电力系统自动化发展趋势

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1、电力系统自动化发展趋势控制理论的应用随着电力装机容量和供电区域的不断扩大，电力系统的结构和运行方式越来越复杂多变。同时对供电质量、供电可靠性和运行经济性的要求越来越高。半个世纪来，电力系统自动化理论的发展经历了三个阶段：①20世纪60年代之前在经典控制理论阶段；②20世纪70年代注入了控制论，形成以计算机为基础的现代控制论阶段；③20世纪90年代以后注入了经济理论，从而达到电力市场的理论阶段。1.3.1控制理论的应用当今控制领域的技术仍在不断拓展，新的控制方法层出不穷。智能控制领域发展尤其迅猛，有相当部分已投入实用。智能控制最大的吸引力在于实现多变量控制而不必列

2、出繁琐的数学模型，于是神经网络、模糊逻辑和遗传算法成为优选的方法。由于模糊技术、人工神经网络与遗传演化技术等的发展，自动控制技术已有了进一步优化的新方向，即智能技术的方向。综合各种智能方法，互补优势，能把自动控制的适应范围进一步扩大深化，将推动工业建设与生产的发展，同时也促进电力系统自动化的发展。混杂系统(hybridsystem)是系统科学领域中新提出的概念和理论。电力系统是一个标准的混杂系统，它的上层(调度中心)给出的调度决策主要是逻辑性的操作指令；而下层控制(如发电机的励磁与调速控制)主要是连续型的。如何将不同性质的上层和下层控制恰当地结合起来以达到电力系

3、统的多目标优化控制的目的，这是一个重要理论问题和应用问题。因此，借鉴控制领域的新理论，发展起在电力系统中的运行与应用，应当具有良好的前景。自动控制从线性开环发展到闭环，使电力系统的各项控制提高到了一个新的水平。随着计算机应用的迅速发展，各项以前手算难以处理的问题，如矩阵运算、有限元法及微分方程的数字解等，都可利用计算机调用标准程序来解决。辨识、建模、在线监控等技术使自动化进入到现代化的新水平。1.3.2数字化电力系统的概念与构架电力系统是由原动机、发电机、电力网络、负荷和控制中心等组成的。原来的电力网络是不可控的。近年来，随着电力电子技术的发展，柔性交流输电技术

4、(FACTS)设备引入了电力网，使电力网络也变成是可控的了。然而在电力系统增加了灵活性的同时，也增加了它的复杂性。图1.4表示的是两个大区域网络互联的电力系统。在它们之上还有高一级的调度中心，这可以说是多区互联电力系统的一个一般的结构形式。大区域电力系统结构如下数字电力系统(DigitalPowerSystem，DPS)的涵义，是指对某一实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科技活动等数字地、形象化地和实时地描述与再现。下图给出了数字电力系统的图像化思考。在图的右边是一个运行中的电力系统，图的左边是一个DPS。DPS通过

5、实时数据通讯和通信，软跟踪这个实时的电力系统。如上所述DPS在正常运行时给出建议，通过调度人员进行闭环；在最紧急的情况下，将紧急地不通过调度人员进行闭环，然后再“通知”调度人员，刚才进行了什么操作，产生了什么效果等。如果没有DPS(现在的系统即是如此)，则调度管理人员在运行中是相当盲目的，发生突然故障后他们不知道电力系统中发生了什么问题，产生了什么后果，稳定域如何变化，状态点在稳定域的什么位置等。如果发生了故障，调度人员茫然不知所措，甚至进行误操作，1996年、1997年美国西部电力系统发生事故后的情况就是如此。如果有DPS的帮助，电力系统运行的安全和稳定性将会

6、得到极大地提高。智能电网智能电网（smartpowergrids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。美国电力科学研究院将智能电网定义为：一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的

7、电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。中国的智能电网的基本特征是在技术上要实现信息化、自动化、互动化。智能电网第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案。IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关

8、分析，以优化运行和管理。