电气工程导论调研报告
——我对电力系统及其自动化的认知
摘要：通过对专业导论课程的学习，我已经对电气工程及其自动化专业由了初步的印象并且认识了电气工程及其自动化的的五个研究方向：电力系统及其自动化、电机与电器高电压与绝缘技术、电力电子与电力传动，电工理论与新技术。在老师的介绍下，我发现自己对电力系统及其自动化非常感兴趣，而且电力系统及其自动化方向面向国民经济主战场，包括电能的生产、传输、变换、使用、控制、管理等方面。它涉及电气工程领域的装备、运行、信息处理等工程技术。把传统的电工技术与计算机、电子、信息、控制、测试、新型电工材料等学科与技术结合起来，具有广阔发展前景。同时，本专业的研究方向面向国家的能源战略需求，注重我国电力工业生产、运行、分析、设计中的实际问题和热点问题，注重前沿学科与交叉学科领域的探索，形成了产学研相辅相成、相互促进与协调发展的格局。仔细对照了这五个研究方向，还是电力系统及其自动化深深吸引了我，我打算本科毕业后从事这方面的研究工作，因此，我的结课论文就是想谈一谈自己对电力系统及其自动化的认识，不足之处还望老师批评指正。
众所周知，电能是非常清洁的能源，几乎不产生任何污染。同时其高效便捷的产生方式，使电能成为工农业生产以及国防科研的最主要能源，从某种程度来说，一个国家电力系统的稳定性及自动化性会直接影响到这个国家的国民经济和国家的稳定性。随着经济的发展和科学技术水平的不断提高，自动化技术已经在电力系统中得到了越来越广泛的应用。电力系统的自动化技术是实现电力系统科学管理一体化的必要手段，也是促进社会经济发展以及电力市场建设的重要保证，同时还能够有效的提高电力系统的运行效率和服务水平。所以要不断的提升电力系统自动化技术的经营水平以及服务意识，不断的推动电力系统向着更好、更强的目标发展。同时随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对供电系统的可靠性也越来越重视，为了适应这种对供电的高要求，电力系统也就要不断的提高自动化技术水平，利用现代的电子信息技术以及网络技术，对电力系统整体的运行情况进行全面的监视和管理，提高供电的安全性和可靠性。
电力系统主要是由发电、送电、变电、配电以及用电等多个环节组成，为了有效的控制经济成本，同时又能够保证电力设备的安全、稳定的运行，就需要对这些设备进行测控、保护以及调控，同时将控制以及保护装置、计算机系统、变电站的计算机监控系统等有机的结合在一起，也就实现了电力系统的自动化技术。电力系统的自动化技术就是在提高生产效率、降低运营成本的同时，保证电力系统在生产以及供应等各个环节都能够正常的运行，实现电力系统的自动一体化管理。电力的自动化技术也就是将自动化生产以及网络计算机水平综合的应用到电力系统的运营和管理中去，包括发电厂、变电站、以及配电网等各个环节，利用现代化的远程监控手段以及数据信息的共享能够实现电力系统的安全运输，提高电力系统综合管理的效率。
通过老师的讲解以及上网找寻资料和在图书管查阅相关文献，我了解到电力系统及其自动化这个研究方向又可分为以下几个小的研究方向：
1）配电网自动化
配电网自动化技术利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的检测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，力求供电经济性最好，企业管理更为有效，使整个配电网线损降至最小，提供优质的供电质量。配电网自动化系统是一项系统工程，它大致可分为三个子系统：配电网自动化主站系统；配电网自动化子站系统；配网自动化终端。实施配网自动化的首要目标是提高配电网的供电可靠性，实现高度可靠的配网自动化系。在整个配电网事故情况下，配电网自动化系统能适时分析确定事故原因，排除因瞬间故障造成的不必要的停电事故；对于永久性故障，系统将及时分隔故障段，进行电网重构，保障非事故 线路段尽快恢复供电。电力系统的自动化主要是通过配电网调度的自动化来实现的，实现电网调度的控制中心与下级电网的控制中心之间数据信息的及时传递与分享，并且能够对电网的整体的安全运行做一个全面的分析以及对电力负荷的程度有所预测，同时能够实现对自动发电以及自动调节进行有效的控制，能够基本实现电力系统市场的要求。
2）智能保护与变电站综合自动化
变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。智能保护与变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。功能的综合是其区别于常规变电站的最大特点,它以计算机技术为基础, 以数据通讯为手段,以信息共享为目标。具有功能实现综合化、系统构成模块化、结构分布、分层、分散化、操作监视屏幕化、通信局域网络化、光缆化)、测量显示数字化的特点。
智能保护与变电站综合自动化示意图 3）电力系统分析与控制
该研究方向是指对在线测量技术、实时相角测量、电力系统稳定控制理论与技术、小电流接地选线方法、电力系统振荡机理及抑制方法、发电机跟踪同期技术、非线性励磁和调速控制、潮流计算的收敛性、电网调度自动化仿真、电力负荷预测方法、基于柔性数据收集与监控的电网故障诊断和恢复控制策略、电网故障诊断理论与技术等方面进行了研究。在非线性理论、软计算理论和小波理论在电力系统应用方面，以及在电力市场条件下电力系统分析与控制的新理论、新模型、新算法和新的实现手段进行了研究。 4）电力市场理论与技术
该研究方向要求根据我国的经济发展状况、电力市场发展的需要和电力工业技术经济的具体情况，认真研究了电力市场的运营模式，深入探讨并明确了运营流程中各步骤的具体规则；提出了适合我国现阶段电力市场运营模式的期货交易（年、月、日发电计划）、转运服务等模块的具体数学模型和算法，紧紧围绕当前我国模拟电力市场运营中亟待解决的理论问题。 5）人工智能在电力控制系统中的应用
该研究方向是指结合电力工业发展的需要，开展将专家系统、人工神经网络、模糊逻辑以及进化理论应用到电力系统及其元件的运行分析、警报处理、故障诊断、规划设计等方面的实用研究。在上述实用软件研究的基础上开展了电力系统智能控制理论与应用的研究，以提高电力系统运行与控制的智能化水平。发电厂的控制系统大多实行的都是分层分布的结构，由多个控制部门组成，过程控制单元主要是由主控模件和智能模件两部分构成，主控模件与智能模件之间通过智能总线来连接，并实现两部分之间的通讯功能。在电力生产的过程中，过程控制单元就能够直接的接受和处理各个环节运行的数据参数，并且实现对生产过程的质量控制和检测。
6）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。 7）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。
专业目标与所修课程
电力系统及其自动化培养适应现代化大中型发电厂及电力系统需要的高级专业技术人才。主要开设电路理论、电机学、自动控制理论、工程电磁场、电子学、信号分析与处理、计算机技术、发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护、电力系统自动化、电力电子技术等课程。要求学生掌握现代化大中型发电厂、电力系统及其自动化等方面的专业知识，并注重培养学生的外语水平和应用计算机技术解决电力系统实际问题的能力。
目前我国电力系统的现状
通过老师的讲解以及上网查阅资料，我了解到我国现在的电力系统状况如下： (1) 电力建设快速发展 发电装机容量、发电量持续增长。“十一五”期间，我国发电装机和发电量年均增长率分别为10.5%、10.34%。发电装机容量继2000年达到了3亿千瓦后，到2009年已将达到8.6亿千瓦。发电量在2000年达到了1.37万亿千瓦时，到2009年达到34334亿千瓦时，其中火电占到总发电量的82．6％。水电装机占总装机容量的24．5％，核电发电量占全部发电量的2．3％，可再生能源主要是风电和太阳能发电，总量微乎其微。
电源结构不断调整和技术升级受到重视。水电开发力度加大，2008年9月，三峡电站机组增加到三十四台，总装机容量达到为二千二百五十万千瓦。核电建设取得进展,经过20年的努力，建成以秦山、大亚湾/岭澳、田湾为代表的三个核电基地， 截至2008年底，国内已投入运营的机组共11台，占世界在役核电机组数的2.4%，装机容量约910万千瓦电网建设不断加强。随着电源容量的日益增长，我国电网规模不断扩大，电网建设得到了不断加强，电网建设得到了迅速发展，输变电容量逐年增加，为全国电力装机总量的1.14%、世界在役核电装机总量的2.3%。
西电东送和全国联网发展迅速。我国能源资源和电力负荷分布的不均衡性，决定了“西电东送”是我国的必然选择。西电东送重点在于输送水电电能。按照经济性原则，适度建设燃煤电站，实施西电东送。
三峡水电站
风力发电 (2)电力科学技术水平有较大提高
交、直流输电系统控制保护设备的技术水平已居于世界领先行列。水电建设代表了当今世界水平，建成了以三峡工程为代表的一批具有世界一流水平的水电工程。超高压技术跻身国际先进行列，500千伏紧凑型、同塔多回、串联补偿等技术得到应用。
(3)可再生能源发电取得进步
风力发电建设规模逐步扩大，地热发电得到应用。太阳能发电迅速发展。 (4)电力需求旺盛，发展潜力巨大
国民经济持续快速增长，对电力的拉动作用巨大。随着我国经济步入新的增长周期，我国电力消费在长时间内仍将保持较快的速度增长。整体看来，由于人均发电装机占有量偏低，电力供应的高速增长仍难以满足更快增长的电力需求，电力工业仍存在较大发展空间。
我国电力系统的发展方向
虽然在电力系统建设方面我们取得了瞩目的成绩，但不可否认，我们在电力系统及其自动化方面的建设上仍然有较大的发展空间。电力建设任务仍然很艰巨，电网安全要求不断提高。我国电网进入快速发展时期，大电网具有大规模输送能量，实现跨流域调节、减少备用容量，推迟新机组投产，降低电力工业整体成本，提高效率等优点。但随着目前电网进一步扩展，影响安全的因素增多，技术更加复杂，需要协调的问题更多，事故可能波及的范围更广，造成的损失可能会更大，为了应对未来的新形势，电力系统及其自动化应呈现出以下的发展趋势： 1.自动化水平逐步提高、安全性和可靠性受到充分重视。先进的继电保护装置、变电站综合自动化系统、电网调度自动化系统以及电网安全稳定控制系统得到广泛应用。随着电网建设和网架结构的加强、电网自动化水平的提高，大陆电网安全稳定事故大幅下降。
2..经济、高效和环保。随着大容量机组的应用、电网的发展以及先进技术的广泛采用，煤耗与网损逐年下降。技术进步和产业升级步伐将会加快电网建设将会朝着模块化、集成化、智能化的方向发展。
3.电力工业要着眼于走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染小的新型工业化道路，促进电力设备的本土化。目前电力系统最难解决的文题就是电能的存储问题,因此如果解决好电能的存储问题, 将能有效的提高电能的利用率，促进电力行业的绿色化发展。
4.建设功能完善、信息畅通、相互协调的电力调度自动化系统，建立适应电力市场竞争需要的技术支持系统，电力行业的信息化达到国际先进水平。伴随着科技与自动化理论的迅速发展，电力系统的自动化将实现各种学科的交叉混合，其自动化的水平将达到一个全新的高度。5加快电网建设，优化资源配置。加快推进西电东送三大通道的输电线路建设，合理规划布局，积极采用先进适用技术提高线路输送容量，节约输电通道资源。建设坚强、清晰、合理、可靠的区域电网。推进大区电网互联，适当控制交流同步电网规模。强电与弱电的结合，以及电磁干扰与电力电子的综合应用都将会给电网建设带来新的发展机会
电力系统及其自动化的就业
① 电力系统及自动化学科新理论、新技术的研究和运用。
② 各类发电厂、变电所和各种工矿企业供用电系统的设计、安装、调试、运行管理、工程改造和研究。
③ 自动控制装置和系统的设计、开发研制和运行调试。 ④ 动用计算机进行发电机组、电力系统的仿真研究。 ⑤ 各种电力元件与系统的设计、开发、制造和研究。 ⑥ 计算机控制保护系统的设计、研制、运行和调试。 ⑦ 电力系统调度自动化
总结：电力系统自动化即对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能.随着我国经济的迅速发展，我国对电力系统的依赖性将逐步增强，而电力系统的自动化随着科技的发展也将是必然，我深深的被电力系统及其自动化而吸引，从现在起，我将认真学习专业知识，努力在电力系统及其自动化这一领域做出一番成绩。
