论述电力工程中电气自动化技术

摘要：电气自动化技术作为从电气工程技术发展出来的并与电子与信息技术紧密结合起来的一门电气工程应用技术学科。文章主要针对电气工程中自动化技术的运用进行了简单的阐述。

关键词：电气工程；自动化技术；研究方向

中图分类号：TU755.2

0概述

随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，综合自动化技术也得到迅速发展。电气工程及其自动化涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，其主要特点是强弱电结合，机电结合，软硬件结合。该专业培养具有工程技术基础知识和相应的电气工程专业知识，受过电工电子，系统控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程技术分析与控制问题基本能力的高级工程技术人才。

1电力系统自动化技术

1.1电网调度自动化

现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，位于调度中心的部分称为调度端。软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。

1.2变电站自动化

电力系统中变电站与输配电线路是联系发电厂与电力用户的主要环节。变电站自动化的目的是取代人工监视和电话人工操作，提高工作效率，扩大对变电站的监控功能，提高变电站的安全运行水平。变电站自动化的内容就是对站内运行的电气设备进行全方位的监视和有效控制，其特点是全微机化的装置替代各种常规电磁式设备；二次设备数字化、网络化、集成化，尽量采用计算机电缆或光纤代替电力信号电缆；操作监视实现计算机屏幕化；运行管理、记录统计实现自动化。变电站自动化除了满足变电站运行操作任务外还作为电网调度自动化不可分割的重要组成部分，是电力生产现代化的一个重要环节。

1.3发电厂分散测控系统（DCS）

发电厂分散控制系统（DCS）一般采用分层分布式结构，由过程控制单元（PCU）、运行员工作站（OS）、工程师工作站（ES）和冗余的高速数据通讯网络（以太网）组成。

过程控制单元（PCU）由可冗余配置的主控模件（MCU）和智能I/O模件组成。MCU 模件通过冗余的 I/O 总线与智能 I/O 模件通讯。PCU 直接面向生产过程，接受现场变送器、热电偶、热电阻、电气量、开关量、脉冲量等信号，经运算处理后进行运行参数、设备状态的实时显示和打印以及输出信号直接驱动执行机构，完成生产过程的监测、控制和联锁保护等功能。

运行员工作站（OS）和工程师工作站（ES）提供了人机接口。运行员工作站接收PCU发来的信息和向PCU发出指令，为运行操作人员提供监视和控制机组运行的手段，工程师工作站为维护工程师提供系统组态设置和修改、系统诊断和维护等手段。

2 电力系统自动化的研究方向

2.1 智能保护与变电站综合自动化

对电力系统电保护的新原理进行了研究，将国内外最新的人工智能、模糊理论、综合自动控制理论、自适应理论、网络通信、微机新技术等应用于新型继电保护装置中，使得新型继电保护装置具有智能控制的特点，大大提高电力系统的安全水平。对变电站自动化系统进行了多年研究，研制的分层分布式变电站综合自动化装置能够适用于 35～500 kV 各种电压等级变电站。微机保护领域的研究处于国际领先水平，变电站综合自动化领域的研究已达到国际先进水平。

2.2 配电网自动化

在中低压网络数字电子载波 ndlc、配网的模型及高级应用软件 pas、地理信息与配网 scada 一体化方面取得了重大技术突破。其中，ndlc 采用了 dsp 数字信号处理技术，提高了载波接收灵敏度，解决了载波正在配电网上应用的衰耗、干扰、路由等技术难题；高级应用软件 pas 将输电网 ems 的理论算法与配网实际结合起来，采用了最新国际标准 IEC61850、IEC61970CIM公共信息模型；采用配网递归虚拟流算法进行潮流计算；应用人工智能灰色神经元算法进行负荷预测。

2.3 现代电力电子技术在电力系统中的应用

开展了电力电子装置控制理论和控制算法、各种电力电子装置在电力系统中的行为和作用、灵活交流输电系统、直流输电的微机控制技术、动态无功补偿技术、有源电力滤波技术、大容量交流电机变频调速技术和新型储能技术等方面的研究。

2.4 电气设备状态监测与故障诊断技术

通过将传感器技术、光纤技术、计算机技术、数字信号处理技术以及模式识别技术等结合起来，针对电气设备绝缘监测方法和故障诊断的机理进行了详细的基础研究，开发了发电机、变压器、开关设备、电容型设备和直流系统等主要电气设备的监控系统，全面提高电气设备和电力系统的安全运行水平。

3当前电力系统自动化依赖IT技术向前发展的重要热点技术

当前电力系统自动化依赖于电子技术、计算机技术继续向前发展的主要热点有：①电力一次设备智能化；②电力一次设备在线状态检测；③光电式电力互感器；④适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置；⑤特高压电网中的二次设备开发。

3.1电力一次设备智能化

常规电力一次设备和二次设备安装地点一般相隔几十至几百米距离，互相间用强信号电力电缆和大电流控制电缆连接，而电力一次设备智能化是指一次设备结构设计时考虑将常规二次设备的部分或全部功能就地实现，省却大量电力信号电缆和控制电缆，通常简述为一次设备自带测量和保护功能。如常见的“智能化开关”、“智能化开关柜”、“智能化箱式变电站”等。

电力一次设备智能化主要问题是电子部件经常受到现场大电流开断而引起的高强度电磁场干扰，关键技术是电磁兼容、电子部件的供电电源以及与外部通信接口协议标准等技术问题。

3.2光电式电力互感器

电力互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用是按一定比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便用仪表直接测量。其缺点是随电压等级的升高绝缘难度越大，设备体积和质量也越大；信号动态范围小，导致电流互感器会出现饱和现象，或发生信号畸变；互感器的输出信号不能直接与微机化计量及保护设备接口。因此不少发达国家已经成功研究出新型光电式和电子式互感器，国际电工协会已了电子式电压、电流互感器的标准。国内也有大专院校和科研单位正在加紧研发并取得了可喜成果。目前主要问题是材料随温度系数的影响而使稳定性不够理想。另一关键技术是，光电互感器输出的信号比电磁式互感器输出的信号要小得多，一般是毫安级水平，不能像电磁式互感器那样可以通过较长的电缆线送给测控和保护装置，需要在就地转换为数字信号后通过光纤接口送出，模数转换、光电转换等电子电路部分在结构上需要与互感器进行一体化设计。在这里，电磁兼容、绝缘、耐环境条件、电子电路的供电电源同样是技术难点之一。

3.3适应光电互感器技术的新型继电保护及测控装置

电力系统采用光电互感器技术后，与之相关的二次设备，如测控设备，继电保等装置的结构与内部功能将发生很大的变化。首先省去了装置内部的隔离互感器、A/D 转换电路及部分信号处理电路，从而提高了装置的响应速度。但需要解决的重要关键技术是为满足数值计算需要对相关的来自不同互感器的数据如何实现同步采样，其次是高效快速的数据交换通信协议的设计。

4结束语

电气自动化技术的应用越来越广泛而深入，这也使电力管理方式产生翻天覆地的变化。新技术、新理论的应用使一些概念不断被更新和修正，传统的技术界线逐渐模糊，各种原来看似不相关联的技术会彼此融合和渗透，这必将推动着电力自动化系统的不断发展和变化。

参考文献：

[1]孙 琥.科学发展观旗帜下的工业电气自动化发展[J].硅谷，2009.

[2]杨泽斌.新形势下电气工程及其自动化专业建设的探索与实践[J].科技导报，2006.

[3]曾庆禹.变电站自动化技术的未来发展［J］.电力系统自动化，2000.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。