電力系統自動化

電力系統自動化對電能生產、傳輸和管理實現自動控制、自動調度和自動化管理。電力系統是一個地域分佈遼闊，由發電廠、變電站、輸配電網路和用戶組成的統一調度和運行的複雜大系統。

電力系統自動化的領域包括生產過程的自動檢測、調節和控制，系統和元件的自動安全保護，網路信息的自動傳輸，系統生產的自動調度，以及企業的自動化經濟管理等。電力系統自動化的主要目標是保證供電的電能質量（頻率和電壓），保證系統運行的安全可靠，提高經濟效益和管理效能。

電力系統信息自動傳輸系統 簡稱遠動系統。其功能是實現調度中心和發電廠變電站間的實時信息傳輸。自動傳輸系統由遠動裝置和遠動通道組成。遠動通道有微波、載波、高頻、聲頻和光導通信等多種形式。遠動裝置按功能分為遙測、遙信、遙控三類。把廠站的模擬量通過變換輸送到位於調度中心的接收端並加以顯示的過程稱為遙測。把廠站的開關量輸送到接收端並加以顯示的過程稱為遙信。把調度端的控制和調節信號輸送到位於廠站的接收端實現對調節對象的控制的過程，稱為遙控或遙調。遠動裝置按組成方式可分為布線邏輯式遠動裝置和存儲程序式邏輯裝置。前者由硬體邏輯電路以固定接線方式實現其功能，後者是一種計算機化的遠動裝置。

反事故自動裝置的功能是防止電力系統的事故危及系統和電氣設備的運行。在電力系統中裝設的反事故自動裝置有兩種基本類型。

繼電保護裝置：其功能是防止系統故障對電氣設備的損壞，常用來保護線路、母線、發電機、變壓器、電動機等電氣設備。按照產生保護作用的原理，繼電保護裝置分為過電流保護、方向保護、差動保護、距離保護和高頻保護等類型。

系統安全保護裝置：用以保證電力系統的安全運行，防止出現系統振蕩、失步解列、全網性頻率崩潰和電壓崩潰等災害性事故。系統安全保護裝置按功能分為4種形式：

一是屬於備用設備的自動投入，如備用電源自動投入，輸電線路的自動重合閘等；

二是屬於控制受電端功率缺額，如低周波自動減負荷裝置、低電壓自動減負荷裝置、機組低頻自起動裝等；

三是屬於控制送電端功率過剩，如快速自動切機裝置、快關汽門裝置、電氣制動裝置等；

四是屬於控制系統振蕩失步，如系統振蕩自動解列裝置、自動並列裝置等。

電力系統自動化主要包括 地區調度實時監控、變電站自動化和 負荷控制等三個方面。

地區調度的實時監控系統：通常由小型或微型計算機組成，功能與中心調度的監控系統相仿，但稍簡單。

變電站自動化：發展方向是無人值班，其遠動裝置採用微型機可編程序的方式。

負荷控制：常採用工頻或聲頻控制方式，自動化不單是硬體方面，還有軟體系統方面的全方位支持，比如生產管理及輔助決策系統、電廠運行巡檢條碼系統、電廠電子運行日誌系統、電力企業辦公自動化管理（OA）系統等，才能夠實現全面的自動化。

管理系統的自動化通過計算機來實現。主要項目有電力工業計劃管理、財務管理、生產管理、人事勞資管理、資料檢索以及設計和施工方面等。

按照電能的生產和分配過程，包括 電網調度自動化、火力發電廠自動化、水力發電站綜合自動化、電力系統信息自動傳輸系統、電力系統反事故自動裝置、供電系統自動化、電力工業管理系統的自動化等7個方面，並形成一個分層分級的自動化系統。區域調度中心、區域變電站和區域性電廠組成最低層次；中間層次由省（市）調度中心、樞紐變電站和直屬電廠組成，由總調度中心構成最高層次。而在每個層次中，電廠、變電站、配電網路等又構成多級控制。

現代的電網自動化調度系統是以計算機為核心的控制系統，包括實時信息收集和顯示系統，以及供實時計算、分析、控制用的軟體系統。信息收集和顯示系統具有數據採集、屏幕顯示、安全檢測、運行工況計算分析和實時控制的功能。在發電廠和變電站的收集信息部分稱為遠動端，位於調度中心的部分稱為調度端。軟體系統由靜態狀態估計、自動發電控制、最優潮流、自動電壓與無功控制、負荷預測、最優機組開停計劃、安全監視與安全分析、緊急控制和電路恢復等程序組成。

火力發電廠的自動化項目包括：

①廠內機、爐、電運行設備的安全檢測，包括數據採集、狀態監視、屏幕顯示、越限報警、故障檢出等。

②計算機實時控制，實現由點火至併網的全部自動起動過程。

③有功負荷的經濟分配和自動增減。

④母線電壓控制和無功功率的自動增減。

⑤穩定監視和控制。採用的控制方式有兩種形式：一種是計算機輸出通過外圍設備去調整常規模擬式調節器的設定值而實現監督控制；另一種是用計算機輸出外圍設備直接控制生產過程而實現直接數字控制。

需要實施自動化的項目包括 大壩監護、水庫調度和 電站運行三個方面。

①大壩計算機自動監控系統：包括數據採集、計算分析、越限報警和提供維護方案等。

②水庫水文信息的自動監控系統：包括雨量和水文信息的自動收集、水庫調度計劃的制訂，以及攔洪和蓄洪控制方案的選擇等。

③廠內計算機自動監控系統：包括全廠機電運行設備的安全監測、發電機組的自動控制、優化運行和經濟負荷分配、穩定監視和控制等。

20世紀50年代以前，電力系統容量在幾百萬千瓦左右，單機容量不超過10萬千瓦，電力系統自動化多限於單項自動裝置，且以安全保護和過程自動調節為主。例如，電網和發電機的各種繼電保護，汽輪機的危急保安器，鍋爐的安全閥，汽輪機轉速和發電機電壓的自動調節，併網的自動同期裝置等。

50～60年代，電力系統規模發展到上千萬千瓦，單機容量超過20萬千瓦，並形成區域聯網，在系統穩定、經濟調度和綜合自動化方面提出了新的要求。廠內自動化方面開始採用機、爐、電單元式集中控制。系統開始裝設模擬式調頻裝置和以離線計算為基礎的經濟功率分配裝置，並廣泛採用遠動通信技術。各種新型自動裝置如晶體管保護裝置、可控硅勵磁調節器、電氣液壓式調速器等得到推廣使用。

70～80年代，以計算機為主體配有功能齊全的整套軟硬體的電網實時監控系統 (SCADA）開始出現。20萬千瓦以上大型火力發電機組開始採用實時安全監控和閉環自動起停全過程式控制制。水力發電站的水庫調度、大壩監測和電廠綜合自動化的計算機監控開始得到推廣。各種自動調節裝置和繼電保護裝置中廣泛採用微型計算機。