壓直流輸電線路，計(jì)劃在2007年開工建設(shè)。為特高壓輸電線路配套的

29、一次和二次設(shè)備需要重新研發(fā)或從國(guó)外引進(jìn)。開發(fā)特高壓輸電二次設(shè)備的主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是特高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電磁兼容、抗干擾能力、絕緣等特殊問(wèn)題的解決。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1林闖，彭學(xué)海．可信網(wǎng)絡(luò)研究．計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2005．5</p><p>　　2 徐光裙，史元春，謝偉凱．普適計(jì)算．計(jì)算機(jī)