电力变电自动化的

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摘 要：变电站综合自动化功能由屯网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定,是电力系统发展的趋势与要求.本文介绍了变电自动化系统的几种常用结构,其次对自动化系统的网络模型进行了论述.

关 键 词：电力变电自动化

在电力系统运行中,随着电压、频率的瞬时变化,存在着瞬时的状态变量.对于一个电力系统,有多少个状态变量就有多少种稳定性问题.在电力系统运行中,有三种常见且必须同时满足的稳定性要求,即同步运行稳定性,频率稳定性和电压稳定性.现实工作中,为了预防这种故障需要频繁地对二次设备进行定期试验和调试,而一旦出现不可预见的设备故障,便会给整个电网的安全运行带来严重后果.

1.电力自动化

1.1智能化

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接.换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替.

1.2网络化

变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源共享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块.

1.3运行治理系统

变电站运行治理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”.

2.电力自动化的发展

在三个层次中,数字化变电站自动化系统的研究正在自下而上逐步发展.国外已有一定的成熟经验,国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究,并且在某些方面取得了实质性的进展.

3.电力自动化网络

网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉,它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性.常规变电站自动化系统中单套保护装置的信息采集与保护算法的运行一般是在同一个CPU控制下进行的,使得同步采样、A/D转换,运算、输出控制命令整个流程快速,简捷,而全数字化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的,如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题,其最基本的条件是网络的适应性,要害技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定.

3.1变电自动化系统的网络模型

（1）假定电力网络中节点编号的次序先是各发电机节点,然后是负荷和其它节点.由于在电网故障后功角的第一个摇摆周期内,各种调节器因为时滞来不及动作或动作很小,且在稳定性预测和早期控制中对时间要求很短暂,故一般采用电力系统的经典模型（如恒定阻抗负荷模型和暂态电抗后恒定电势的同步电机模型）；

（2）在研究系统多个功角摇摆周期时段的动态稳定时,要考虑各个元件的反应特性.在电力系统运行方式处于稳定域边界处,由经典模型得出的结果与实际模型相差甚远,故需采用详细发电机等单元的数学模型（含励磁、调速系统模型,负荷考虑电压和频率特性）来研究.

3.2变电自动化系统内的通信网络设计

构建一个快速、稳定、可靠和富有弹性的通信网络是变电自动化系统的基本要求,也是整个电力系统运行管理自动化的根本前提.由于强调专用性而牺牲了通用性,长期缺乏统一的国际标准.在通信节点多,现场总线存在以下局限性：

（1）当通信节点超过一定数量后,响应速率下降到不能接受的水平,不能适应对通信的要求；

（2）有限的带宽使录波等大量数据的传输延迟大到不能令人满意的程度；

（3）总线型拓扑结构在网络的任一点故障时均可能导致整个系统崩溃.

因此,自动化通信系统需要计算机网络技术,更需要带宽、通用性和符合国际标准的网络技术.在带宽、可扩展性、可靠性、经济性、通用性等方面的综合评估中,计算机网络技术必将成为自动化系统中通信技术发展的趋势.

4.变电自动化系统安全控制和稳定性分析

处于稳定状态的电力系统受到某些扰动时,可能转入不稳定状态.处于正常状态的电力系统受到较严重的扰动时,可能转为极不稳定状态.极不稳定状态可能出现以下两类危机：

（1）稳定性危机（Stabilitycrisis）：电力系统暂态过程积蓄的能量可能破坏其运行稳定性,即不能再回到初始状态或停留在一个允许的新状态.这一过程历时很短,如几秒钟.

（2）持久性危机（Viabilitycrisis）：局部或整个系统发电、送电和负荷不平衡,导致系统运行参数大幅度偏离正常值,可能破坏对用户的持续供电.这一过程历时较长,如几秒钟至几分钟.

电力系统在极不稳定状态下为了维持稳定运行和持续供电,必须采取必要的控制措施.这种控制称为紧急控制（Emergencycontrol）或预测控制（Predictivecontrol）,也称为极不稳定状态下的安全控制或动态安全控制.因而需要进行恢复控制（Restorativecontrol）,恢复控制包括起动备用设备,增加发电机组的功率,重新投入被切机组、负荷和线路等随着电力系统的发展扩大,对安全控制提出越来越高的要求,安全控制成为电力系统运行和控制的一个极其重要的课题.

5.结束语

由于电力系统的不断发展扩大,因此对电力系统动态过程的分析越来越复杂,对系统自动控制的要求也越来越高.在变电站自动化领域中,智能化电气的发展,特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,变电站自动化技术即将进入数字化新阶段分层分布式综合自动化变电系统通过各种设备间相互交换信息、数据共享,实现对变电运行的自动监视、管理、协调和控制,从而提高了变电保护和控制性能,改善和提高了电网的控制水平.有利于系统扩展的方便性和灵活性.特别是利用计算机网络技术作为通信系统发展模式,更是日后变电自动化发展的趋势.