浅谈电力自动化技术

　　电力自动化是指综合运用控制理论、电子设备、仪器仪表、计算机软硬件技术及其他技术，对发电过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加发电量、提高发电生产效率和质量、降低消耗、确保安全等目的的一类综合性技术。现今，我国发电厂基本上全部采用了分散控制系统或可编程逻辑控制器等计算机控制系统，系统装备水平大大提升。　　现今，创新的自动化系统控制着复杂的工艺流程，并确保过程运行的可靠及安全，为先进的维护策略也打造了相应的基础。电力过程自动化技术的日新月异和控制水平的不断提高，为电力工业解决能源资源和环境约束的矛盾创造了条件。随着社会及电力工业的发展，电力自动化的重要性与日剧增。传统的信息、通讯和自动化技术之间的障碍正在逐渐消失。最新的技术，包括无线网络、现场总线、变频器及人机界面、控制软件等，大大提升了过程系统的效率和安全性能。　　电力自动化的发展　　我国是从20世纪60年代开始研制变电站自动化技术。到70年代初，便先后研制出电气集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置。在80年代中期，由清华大学研制的35kV变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛变电站投入运行。与此同时南京京自动化研究院也开发出了220kV梅河口变电站综合自动化系统。此外，国内许多高等校及科研单位也在这方面做了大量的工作，推出一些不同类型、功能各异的自动化系统。为国内的变电站自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作用。1998年全国装机容量超过277GW，跃居世界第2位，自此以后，我国电力仍以较高的速度和更大的规模在迅猛发展，预计我国电力装机总容量将在今年底至明年初突破800GW。　　电力自动化的实现技术　　现场总线（Fieldbus）被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。　　现场总线在电厂、变电站和电力系统中有非常广阔的应用前景,特别是在新建项目中能在可靠性、高精度、经济性等诸多方面获得最大的效益。电力系统历来是自动化程度最高的生产部门,在国内外现场总线厂家和设计研究部门的共同努力下,基于现场总线的控制系统必将分系统、分阶段地逐步取代现有的分散式控制系统,在未来定将成为我国电力系统自动化的主导设备。　　四方公司在国际上率先将LonWorks现场总线技术应用于变电站综合自动化系统，并将基于微处理器的间隔层设备直接并入LonWorks现场总线，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系统的信息吞吐和数据处理能力，从而解决了应用低速串口通信采样数据时经常产生的瓶颈现象。LonWorks现场总线网络具有很强的抗干扰、抗震动性，适用于较大的温度范围，适合于变电站较恶劣的工业环境。其传输速率已远远满足变电站综合自动化系统对信息传输速度的要求。　　无线技术　　无线通讯技术因其不必在厂区范围内进行繁杂、昂贵的布线，因而有着诱人的特质。位于现场的巡视和检修维护人员借此可保持和集中控制室等控制管理中心的联系，并实现信息共享。此外，无线技术还具有高度灵活性、易于使用、通过远程链接可实现远方设备或系统的可视化、参数调整和诊断等独特功能。无线技术的出现及快速进步，正在赋予电力工业领域以一种崭新的视角来观察问题，并由此在电力流程工业领域及资产管理领域，开创一个激动人心的新纪元。　　尽管目前存在多种无线技术，但仅有几种特别适用于电力流程工业。这是因为无线信号通过空间传播的过程、搭载的数据容量（带宽）、抗RFI（射频干扰）/EMI（电磁干扰）干扰性、对物理屏障的易感性、可伸缩性、可靠性，还有成本，都因无线技术网络的不同而不同。因此，很多用户都倾向于“依据具体的应用场合，来选定合适的无线技术”。控制用的无线技术主要有GSM/GPRS（蜂窝）、9OOMHzRadios、wi－Fi(802.lla/b/g）、WIMAX(802.16）、ZigBee(802.15.4）、自组织网络等，其中尤以Wi－Fi和WIMAX应用增长速度最快，这是因为其在带宽和安全性能方面较优、在数据集中和网络化方面具备卓越的安全框架、具有主机数据集成的高度灵活性、高的鲁棒性及低的成本。　　美国德州LCRA集团公司为了降低电厂运行维护成本，由一套电厂人员集中管理其下属容量为650Mw的SimGideon电厂和容量为545MW的LostPines电厂，采用了Apprion公司的wiMAx无线网络系统，以集成上述两个电厂监控管理层的通讯和控制[l]。其无线网络系统由APPrion的ION系统和ION服务构成。ION系统即工业无线应用网络，包括IONosphere和集中应用软件，后者具有数据服务、工作流程、安保、监视、维护和第三方应用集成的管理功能。IONosphere管理软件连续监视整个无线网络设施的工作性能、健康状况和完整性，从而在共享数据环境下保证基于QOS应用的性能最优化。ION服务支持现场分析、技术选择、基础结构设计和实施、性能监视、安保管理、连续的网管及优化功能。借助台式PC机，运行人员可以以无线、远程方式分别访问前述两个电厂所用的Foxbor砰口westinghouse控制系统。　　信息化技术　　在电力企业，经过多年的建设，信息化基础设施相对完善，中小型机、微型计算器装备级别不断更新提高，各电力公司本部主要岗位工作人员使用计算器的比例很高。电力生产、调度自动化系统，电力营销管理系统得到广泛应用，信息化机构建设不断健全。目前，电力工业正面临更加复杂的竞争环境。各电力企业通过控制生产成本、提高发电安全可靠性、采用较先进的技术与设备以及更合理的营销过程提高企业的竞争力。　　电力信息化包括电力生产、调度自动化和管理信息化两部分。厂站自动化历来是电力信息化的重点，大部分水电厂、火力发电厂以及变电站配备了计算机监控系统；相当一部分水电厂在进行改造后还实现了无人值班、少人值守。发电生产自动化监控系统的广泛应用大大提高了生产过程自动化水平。电力调度的自动化水平更是国际领先，目前电力调度自动化的各种系统，如SCADA、AGC以及EMS等已建成，省电力调度机构全部建立了SCADA系统，电网的三级调度100%实现了自动化。华北电力调度局自动化处处长郭子明说，早在20世纪70年代华北电力调度局就用晶体管计算机调度电力，从国产121机到176机，再到176双机，华北电力调度局全用过，到1978年已经基本实现了电网调度自动化。　　安全技术　　电力是社会的命脉之一，当今人类社会对电力系统的依赖已到了难以想象的程度。电力系统发生大灾变对于社会的影响是不可估量的，因此电力系统最重要的是运行的安全性，但这个问题在全世界均未得到很好解决，电力系统发生大灾变的概率小但后果极其严重，我国电力系统也出现过稳定破坏的重大事故。我国电力系统也出现过稳定破坏的重大事故。美国在近100年内发生过六、七次大范围灾难性的严重破坏停电事故。这就告诫人们要更加关注电力系统的安全与稳定问题。由于我国经济快速发展的需求，电力工业将会继续以空前的速度和规模发展。随着三峡电站、西电东送、南北互供和全国联网等重大工程的实施，我国必将出现世界上最大规模的电力系统。　　在一个工厂里面，有一个区域需要维护，但是这个区域有高压电的危险，有危险化学品，还有危险的车辆在来来往往。如果通过平时我们常用的方式，就是在入口处挂一个指示牌，上面写着一二三断电、关阀门几个步骤，还是存在着安全隐患，首先，进去维护的工程师有可能疲劳、精神恍惚而忘记其中的某一个步骤，第二，就算他没有忘记前面的步骤，驾驶其他车辆的人并不一定会注意到里面有人而可能开进去，其他人不一定注意到里面有人而重新打开电源或者阀门，这种事故我们见到过很多例。而如果使用安全联锁科技的话，我们会在入口处安装一个控制设备，工程师要进去维护之前，把一个特制的钥匙从设备里拔出来，只要他拿着这把“生命之匙”，外面的人绝对无法打开电源、阀门，也无法打开门将车辆开进来。这样，这个工程师在里面就是100%安全的。　　传动技术　　实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。变频器作为节能降耗减排的利器之一，在电力设备中的应用已经极为广泛而成熟。对于变频器厂商而言，在未来三十年，变频器，尤其是高压变频器在电力节能降耗中的作用极为明显，变频器也成为越来越多电力行业改造技术的首选。在业内，以ABB为首的电力自动化技术领导厂商，ABB建立了全球最大的变压器生产基地及绝缘体制造中心。自1998年成立以来，公司多次参与国家重点电力建设项目，凭借安全可靠、高效节能的产品性能而获得国内外用户的好评。其公司多种产品，包括：PLC、变流器、仪器仪表、机器人等产品都在电力行业中得到很好的应用。　　过去的三年里，中国风电市场装机容量仍以每年两倍的速度在增长。ABB利用风电传动产品技术特点是提高了风轮机的效率。风电专用变流器保证风轮机在强风和弱风条件下都能高效运行。为满足风电应用的特殊需求，产品的高可靠性、适合恶劣环境应用和长寿命设计等特点都充分保证了风机的安全运行，并可以帮助客户将风机输出的电能输送到电网上。除了风电变流器，ABB也为风机厂提供世界领先的发电机和低压产品组合。例如可用于全部主要涡轮机类型的发电机、变压器、低压与中压产品、开关设备和紧凑型二次变电站等。　　人机界面　　发电站、变电站、直流电源屏是十分重要的设备，随着科学技术的不断发展，单片机技术的日趋完善，电力行业中对发电站、变电站设备提出了更高精密、更高质量的要求，直流电源屏是发电站、变电站二次设备中非常重要的设备，直流电源屏承担着向发电站、变电站提供直流控制保护电源的作用，同时提供给高压开关及断路器的操作电源，因此直流电源屏的可靠性将直接关系到发电站的安全运行，直流电源屏的发展已经经历了很长的时间，从早期的直流发电机、磁饱和直流充电机到集成电路可控硅控制直流充电机、单片机控制可控硅充电机、高频开关电源充电机等，至目前直流电源屏已很成熟。　　直流电源屏整流充电部分仍然采用目前国际最流行的软开关技术，将工频交流经过多级变换，最后形成稳定的直流输出，直流电源屏系统控制的核心部件是V80系列可编程控制器PLC，它将系统采集的输入输出模似量以及开关量经过运算处理，最终控制高频开关电源模块使其按电池曲线及有人为设置的工作要求高可靠地工作。　　来源：北极星电力网