電力系統(tǒng)自動化與計算機技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p>　　電力系統(tǒng)自動化與計算機技術(shù)</p><p>　　摘要：介紹了計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中部分應(yīng)用情況，簡要回顧了計算機技術(shù)發(fā)展對電力系統(tǒng)自動化的推動作用，指出了當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴于電子技術(shù)、計算機技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點項目。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)自動化，計算機，電網(wǎng)調(diào)度 自動化，測控，保護</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)自動化是現(xiàn)代計算機技

5、術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，計算機發(fā)展過程中的每一項新技術(shù)、新成果都會以最快的速度被電力系統(tǒng)自動化應(yīng)用，計算機技術(shù)的發(fā)展推動了電力系統(tǒng)自動化的進程。計算機技術(shù)在發(fā)展，電力系統(tǒng) 自動化水平在不斷提高。</p><p>　　1 電力系統(tǒng)自動化技術(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、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、可靠運行和電力生產(chǎn)以比較經(jīng)濟的方式運行，就需要對一次設(shè)備進行在線測控、保護、調(diào)度控制等，電力系統(tǒng)中將這些測控裝置，保護裝置，有關(guān)通信設(shè)備，各級電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機系統(tǒng)，(火)電廠、(水、核能、風(fēng)能)電站及變電站的計算機監(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)自動化的主要技術(shù)內(nèi)容。 </p><p>　　1．1電網(wǎng)調(diào)度 自動化 </p

7、><p>　　電網(wǎng)調(diào)度自動化是電力系統(tǒng)自動化的主要組成部分，我國目前電網(wǎng)調(diào)度自動化分為五級，即國家電網(wǎng)調(diào)度、大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度、省級電網(wǎng)調(diào)度、地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度和縣級電網(wǎng)調(diào)度。各級電網(wǎng)調(diào)度之間及各級電網(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 自動化連結(jié)示意圖 </p><p>　　電網(wǎng)調(diào)度自動化的主要組成部分由電網(wǎng)調(diào)度控制中心的汁算機

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、通過電力系統(tǒng)專用廣域網(wǎng)連結(jié)的下級電網(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(如測量控制等裝置)等構(gòu)成。電網(wǎng)調(diào)度 自動化的主要功能是電力生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、電網(wǎng)運行安全分析、電力系統(tǒng)狀態(tài)估計、電力負(fù)荷予測、自動發(fā)電控制(省級電網(wǎng)以上)、自動經(jīng)濟調(diào)度(省級電網(wǎng)以上)并適應(yīng)電力市場運營的需求等。一個典型的省級電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機設(shè)備及其結(jié)構(gòu)如圖2所示。</p>

9、<p>　　圖2 省級電網(wǎng)控制中心能量管理系統(tǒng)(EMS)配置圖</p><p>　　國家電網(wǎng)調(diào)度和大區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制中心的計算機設(shè)備配備比省級電網(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)和省級電網(wǎng)小得多，地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度不對發(fā)電廠進行控制，主要對供電網(wǎng)內(nèi)的各級變電站和

10、配電網(wǎng)進行實時監(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。1_2變電站 自動化電力系統(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，擴大對變電站的監(jiān)控功能，提高變電站的安全運行水平。變電站自動化的內(nèi)容就是對站內(nèi)運行的電氣設(shè)備進行全方位的監(jiān)視和有效控制，其特點是全微機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，盡量采用計算機電纜或光纖代替電力信號電纜；操作監(jiān)視實現(xiàn)計算機屏幕化；運行管理、記錄統(tǒng)計實現(xiàn)自動化。變電站自動化除了滿足變電站運行操作任務(wù)外還作為電網(wǎng)調(diào)度 自動化不可分割的重要組成部分，是電力生產(chǎn)現(xiàn)代化的一個重

12、要環(huán)節(jié)。變電站自動化系統(tǒng)設(shè)備配置如圖4所示。</p><p>　　圖4 變電站自動化系統(tǒng)設(shè)備配置 </p><p>　　我國變電站自動化系統(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年時間。我國變電站 自動化系統(tǒng)于20世紀(jì)90年代初先在35kV變電站投運試點，繼而在 110kV變電站投運；1998年前后在220kV變電站推廣應(yīng)用；2000年以后國內(nèi)500kV超高壓變電站建設(shè)全部采

13、用了變電站自動化系統(tǒng)方案。變電站自動化系統(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、可靠性高等優(yōu)點，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)，由過程控制單元(PCU)、運行員工作站(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)過程，接受現(xiàn)場變送器、熱電偶、熱電阻、電氣量、開關(guān)量、脈沖量等信號，經(jīng)運算處理后進行運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的實時顯示和打印以及輸出信號直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，完成生產(chǎn)過程的監(jiān)測、控制和聯(lián)鎖保護等功能。運行員工作站(OS)和工程師工作站(ES)提供了人機接口。運行員工作站接收PCU發(fā)來的

15、信息和向PCU發(fā)出指令，為運行操作人員提供監(jiān)視和控制機組運行的手段。工程師工作站為維護工程師提供系統(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)、計算機技術(shù)的發(fā)展不斷推動電力系統(tǒng)自動化進步</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)模集成電路的問世為研發(fā)初始的電力系

16、統(tǒng) 自動化裝置提供了技術(shù)條件，電力開關(guān)信號檢測、模擬量檢測(電力變送器)、晶體管及集成電路繼電保護、自動裝置、遠(yuǎn)動裝置、模擬盤等二次設(shè)備相繼出現(xiàn)。這一時期自動化裝置的特點是以模擬電路和布線邏輯為主進行設(shè)計，這類裝置的應(yīng)用減輕了變電站值班員的勞動強度，提高了電力安全運行程度。但這些 自動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)八十年代單片機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

17、，我國電力系統(tǒng)自動化設(shè)備實現(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)計技術(shù)，電力自動化裝置的性能大大提高，特別是裝置具有了通信功能，可通過并行口、串行口與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)和各種信息可通過外部設(shè)備如CRT顯示，打印機打印制表等，裝置首次出現(xiàn)了人機聯(lián)系功能。值得一提的是從Intel公司引進的SBC系列OEM單板機技術(shù)加快了我國微機化電力系統(tǒng)二次設(shè)備的開發(fā)進度，以單片機為基礎(chǔ)的國產(chǎn)化自動化設(shè)備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代

18、了機械光學(xué)結(jié)構(gòu)原動化設(shè)備層出不窮，數(shù)字式故障錄波器替代了機械光學(xué)結(jié)構(gòu)原理的老式錄波裝置；微機遠(yuǎn)動裝置及巡回檢測設(shè)備體積小，容量大，通信規(guī)約適應(yīng)性強；微機繼電保護裝置性能也大大提高，可方便修改保護定值，使用和維護非常透明。同時，國產(chǎn)的工業(yè)計算機和引進的PC機技術(shù)為電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、電廠監(jiān)控系統(tǒng)、變電站綜合 自動化奠定了基礎(chǔ)。開發(fā)的應(yīng)用軟件可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集、匯總、分類、分析、存檔、顯示、打印、報警、完成操作控制等任務(wù)。這一時期

19、 自動化存在的主要問題是系統(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 自動化系統(tǒng)、電廠監(jiān)控、變電站自動化、配電自動化的技術(shù)水平上了一個新臺階，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、互換性和可維護性，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。最近幾年以來，各種嵌入式產(chǎn)品的出現(xiàn)，例如嵌入式高性能微處理器、嵌入式計算機、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)備如測量控制設(shè)備、繼電保護裝置、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，功能擴展能力更強。</p>

21、<p>　　3 當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴lT技術(shù)向前發(fā)展的重要熱點技術(shù)</p><p>　　當(dāng)前電力系統(tǒng)自動化依賴于電子技術(shù)、計算機技術(shù)繼續(xù)向前發(fā)展的主要熱點有：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；⑨光電式電力互感器；④適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置；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)備安裝地點一般相隔幾十至幾百米距離，互相間用強信號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)計時考慮將常規(guī)二次設(shè)備的部分或全部功能就地實現(xiàn)，省卻大量電力信號電纜和控制電纜，通常簡述為一次設(shè)備 自帶測量和保護功能。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)備智能化主要問題是電子部件經(jīng)常受到現(xiàn)場大電流開斷而引起的高強度電磁場干擾，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)問題。</p><p>　　3.2電力一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測</p><p>　　對電力系統(tǒng)一次設(shè)備如發(fā)電機、汽輪機、變壓器、斷路器、開關(guān)等設(shè)備的重要運行參數(shù)進行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以監(jiān)視設(shè)備實時運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，從而延長設(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)檢修過度提供保障。近年來電力部門投入了很大力量與大學(xué)、科研單位合作或引進技術(shù)，開展在線狀態(tài)檢測技術(shù)研究和實踐并取得了一些進展，但由于技術(shù)難度大，專業(yè)性強，檢測環(huán)境條件惡劣，要開發(fā)出滿意的產(chǎn)品還需一定時日。</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、直接測量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，以便用儀表直接測量。其缺點是隨電壓等級的升高絕緣難度越大，設(shè)備體積和質(zhì)量也越大；信號動態(tài)范圍小，導(dǎo)致電流互感器會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，或發(fā)生信號畸變；互感器的輸出信號不能直接與微機化計量及保護設(shè)備接 口。因此不少發(fā)達國家已經(jīng)成功研究出新型光電式和電子式互感器，國際電工協(xié)會已發(fā)布了電子式電壓、電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)。國內(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比電磁式互感器輸出的信號要小得多，一般是毫安級水平，不能像電磁式互感器那樣可以通過較長的電纜線送給測控和保護裝置，需要在就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過光纖接口送出，模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等電子電路部分在結(jié)構(gòu)上需要與互感器進行一體化設(shè)計。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)難點之一。</p><p>　　3．4適應(yīng)光電互感器技術(shù)的新型繼電保護及測控裝置</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)值計算需要對相關(guān)的來 自不同互感器的數(shù)據(jù)如何實現(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。</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，針對經(jīng)濟和社會發(fā)展對電力的需求，電網(wǎng)企業(yè)在科技進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，國家電網(wǎng)公司的晉東南一南陽一荊門特高壓試驗示范工程可行性研究已于9月下旬通過評審，有望年底開工建設(shè)，這項試驗示范工程的特高壓輸電電壓為1O00kV。另外我國南方電網(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)或從國外引進。開發(fā)特高壓輸電二次設(shè)備的主要技術(shù)關(guān)鍵點是特高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定控制技術(shù)和現(xiàn)場設(shè)備電磁兼容、抗干擾能力、絕緣等特殊問題的解決。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1林闖，彭學(xué)海．可信網(wǎng)絡(luò)研究．計算機學(xué)報，2005．5</p><p>　　2 徐光裙，史元春，謝偉凱．普適計算．計算機