大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 国内电力系统自动化综述
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月17日
电力系统具有分布范围广、实时性强、自动化程度高等特点，电力系统自动化是一门科技含量高、涉及专业范围广、技术性较强，对制造、安装、运行和管理工作要求标准非常高的专业。电力系统自动化主要包括电网调度自动化和电厂自动化(包括火电厂自动化、水电厂自动化、变电站综合自动化等)两大部分。
本文主要针对我国电力系统中的电网调度、火电厂、水电厂和变电站综合等四个部分在自动化发展过程、发展现状、问题与措施、新技术新工艺以及发展趋势等方面进行了综合评述。
关键词：电网调度；火电厂；水电厂；变电站
目 录
电力自动化是对电能生产、传输和管理实现自动控制、调节和管理的系统。包括生产过程的自动调度，企业自动化经济管理等，其目标是保证供电的电能质量，系统安全可靠运行，提高经济效益和管理效能。
电力系统自动化按照生产和分配过程分为发电自动化（有火力和水利两部分），电力调度自动化，变电站综合自动化等。早起电力系统自动化多限于单项自动装置，以安全保护和过程调节为主。60年代电力系统规模的发展，对经济调度和综合自动化提出了新的要求，系统以离线计算为基础并广泛使用远动通讯技术，各种自动化装置得到推广使用。70年代后以计算机为主题的配有功能齐全的整套软硬件的电网实时系统（SCADA）开始出现，火力发电机组采用实时安全监控和闭环自动控制。水力发电的水库调度、大坝检测盒电厂综合自动化的计算机监控也开始的到推广和应用。随着电力系统装机容量和供电区域的不断扩大，电力系统的结果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，需要新的控制方法来适应电力系统日益发展的要求。而新的控制方法有人工神经网络、模糊技术和遗传算法等，他们最大的优点在于实现多变量控制而不必列出繁琐的数学模型，因此将这些新的控制方法应用到电力系统中，则是电力系统自动化的发展趋势。我国目前已经开始了智能电网的研究和规划，新的智能电网控制系统除传统的功能为将对光伏电、风电、微网的接入要有很好的控制能力、适应能力。
随着新能源如光伏电、风电等清洁能源，微网等接入后对自动化控制系统的实时性、智能控制方面提出了更高的要求，电力自动化将向数字化、智能化方向发展。本文对目前国内电力系统中的电网调度、火电厂、水电厂和变电站综合等四个部分在自动化发展过程、发展现状、问题与措施、新技术新工艺以及发展趋势等方面进行了综合评述。
1 电网调度自动化
电网调度自动化系统是以数据采集和监控系统(SCADA)为基础，包括自动发电控制(AGC)和经济调度运行(EDC)、电网静态安全分析(CSA)、调度员培训仿真(DTS )以及配电网自动化(DA)等几部分在内的能源管理系统(EMS )。它收集、处理电网运行实时信息，通过人机联系电网运行状况，集中而有选择地显示出来进行监控，并完成经济调度和安全分析等功能。随着电力系统装机容量和供电区域的不断扩大，电力系统的结果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，需要新的控制方法来适应电力系统日益发展的要求。而新的控制方法有人工神经网络、模糊技术和遗传算法等，他们最大的优点在于实现多变量控制而不必列出繁琐的数学模型，因此将这些新的控制方法应用到电力系统中，则是电力系统自动化的发展趋势。我国目前已经开始了智能电网的研究和规划，新的智能电网控制系统除传统的功能为将对光伏电、风电、微网的接入要有很好的控制能力、适应能力。
1.1 发展过程
我国电网调度自动化系统的发展大致经历了50年代的萌芽、60年代的试点、70年代的起步、80年代的大发展和90年代的成熟等几个阶段。
70年代，随着电子计算机的推广应用，我国大多数地区才逐渐开展电网调度自动化工作。80年代是我国电力工业大发展时期。我国电力系统已进入了大机组、大电网、超高压时代。为了适应电力事业飞速发展对远动及自动化技术的需要，迅速改变我国相对落后的局面，七八十年代以来电力系统相继引进了一些国外先进的远动和自动化设备及系统，如能源部引进了日本日立系统、湖北省调引进了瑞典ASEA系统，满足了当时电力生产的急需，缩短了我国电力调度自动化与世界先进国家的距离，也为我们提供了可贵的借鉴，促进和推动了国内远动和调度自动化技术的发展和进步。90年代国内电力科学研究院、电力自动化研究院等单位开始开发开放式调度自动化系统。2000年以后，全国各级调度都根据各自功能的要求，建立了自动化调度系统，上下级调度间实现计算机通信网络，组成一个分层控制的调度系统。
1.2 发展现状
经历近半个世纪的发展，我国电网调度自动化有了很大的进步，无论在理论还是在实践上都取得了很大成就，为我国电力事业的发展尤其是电力系统自动化的发展做出了重大贡献。目前我国110kV以上变电站、大中型发电厂及相当一部分35kV变电站、小型发电厂都不同规模地拥有远动及自动化系统。从总体上看，我国省级及以上电网调度已初步实现了由经验型向分析型的过渡，电网调度自动化系统的总体应用水平已接近国际先进水平。国内开发的ADA/EIV1S已在省级及以上调度中得到了广泛采用与更新。同时，我国地区电网调度自动化系统的应用水平也有了较大的提高，据统计，全国现有320多个地调，有3l7个配备了计算机监控系统，其中有302个通过了实用化验收；有227个投人了状态估计、调度员潮流、负荷预测等应用功能，其中，有116个在实际中取得了较好的应用，通过了所属网、省调组织的实用验收。调度员培训模拟（DTS)系统己在29家网、省调建成，约有20家取得较好成效。电能量计量(TMR )系统在全国省级及以上电网公司(除南方、海南、青海、西藏外)相继建成。国家电力调度数据网络(SPDnet)骨干网的建设也取得了实质性进展，该网络的建成和投运，将大大地改善现有调度数据网络的传输质量，拓展网络的应用范围，为提高全国电网调度自动化系统运行的可靠性、适应下一步电力市场运营的相关要求奠定了坚实的基础。
1.3 发展趋势
我国电力系统目前正处于高速发展时期，一个超大规模的全国互联电网正在出现。而联网后的一次电能系统的安全经济运行需要电力调度自动化系统与之适应。但由于多区域互联运行，电网跨越地域广阔，信息分散管理和利用分层，这些新情况都给电网调度自动化系统提出了大量新问题和新需求。另外，由于互联电网规模巨大，出现了诸如超低频振荡等新的稳定问题，需要电网调度自动化系统提供新的手段进行监测。随着电力系统装机容量和供电区域的不断扩大，电力系统的结果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，需要新的控制方法来适应电力系统日益发展的要求。而新的控制方法有人工神经网络、模糊技术和遗传算法等，他们最大的优点在于实现多变量控制而不必列出繁琐的数学模型，因此将这些新的控制方法应用到电力系统中，则是电力系统自动化的发展趋势。我国目前已经开始了智能电网的研究和规划，新的智能电网控制系统除传统的功能为将对光伏电、风电、微网的接入要有很好的控制能力、适应能力。
我国电网调度自动化系统的发展呈现出如下几个发展趋势：
（1）研制和开发新一代适合多种应用的、开放的调度自动化系统支撑平台；
（2）进一步加强CPSl , CPS2评价标准的研究，积极推进该标准在我国的实际应用；
（3）加强DMIS整体设计与应用的研究；
（4）建立较为完善的二次系统安全防护体系；
（5）探索电网调度自动化系统运行维护的新机制、新方法；
（6）建立适应电力体制改革新形势下的调度自动化专业管理体制。
2 火电厂自动化
2.1 发展过程
由建国初期开始，我国火电站经历了劳动力密集型、仪表密集型和信息密集型三个主要的发展阶段。
50年代初，我国的电力事业在十分困难的情况下蹒跚起步。由于当时的主设备相对容积较大，子系统之间的耦合较弱，协调控制的要求不甚强烈，电厂自动化近乎空白。当时的火电厂处于劳动力密集型阶段。60至70年代，我国的电力工业进入高速发展阶段，热力系统的构成方式逐渐由母管制过渡到单元制，采用集中控制方式。在集控室内，操作员主要通过各种显示仪表、记录仪表和操作设备对生产过程进行监视和控制。在机组启动、停止和事故处理过程中，必须依靠大量就地人员的手动操作，机组的自动化水平仍然很低。这时的火电厂处于仪表密集型阶段。80年代以后，我国相继由国外引进了300MW和600MW机组的制造技术，以及相应的分散控制系统。自90年代初，我国火电厂自动化进入了飞速发展阶段。分散控制系统的广泛应用，使人们对它的认识逐渐深化。常规仪表和手操设备逐渐减少到原来的30%~50%，它们主要用于分散控制系统未投入运行之前的系统试验和试运行。到90年代中期，随着分散控制系统在工程设计、组织、管理和施工方面的不断完善，分散控制系统已经能够与单元机组主设备同步安装，并提前调试与投运。在这一阶段，计算机技术广泛地应用于生产过程的监视与控制，来自现场的大量数据在计算机中进行运算和处理，形成了操作员所需要的各种信息。这些信息以CRT画面、图像或文本的形式，而不是以仪表读数的形式提供给操作人员，这时的电厂已经进入了信息密集型阶段。
2.2 新技术新工艺的应用
近几年来，自动化技术的发展可以说是日新月异，新的科技成果不断涌现。下面列举一些自动化新技术在火电厂的应用。
2.2.1 自动检测技术
（1）火焰图像检测器
目前，火电厂大型锅炉的单个燃烧器容量都非常大，因此，能否正确检测燃烧器火焰，将直接影响炉膛安全监控系统(FSSS)动作的可靠性。为了防止锅炉爆燃事故的发生，必须对炉膛内的火焰进行切实有效地检测。
普通光学检测器仅依靠一个光敏元件收集火焰特征区的平均光强，所获信息量的局限性经常导致作为前景的火焰和背景无法有效分辨。普通光学检测器探头的视野范围很小，在火焰波动较大(锅炉低负荷运行)时会误报炉膛灭火。因此，火焰图像检测器将取代普通光学检测器，这是锅炉火焰检测系统发展的新动向。
目前，国外的火焰图像检测器产品主要有日本三菱公司的DPTIS型和芬兰的DIMAC型。国内的几家科研单位也相继推出了火焰图像检测器的产品，并已在多台国产燃煤机组上运行，基本上实现了无误报，而且提高了报警速度。
（2）软测量技术
软测量技术是从能够测量的数据来推断出不能测量的数据信息的软件技术。软测量就是软仪表，它是目前仪表技术发展的最高阶段。火电厂对锅炉烟气含氧量的检测和控制，都要求氧量计具有准确、稳定、响应迅速和经久耐用等基本性能。然而，目前在火电厂广泛使用的热磁性氧量计和氧化锆氧量计的性能还不能满足上述要求。因此，对烟气含氧量软测量的研究正在进行。在火电厂锅炉烟气含氧量软测量模型中，可选择主蒸汽流量、给水流量、燃料量、排烟温度、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流等工艺参数，作为软测量模型的输入，由这些输入通过模型来估算或推断烟气含氧量，以供监视和控制之用。
2.2.2 自动控制技术
（1）模糊控制
模糊控制是模仿人的控制过程，与传统控制相比，模糊控制具有实时性好，、超调量小、抗干扰能力和适应能力强、稳态误差小等特点。模糊控制基于模糊控制理论，它包含了人的控制经验和知识，因此，它属于智能控制范畴。
在我国火电厂中，模糊控制已经取得了很多的应用业绩。在协调控制系统、锅炉燃烧控制系统、过热蒸汽温度控制系统、再热蒸汽温度控制系统、中储式磨煤机控制系统、汽轮机控制系统和循环流化床锅炉燃烧控制系统中，均有模糊控制的成功应用实例。
（2） MATLAB仿真
在火电厂中，DEH(汽轮机数字电液控制系统)是汽轮机运转的神经中枢，该系统性能只能通过动态过程才能反映出来。为此，利用MATLAB仿真工具和VB开发界面，建立DEH仿真平台，在不干扰生产的情况下，对DEH系统动态过程进行分析研究，从而避免了对系统参数调整的盲目性，使DEH系统各部分的动态过程完整地呈现出来。这对DEH系统优化运行中参数的整定、修改起到了预测和指导作用。
2.3 发展趋势
厂网分开、竞价上网，用户选择电厂是市场经济发展的必然趋势。面对电厂走向市场的严峻形势，电力设计的任务不再仅仅是设计一个技术先进或造价低廉的电厂，而应当是设计一个面向市场、具有竞争力的电厂。电厂自动化设计必须有新的思路和新的突破，其发展趋势为：
（1）进一步扩大DCS的应用范围；
（2）进一步提高DCS的功能；
（3）关于DCS采用物理分散布置和现场总线技术；
（4）加速电厂管理自动化的进程，提高电厂综合自动化水平。
3 水电厂自动化
3.1 发展过程
我国水电厂计算机监控技术经历了从摸索、试点、推广到提高4个发展阶段。我国从70年代开始对计算机在水电厂的应用进行了不懈的探索。1979年3月水电部在古田水电厂召开的全国水电厂自动化经验交流会上指定了“六五”期间水电厂自动化采用计算机的发展规划，安设了不同类型水电厂的计算机监控系统试点项目：如富春江水电厂多微机分布式控制系统(一期工程)；葛洲坝二江电厂综合自动化系统等。通过这些试点工程项目取得的应用成果，充分体现了计算机技术应用于水电厂自动化监控系统中的优越性和可用性，在试点工程中初步形成使用推广模式，使科研试点迅速走上实用推广阶段。1985年10月水电部科技司、生产司、水电规划总院在南京举行“全国水电厂自动化技术总结和规划落实”工作会议，又规划了26~33个水电厂实现无人(或少人)值班试点。1993年5月电力部科技司、生产安全协调司会同水电规划设计总院、中国电力企业联合会在成都召开了全国水电厂计算机监控工作会议。会上总结了前10年计算机监控系统在水电厂的应用经验，并指定“八五”及2000年水电厂监控系统推广应用规划。成都会议后，又有一批大、中型电站计算机监控系统全部或部分投入运行使用，既有老厂改造，也有随新厂基建同步投入的项目，如葛洲坝二江二期、李家峡、隔河岩等十余个水电厂。改革开放以来，一些水电厂从国外引进了一批监控系统，如葛洲坝、潘家口、天生桥二级等。通过引进、消化、吸收，使我们对国际水平、世界潮流、国内的优势及差距都有了更深的了解。
经过多年孜孜不倦的努力，我国水电厂计算机监控技术己经有了很大的发展，不但国内己有近40多个水电厂计算机监控系统投入运行，而且在技术水平、实用程度上已达到国外80年代水平，有的方面甚至己赶上了国际先进水平。2000年5月13日，由水利部农村电气化研究所负责实施的水利部“948”引进项目和技术创新与转化项目“小水电网电能量远程抄表和监控系统的研究”、“引进国际先进简易通用型小水电站二次系统计算机监控模块技术”和“948”计划技术创新与转化项目“中小水电站无人值班技术”等3个“948”项目通过水利部国科司组织的验收。
