电力系统自动化的发展
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新疆xxxx学校电力xxxx班
摘要：电力系统自动化的发展都向着智能化控制方面发展，随着不可再生的能源的日益减少，电力系统自动化要向着新能源方向发展
[关键词]电力系统自动化 发展 应用储能 水力发电风力发电
整个电力系统自动化的发展则趋向于:
(1)由开环监测向闭环控制发展,例如从系统功率总加到AGC(自动发电控制)。
(2)由高电压等级向低电压扩展,例如从EMS(能量管理系统)到DMS(配电管理系统)。
(3)由单个元件向部分区域及全系统发展,例如SCADA(监测控制与数据采集)的发展和区域稳定控制的发展。
(4)由单一功能向多功能、一体化发展,例如变电站综合自动化的发展。
(5)装置性能向数字化、快速化、灵活化发展,例如继电保护技术的演变。
(6)追求的目标向最优化、协调化、智能化发展,例如励磁控制、潮流控制。
(7)由以提高运行的安全、经济、效率为完成向管理、服务的自动化扩展,例如MIS(管理信息系统)在电力系统中的应用。
近20年来,随着 计算 机技术、通信技术、控制技术的发展,现代电力系统已成为一个计算机(Computer)、控制(Control)、通信(Communication)和电力装备及电力电子(Power System Equiqments and Power Electronics)的统一体,简称为“CCCP”。其内涵不断深入,外延不断扩展。电力系统自动化处理的信息量越来越大,考虑的因素越来越多,直接可观可测的范围越来越广,能够闭环控制的对象越来越丰富。
二、具有变革性重要影响的三项新技术
1.电力系统的智能控制
电力系统的控制研究与应用在过去的40多年中大体上可分为三个阶段:基于传递函数的单输入、单输出控制阶段;线性最优控制、非线性控制及多机系统协调控制阶段;智能控制阶段。电力系统控制面临的主要技术困难有:
(1)电力系统是一个具有强非线性的、变参数(包含多种随机和不确定因素的、多种运行方式和故障方式并存)的动态大系统。
(2)具有多目标寻优和在多种运行方式及故障方式下的鲁棒性要求。
(3)不仅需要本地不同控制器间协调,也需要异地不同控制器间协调控制。智能控制是当今控制理论发展的新的阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题;特别适于那些具有模型不确定性、具有强非线性、要求高度适应性的复杂系统。
智能控制在电力系统工程应用方面具有非常广阔的前景,其具体应用有快关汽门的人工神经 网络 适应控制,基于人工神经网络的励磁、电掣动、快关综合控制系统结构,多机系统中的ASVG(新型静止无功发生器)的自学习功能等。
2.FACTS和DFACTS
(1)FACTS概念的提出
在电力系统的 发展 迫切需要先进的输配电技术来提高电压质量和系统稳定性的时候,一种改变传统输电能力的新技术——柔性交流输电系统(FACTS)技术悄然兴起。
所谓“柔性交流输电系统”技术又称“灵活交流输电系统”技术简称FACTS,就是在输电系统的重要部位,采用具有单独或综合功能的电力 电子 装置,对输电系统的主要参数(如电压、相位差、电抗等)进行调整控制,使输电更加可靠,具有更大的可控性和更高的效率。这是一种将电力电子技术、微机处理技术、控制技术等高新技术应用于高压输电系统,以提高系统可靠性、可控性、运行性能和电能质量,并可获取大量节电效益的新型综合技术。 中国论文联盟
编辑。(2)FACTS的核心装置之一——ASVC的研究现状各种FACTS装置的共同特点是:基于大功率电力电子器件的快速开关作用和所组成逆变器的逆变作用。ASVC是包含了FACTS装置的各种核心技术且结构比较简单的一种新型静止无功发生器。
ASVC由二相逆变器和并联电容器构成,其输出的三相交流电压与所接电网的三相电压同步。它不仅可校正稳态运行电压,而且可以在故障后的恢复期间稳定电压,因此对电网电压的控制能力很强。与旋转同步调相机相比,ASVC的调节范围大,反应速度快,不会发生响应迟缓,没有转动设备的机械惯性、机械损耗和旋转噪声,并且因为ASVC是一种固态装置,所以能响应 网络 中的暂态也能响应稳态变化,因此其控制能力大大优于同步调相机。
(3)DFACTS的研究态势
随着高科技产业和信息化的发展,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,电器设备的正常运行甚至使用寿命也与之越来越息息相关。可以说,信息时代对电能质量提出了越来越高的要求。
DFACTS是指应用于配电系统中的灵活交流技术,它是Hingorani于1988年针对配电网中供电质量提出的新概念。其主要内容是:对供电质量的各种问题采用综合的解决办法,在配电网和大量商业用户的供电端使用新型电力电子控制器。
3.基于GPS统一时钟的新一代EMS和动态安全监控系统
(1)基于GPS统一时钟的新一代EMS
目前应用的电力系统监测手段主要有侧重于记录电磁暂态过程的各种故障录波仪和侧重于系统稳态运行情况的监视控制与数据采集(SCADA)系统。前者记录数据冗余,记录时间较短,不同记录仪之间缺乏通信,使得对于系统整体动态特性分析困难;后者数据刷新间隔较长,只能用于分析系统的稳态特性。两者还具有一个共同的不足,即不同地点之间缺乏准确的共同时间标记,记录数据只是局部有效,难以用于对全系统动态行为的分析。
(2)基于GPS的新一代动态安全监控系统
基于GPS的新一代动态安全监控系统,是新动态安全监测系统与原有SCADA的结合。电力系统新一代动态安全监测系统,主要由同步定时系统,动态
相量测量系统、通信系统和中央信号处理机四部分组成。采用GPS实现的同步相量测量技术和光纤通信技术,为相量控制提供了实现的条件。GPS技术与相量测量技术结合的产物——PMU(相量测量单元)设备,正逐步取代RTU设备实现电压、电流相量测量(相角和幅值)。
电力系统调度监测从稳态/准稳态监测向动态监测发展是必然趋势。GPS技术和相量测量技术的结合标志着电力系统动态安全监测和实时控制时代的来临。
多媒体技术、智能控制将迅速进入电力系统自动化领域,而信息技术的发展,不仅会推动电力系统监测的发展,也会推动电力系统控制向更高水平发展。
(1)智能电网的建设将先由基础研发与构架试验开始,在没有制定出具体的定义与标准之前,大规模展开的预期是不现实的;
(2)电网智能化是渐进式的,这包括技术的发展是渐进式的,电网建设也是渐进式的,资本市场所期待的爆发式增长往往不切合产业的实际。我们预计,2012年配网改造与农网改造的推行将成为电力自动化设备制造的高景气起点。
加快开发和应用储能技术推动可再生能源规模化发展
促进可再生能源规模化发展必须解决好两个方面的问题:一是要把可再生能源转化成符合要求的电力；二是可再生能源发出的电力必须与用户的电力需求相平衡，这是由电力供需的瞬时平衡特性决定的。可再生能源是自然界客观运行产生的能量，是不能人为调控的，如风能和太阳能等，都具有不可控制和间歇随机的特点，往往在用电低谷时发电量大，而在需要用电的时候又发不出来。
如果要大规模开发利用具有随机间歇特性的可再生能源，必须采取技术措施解决可再生能源发电的不连续性与用电需求连续性之间的问题。
从目前来看，加快开发和推广大容量储能技术是促进规模化开发利用可再生能源的重要措施。长期以来，抽水蓄能电站是目前电力系统中最成熟和应用最广泛的大容量储能技术，也是以电站方式管理的储能技术。随着可再生能源发电比重的增加，仅靠抽水蓄能电站还不够，还应重视分布式储能技术的应用。分布式储能技术的应用一是在发电侧，主要是在风电和太阳能电站内配置必要的储能容量，用于调节风电和太阳能电站的发电出力特性，使其较好地适应用电负荷变化需要，减少风电、太阳能发电随机间歇性对电力系统的影响；二是在用户侧，在包括居民在内的所有电力用户中，都配置必要的储能设施，用于调节用电的不平衡性，使用电特性尽可能做到平稳，以减少用电变化对电力系统的影响。可以设想，今后每个电力用户包括家庭电力用户都是一个可独立运行的电力系统，它的电源就是类似电池的储能设备，与大电力系统联网运行，在用电负荷低谷时可向储能设备充电，在用电负荷高峰时段储能设备可为用户提供电力，使用户的用电特性尽可能平稳，特别是在发生事故时还可以独立运行，能有效提高电力系统供电的安全性和可靠性。这实际就是智能电网的发展目标。
这种设想在电力系统中配置储能设施的做法，必须建立在储能技术经济可行的基础上。目前，还没有可以大规模推广应用的储能技术，这是今后需要努力攻克的技术，同时也蕴藏着巨大的发展商机。在目前全球每年160多亿吨标煤的能源消费总量中，90%为煤炭、石油、天然气等化石能源。以化石能源为主的能源
供给体系在为人类带来空前文明的同时，也带来了前所未有的挑战，除了化石能源资源问题外，最主要的就是气候变化问题。理论和实践都证明，气候变化与人类活动密切相关，特别是与化石能源大量燃烧排放的二氧化碳等温室气体有关。因此，世界各国都把开发利用可再生能源作为减少化石能源消费、应对气候变化的重要措施。今后20~50年将是能源转型的重要时期，转变的目标和方向就是用碳含量低的能源替代碳含量高的能源，用可再生能源替代化石能源，并最终实现由化石能源向可再生能源的转变，进入低碳能源或无碳能源新时代。
要实现能源转型，就必须在发展思路和管理理念上逐步进行调整。例如燃煤火电的年利用小时数问题，过去，我们长期处于缺电状态，火电的年利用小时很高，有些机组甚至达到7000到8000小时，并认为低于5000小时电力就过剩了，就不应该再建新的电厂了。对于可再生能源发电，包括水电、风电、太阳能发电在内，其设备年利用小时数都不会太高，从目前来看，水电平均在3000小时左右，风电平均在2000小时左右，太阳能发电平均在1000小时左右。特别是受自然特性的影响，风电、太阳能发电容量都不能作为有效容量看待，其在电力系统中的作用主要是提供电量，用来替代火电发电量，节约化石能源资源。
如以这样的观点来观察和思考，未来电力系统的电力负荷应由常规能源发电机组满足，电力系统的用电量由常规能源发电机组和可再生能源发电机组提供，并要优先利用可再生能源发电量。随着电力系统中可再生能源发电量比重的增加，常规能源的发电利用小时数就会减少。
