【正文】 進(jìn)入到現(xiàn)代化的新水平。 Northeastern University 數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架 電力系統(tǒng)是由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷和控制中心等組成的。原來的電力網(wǎng)絡(luò)是不可控的。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，柔性交流輸電技術(shù) (FACTS)設(shè)備引入了電力網(wǎng)，使電力網(wǎng)絡(luò)也變成是可控的了。然而在電力系統(tǒng)增加了靈活性的同時(shí)，也增加了它的復(fù)雜性。圖 表示的是兩個(gè)大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的電力系統(tǒng)。在它們之上還有高一級(jí)的調(diào)度中心，這可以說是多區(qū)互聯(lián)電力系統(tǒng)的一個(gè)一般的結(jié)構(gòu)形式。 數(shù)字電力系統(tǒng) (Digital Power System， DPS)的涵義，是指對(duì)某一實(shí)際運(yùn)行的電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、物理特性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)管理、環(huán)保指標(biāo)、人員狀況、科技活動(dòng)等數(shù)字地、形象化地和實(shí)時(shí)地描述與再現(xiàn)。如果做到了這一點(diǎn)，就可以說建立了該實(shí)際電力系統(tǒng)的數(shù)字電力系統(tǒng)。某個(gè)電力系統(tǒng)的數(shù)字電力系統(tǒng)包括電力系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu) (也即真實(shí)結(jié)構(gòu) )、其各組成部件 (單元 )及整體的物理性能、運(yùn)行方式和運(yùn)營策略、管理的模式、人員的信息等；電力系統(tǒng)的各個(gè)元件、各個(gè)網(wǎng)絡(luò)、各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)變量；各種自動(dòng)控制裝置的動(dòng)作特性 (包括繼電保護(hù)裝置 )；發(fā)電廠、變電站的主要設(shè)備的“健康”狀態(tài)；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)信息。 Northeastern University 數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架 21世紀(jì)，中國的電力市場(chǎng)的概念更加明確。將來的電價(jià)類似股票那樣要波動(dòng)的、變化的，比如半個(gè)小時(shí)刷新一次電價(jià)。電力市場(chǎng)的出現(xiàn)提出了新的問題，這就是這里所說的“經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和市場(chǎng)的信息”包含的內(nèi)容。影響電力系統(tǒng)安全的特殊自然環(huán)境比如某一條超高壓線路正處于落雷區(qū)或者臺(tái)風(fēng)襲擊中，可能造成災(zāi)害，數(shù)字電力系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)提示運(yùn)行人員給予特別關(guān)注，以免發(fā)生重大災(zāi)難。 21 世紀(jì)，我國環(huán)保指標(biāo)和環(huán)保問題被提到非常重要的位置，關(guān)系到是否能夠可持續(xù)發(fā)展的問題。我國環(huán)境保護(hù)法將對(duì)于不能達(dá)到環(huán)保要求的工廠、企業(yè)給予重罰。環(huán)保設(shè)備的水平和設(shè)備情況，也應(yīng)該由 DPS 實(shí)時(shí)地通報(bào)。電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)效率，包括熱力系統(tǒng)、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)損耗、用戶、電壓等環(huán)節(jié)的效率，數(shù)字電力系統(tǒng)也應(yīng)實(shí)時(shí)顯報(bào)。重要的信息比如人才的信息、科教活動(dòng)的信息在數(shù)字電 力系統(tǒng)上應(yīng)該有所記錄和通報(bào)。有了數(shù)字電力系統(tǒng)，就可以不斷地對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行再評(píng)估、再調(diào)整、以達(dá)到最佳的安全運(yùn)行狀態(tài)。 Northeastern University 數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架 Northeastern University 數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架 圖 給出了數(shù)字電力系統(tǒng)的圖像化思考。在圖的右邊是一個(gè)運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，圖的左邊是一個(gè) DPS。 DPS通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和通信，軟跟蹤這個(gè)實(shí)時(shí)的電力系統(tǒng)。如上所述 DPS 在正常運(yùn)行時(shí)給出建議，通過調(diào)度人員進(jìn)行閉環(huán)；在最緊急的情況下，將緊急地不通過調(diào)度人員進(jìn)行閉環(huán)，然后再“通知”調(diào)度人員，剛才進(jìn)行了什么操作，產(chǎn)生了什么效果等。如果沒DPS(現(xiàn)在的系統(tǒng)即是如此 )，則調(diào)度管理人員在運(yùn)行中是相當(dāng)盲目的，發(fā)生突然故障后他們不知道電力系統(tǒng)中發(fā)生了什么問題，產(chǎn)生了什么后果，穩(wěn)定域如何變化，狀態(tài)點(diǎn)在穩(wěn)定域的什么位置等。如果發(fā)生了故障，調(diào)度人員茫然不知所措，甚至進(jìn)行誤操作， 1996 年、 1997 年美國西部電力系統(tǒng)發(fā)生事故后的情況就是如此。如果有 DPS 的幫助，電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性將會(huì)得到極大的提高。 Northeastern University 數(shù)字化電力系統(tǒng)的概念與構(gòu)架 Northeastern University 電力自動(dòng)化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢(shì) 20 世紀(jì) 40 年代將數(shù)據(jù)展現(xiàn)在模擬盤上，增強(qiáng)了調(diào)度員對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行變化的感知能力； 50 年代自動(dòng)發(fā)電控制 (AGC)將調(diào)度員從頻繁的操作中解脫出來；電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)概念的提出是在 50年代中期，這標(biāo)志著現(xiàn)代電網(wǎng)自動(dòng)化的開始。以前只有遠(yuǎn)動(dòng)裝置及機(jī)電式的調(diào)頻裝置，不成為系統(tǒng)。 60 年代初，有些電力公司利用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度，開始了計(jì)算機(jī)在調(diào)度中的應(yīng)用。在 1965 年美國東北部大停電后，多數(shù)電力公司意識(shí)到依靠遠(yuǎn)動(dòng)裝置在模擬盤上顯示信息的方式已遠(yuǎn)不能滿足復(fù)雜電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求，便開始把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用從以考慮經(jīng)濟(jì)為主轉(zhuǎn)移至以安全為主，出現(xiàn)了所謂電網(wǎng) SCADA 系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”無論其內(nèi)涵或外延都發(fā)生了巨大的變化。如今電力系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè) CCCPE 的統(tǒng)一體，即計(jì)算機(jī) (puter)、控制 (control)、通信 (munication)和電力電子 (power electronics)的產(chǎn)生、輸送、分配裝置以及電力電子裝置。當(dāng)然，在 21 世紀(jì)，不掌握電力市場(chǎng)知識(shí)便很難承擔(dān)電力調(diào)度工作。 Northeastern University 電力自動(dòng)化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢(shì) 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能供應(yīng)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)”等各項(xiàng)指標(biāo)的要求越來越高，相應(yīng)地，電力系統(tǒng)也不斷地向自動(dòng)化提出更高的要求。電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)不斷地由低到高由局部到整體的發(fā)展。當(dāng)今電力系統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)正趨向于： (1) 由發(fā)、輸電自動(dòng)化向發(fā)、輸、配電自動(dòng)化全面發(fā)展； (2) 柔性交流輸電技術(shù) (FACTS)的發(fā)展進(jìn)一步提高輸電、配電自動(dòng)化水平； (3) 在控制策略上日益向最優(yōu)化、適應(yīng)化、智能化、協(xié)調(diào)化、區(qū)域化發(fā)展； (4) 在設(shè)計(jì)分析上日益要求面對(duì)多級(jí)系統(tǒng)模型來處理問題； (5) 在理論工具上越來越多地借助現(xiàn)代控制理論； Northeastern University 電力自動(dòng)化系統(tǒng)新技術(shù)與趨勢(shì) (6) 在控制手段上日益增多了微機(jī)、電力電子器件和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用； (7) 在研究人員的構(gòu)成上日益需要多“兵種”的聯(lián)合作戰(zhàn)。 整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展則趨向于： (1) 由開環(huán)監(jiān)測(cè)向閉環(huán)控制發(fā)展，例如從系統(tǒng)功率總加AGC(自動(dòng)發(fā)電控制 )； (2) 由高電壓等級(jí)向低電壓擴(kuò)展，例如從 EMC(能量管理系統(tǒng) )到 DMC(配電管理系統(tǒng) )； (3) 由單個(gè)元件向部分區(qū)域及全系統(tǒng)發(fā)展，例如 SCADA(監(jiān)測(cè)控制與數(shù)據(jù)采集 )的發(fā)展和區(qū)域穩(wěn)定控制的發(fā)展； (4) 由單一功能向多功能、一體化發(fā)展，例如變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展； (5) 裝置性能向數(shù)字化、快速化、靈活化發(fā)展，例如繼電保護(hù)技術(shù)的演變； (6) 追求的目標(biāo)向最優(yōu)化、協(xié)調(diào)化、智能化發(fā)展，例如勵(lì)磁控制、潮流控制； (7) 以提高運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)、效率為目標(biāo)、同時(shí)向管理、服務(wù)的自動(dòng)化擴(kuò)展，例如 MIS(管理信息系統(tǒng) )在電力系統(tǒng)的應(yīng)用； (8) 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用。 Northeastern University 本 章 小 結(jié) 本章是全書內(nèi)容的基礎(chǔ)和概括，主要介紹了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基本概念及其自動(dòng)化發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢(shì)，旨在使讀者了解、學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制目標(biāo)和基本內(nèi)容，特別是電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的功能與組成，同時(shí)對(duì)該課程有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)。 思考題與習(xí)題 11 試述電力系統(tǒng)自動(dòng)化的控制目標(biāo)。 12 電力系統(tǒng)自動(dòng)化有哪些內(nèi)容？ 13 電力系統(tǒng)自動(dòng)化安全控制有哪些狀態(tài)？ 14 何謂電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化？ 15 何謂數(shù)字電力系統(tǒng)？ 16 為何要設(shè)置 AGC和 AVC 自動(dòng)化裝置？