电厂电气自动化控制技术探讨
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摘要：文章以电气自动化控制技术为切入点，就其自动化控制的含义、特性与主要技术进行探讨，并分析了该技术在水力发电厂中的应用方式，期望通过对电厂电气自动化控制技术的探究研讨，为自动化控制技术的应用推广与提升电厂发电效率，提供有益的参考。
关键词：电气自动化；控制技术；水力发电；电力能源；电力生产 文献标识码：A
中图分类号：TM763 文章编号：1009-2374（2016）34-0146-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.071
伴随我国社会经济发展与人民生活水平的提升，社会电力消耗量逐年上升，企业与人民对电力能源的需求也逐渐提高。在此社会需求背景下，电厂就需不断改革自身发电技艺与设施，提升电力生产效率与水平，以此满足社会对电力资源的需求缺口。而电气自动化控制技术就是发电技术改革进程中的重要产物，其技术的应用与实践，将对电厂发电成效的优化改进起着关键影响。因此本文以水电厂电气自动化控制技术为研究出发点，对其技术的概念、特点与内容做逐一分析研究，并探究自动化控制技术在水力发电厂的具体应用措施。
1 电气自动化控制技术概述
电气自动化控制技术是指将网络通信、计算机与电子技术相互结合，由此形成的一类新型综合化控制技术，其技术的研究应用目的在于提升电气技术工艺的自动化生产水平，实现工业生产的自动化与智能化目标。因此电气自动化控制技术的关键在于电子技术，其技术作为现代工业生产提升效率质量的重要措施，被应用于各类工业生产领域中。
电气自动化控制技术的特点主要有两个方面：
1.1 技术覆盖面广
即控制技术本身为融合了多类学科领域的综合性技术，所用科学知识与技术极为广泛。因此在技术研发与应用上的要求相对较高，电气自动化控制技术的研究需要多种技术的配合发展，任一软硬件技术的缺失都会影响电气自动化控制技术的水平与使用。
1.2 控制技术的电子化程度较高
电气自动化控制技术的关键在于电子技术，其技术的主要实践、应用方式即是经由电子信号的传输、处理来对工业生产做自动化管理与控制，因此控制技术具有较强的电子性，其电子技术的水平将直接影响整个自动化控制技术的成效与质量，对电气自动化控制技术的研究应用，关键在于及时发展其电子技术，优化控制技术的电子水平。
2 电厂主要电气自动化控制技术分析
2.1 电网调度自动化技术
电厂电气自动化控制技术的一大应用项目，就是电网调度自动化技术，该技术通过计算机与通信网络技术的辅助，对电厂电网中各个部分、构件的运行情况做实时收集与了解，进而掌握到电网整体的运行情况，并为调度人员的决策提供电网运行数据与信息支持。作为电力系统的重要构成部分，电网调度自动化技术能够有效调控电厂发电系统，保证其正常运行与发电质量，并能显著优化电网的工作调配效率，以处理电厂发电系统因发电工作调度不佳出现的发电故障问题，进而保障电厂发电的持续稳定。
2.2 ECS系统
ECS系统伴随电厂电气工艺技术改革发展，研制出的新型电气自动化控制技术，该技术主要使用计算机与电子信号处理等手段，对电厂的各个器械设施做监控、维护与管理工作。ECS系统的结构使用分层分布式架构，该架构共分为三层（站控层、通信管理层与间隔层），此三层结构的构成与功用各有不同，这其中站控层主要由硬件构成，负责各类应用软件与控制系统间的通信传输。通信管理层主要由通信网与通信管理设备构成，发挥出网络与系统做联系衔接的作用。间隔层由各类专业化功能设备构成，实现对电厂发电系统电压保护、电流切换、自动控制等功能。具体ECS系统结构如图1所示：
电厂传统的控制系统主要为集散控制系统（DCS），此系统将计算机、通信等技术进行结合，对发电厂的各个主要工作设施进行分散控制与分级管理。但该系统线路较为单一，极大地影响了输电效率，无法满足人们的用电需求，并且DCS系统可控的信号种类不足，若要增加可控信号种类，就需增设电缆、变送器等设备，抬升电厂的自动化控制成本。目前ECS系统在DCS中的主要实现应用方法主要有以下两种：
2.2.1 部分DCS法。该方法是仅使用DCS系统软件来进行电气自动化控制，系统控制指令信号经由网络通信，或是DCS系统的I/O通道直接传输到电气控制设备上，由此达到对各个电气控制设备开启停止、分合闸门等使用目的。而继电保护等装置设备的控制则仅由DCS系统进行操控，此类装置设备的功能发挥并不依赖DCS系统，即使系统停止作用仍然能够发挥装置作用。
2.2.2 完全DCS法。该方法是完全由DCS系统软硬件做电气自动化控制的方式，将系统硬件与软件结合来发挥部分电气控制设备的作用，两类方法的优劣对比如表1所示：
通过将ECS系统与DCS的结合改进，能弥补DCS系统本身存在部分缺陷，并改变原本DCS系统单一的线路情况，令其电路更趋多元化。ECS系统的建立也能令发电系统的用电维持在均衡状态，同时对线路设置的优化改进，也有利于系统管理、维护工作的有效开展。
3 电厂电气自动化控制技术在水力发电厂的应用研究
水力发电厂的计算机监控系统，主要应用目的在于对发电装置设施做操控管理、自动发电并管理电压、对发电系统进行自诊处理、传输系统的数据信息、报警等功能。当前我国大部分的水力发电厂的计算机监控系统均为H90000V4.0系统，比如大唐国际长河坝水电站监控系统就是H90000V4.0。此系统将电子技术、计算机技术与通信网络技术做整合统一，设计出开放化分层分布式结构体系。长河坝水电站H90000V4.0监控系统分为两层结构：一层为场站控制层；一层为现地控制层。这其中场站控制是对整个水电厂装置设施进行监控管理，其主要由操作站、采集服务器、通讯服务器与应用服务器构成。而现地控制层则主要由各个水电厂装置设施中的现地控制单元组成，以对各个装置设施做实施监管控制。
H90000V4.0系统同时也可依照其部件功能的不同划分为各个模块部分，各模块依照自身功能的差异位于不同的分层中，通过各模块的作用衔接实现对水电厂整体的监管控制。例如LCU单元位于LCU层之中，负责各个装置设施数据的采集与监督作用。而主站监控功能模块与水电厂数据库则主要位于场站控制层之中，以控制所用电厂装置设施完成自身的功能作用。
要确保水力发电厂的计算机监控系统的运行可靠性与安全性，就应提升其系统的运行安全与质量标准，通过为H90000V4.0系统增加部分冗余手段保证系统运行的稳定与安全。比如对系统各个节点均加装冗余配备，从而在主机装置出现故障问题时，冗余配备能确保系统运行的稳定，防止因主机故障影响监控系统的整体功能发挥。同时也可对场站控制层与现地控制层使用双冗余结构予以衔接，令其互为备用网络，防止在网络通信出现故障问题时，缺少备用网络引发信息数据传输问题。
由于H90000V4.0系统的结构使用开放化架构，因此可方便进行系统功能扩充，依据各水力发电厂的实际需求来配置系统构件，实现使用者所需的功能用途，进而减少水电厂的设备采购成本与重复投资费用，节省发电企业的自动化控制成本。例如长河坝水电站H90000V4.0系统的操作系统即为标准汉化版的UNIX，同时使用较少节点设置WINDOWS系统，使得整个计算机监控系统的扩展或是维护工作都较为简便可行。
4 结语
综上所述，电气自动化控制技术伴随各类技术工艺，特别是电子技术的进步发展，其自动化控制水平与成效逐渐提高，并已成为电厂的重要应用技术。而随着电厂电量供应需求的提升，电厂的发电压力与技术要求愈发提高，电气自动化控制技术的选用与改进也应随之加强，各水力发电厂应结合自身的发电需求与技术特点，引入适合于本电厂的自动化控制技术，以优化电厂的发电效率与质量，满足社会对电力资源的需求。
参考文献
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作者简介：高家奇（1987-），男，江苏徐州人，大唐四川发电有限公司助理工程师，研究方向：电力生产管理。