电力自动化

电力系统自动化是我们电力系统一直以来力求的发展方向，它包括：发电控制的自动化（AGC已经实现，尚需发展），电力调度的自动化（具有在线潮流监视，故障模拟的综合程序以及SCADA系统实现了配电网的自动化，现今最热门的变电站综合自动化即建设综自站，实现更好的无人值班.DTS即调度员培训仿真系统为调度员学习提供了方便）,配电自动化(DAS已经实现,尚待发展).

　　电力系统自动化

　　automation of power systems

　　对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。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。

　　发展过程 20世纪50年代以前，电力系统容量在几百万千瓦左右,单机容量不超过10万千瓦,电力系统自动化多限于单项自动装置，且以安全保护和过程自动调节为主。例如,电网和发电机的各种继电保护,汽轮机的危急保安器,锅炉的安全阀,汽轮机转速和发电机电压的自动调节,并网的自动同期装置等。50～60年代, 电力系统规模发展到上千万千瓦,单机容量超过20万千瓦,并形成区域联网，在系统稳定、经济调度和综合自动化方面提出了新的要求。厂内自动化方面开始采用机、炉、电单元式集中控制。系统开始装设模拟式调频装置和以离线计算为基础的经济功率分配装置，并广泛采用远动通信技术。各种新型自动装置如晶体管保护装置、可控硅励磁调节器、电气液压式调速器等得到推广使用。70～80年代，以计算机为主体配有功能齐全的整套软硬件的电网实时监控系统 (SCADA)开始出现。20万千瓦以上大型火力发电机组开始采用实时安全监控和闭环自动起停全过程控制。水力发电站的水库调度、大坝监测和电厂综合自动化的计算机监控开始得到推广。各种自动调节装置和继电保护装置中广泛采用微型计算机。

　　主要领域 按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面,并形成一个分层分级的自动化系统(见图)。区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。

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　　电网调度自动化 现代的电网自动化调度系统是以计算机为核心的控制系统，包括实时信息收集和显示系统，以及供实时计算、分析、控制用的软件系统。信息收集和显示系统具有数据采集、屏幕显示、安全检测、运行工况计算分析和实时控制的功能。在发电厂和变电站的收集信息部分称为远动端，位于调度中心的部分称为调度端。软件系统由静态状态估计、自动发电控制、最优潮流、自动电压与无功控制、负荷预测、最优机组开停计划、安全监视与安全分析、紧急控制和电路恢复等程序组成。

　　火力发电厂自动化 火力发电厂的自动化项目包括：①厂内机、炉、电运行设备的安全检测，包括数据采集、状态监视、屏幕显示、越限报警、故障检出等。②计算机实时控制，实现由点火至并网的全部自动起动过程。③有功负荷的经济分配和自动增减。④母线电压控制和无功功率的自动增减。⑤稳定监视和控制。采用的控制方式有两种形式：一种是计算机输出通过外围设备去调整常规模拟式调节器的设定值而实现监督控制；另一种是用计算机输出外围设备直接控制生产过程而实现直接数字控制。

　　水力发电站综合自动化 需要实施自动化的项目包括大坝监护、水库调度和电站运行三个方面。①大坝计算机自动监控系统：包括数据采集、计算分析、越限报警和提供维护方案等。②水库水文信息的自动监控系统：包括雨量和水文信息的自动收集、水库调度计划的制订，以及拦洪和蓄洪控制方案的选择等。③厂内计算机自动监控系统：包括全厂机电运行设备的安全监测、发电机组的自动控制、优化运行和经济负荷分配、稳定监视和控制等。

　　电力系统信息自动传输系统 简称远动系统。其功能是实现调度中心和发电厂变电站间的实时信息传输。自动传输系统由远动装置和远动通道组成。远动通道有微波、载波、高频、声频和光导通信等多种形式。远动装置按功能分为遥测、遥信、遥控三类。把厂站的模拟量通过变换输送到位于调度中心的接收端并加以显示的过程称为遥测。把厂站的开关量输送到接收端并加以显示的过程称为遥信。把调度端的控制和调节信号输送到位于厂站的接收端实现对调节对象的控制的过程，称为遥控或遥调。远动装置按组成方式可分为布线逻辑式远动装置和存储程序式逻辑装置。前者由硬件逻辑电路以固定接线方式实现其功能，后者是一种计算机化的远动装置。

　　电力系统反事故自动装置 反事故自动装置的功能是防止电力系统的事故危及系统和电气设备的运行。在电力系统中装设的反事故自动装置有两种基本类型。①继电保护装置：其功能是防止系统故障对电气设备的损坏，常用来保护线路、母线、发电机、变压器、电动机等电气设备。按照产生保护作用的原理，继电保护装置分为过电流保护、方向保护、差动保护、距离保护和高频保护等类型。②系统安全保护装置：用以保证电力系统的安全运行，防止出现系统振荡、失步解列、全网性频率崩溃和电压崩溃等灾害性事故。系统安全保护装置按功能分为4种形式：一是属于备用设备的自动投入,如备用电源自动投入，输电线路的自动重合闸等；二是属于控制受电端功率缺额，如低周波自动减负荷装置、低电压自动减负荷装置、机组低频自起动装置等；三是属于控制送电端功率过剩，如快速自动切机装置、快关汽门装置、电气制动装置等；四是属于控制系统振荡失步，如系统振荡自动解列装置、自动并列装置等。

　　供电系统自动化 包括地区调度实时监控、变电站自动化和负荷控制三个方面。地区调度的实时监控系统通常由小型或微型计算机组成，功能与中心调度的监控系统相仿，但稍简单。变电站自动化发展方向是无人值班，其远动装置采用微型机可编程序的方式。供电系统的负荷控制常采用工频或声频控制方式。

　　电力工业管理系统自动化 管理系统的自动化通过计算机来实现。主要项目有电力工业计划管理、财务管理、生产管理、人事劳资管理、资料检索以及设计和施工方面等。

  电力自动化行业的上游为电子元器件、集成电路等行业，下游为包括电力、煤炭、石化、冶金等各领域在内的电力用户。

       1、与上下游产业关联性

       电力自动化行业与上游行业具有一定的关联性，其影响主要体现在两方面：一是上游的技术升级会促进本行业的产品方案发生变化；另一方面则是对本行业采购成本的影响，由于上游行业基本属于竞争性行业，其产品价格总体呈下降趋势，对本行业发展较为有利。下游行业则对本行业的发展具有较大的带动和驱动作用，其需求变化直接决定了本行业未来的发展空间。

       2、上下游行业发展状况对本行业及其发展前景的有利和不利影响

       上游行业基本属于竞争性行业，上游行业的产能、需求变化对本行业发展的影响较小，在产品成本构成中不具有决定性作用。随着国内上游行业的不断发展，本行业所需的大多数原材料及配件都可以从国内得到充足的供应。

       本行业与下游行业的发展密切相关，国家两大电网公司的电网建设投资是决定本行业未来需求的重要部分，除此之外本行业产品主要用于大型厂矿企业和已有产品的更新换代。下游行业的需求状况直接影响本行业的发展速度。^[1]伴随着下游行业对设备精度和功能以及对用电管理要求的不断提高，使得本行业必须不断加大在技术研发和科技进步方面投入，以更好地满足下游客户的要求。另外，在电力系统内，由于两大电网公司的垄断格局，导致本行业企业对下游企业特别是两大电网公司的议价能力较弱。

       智研咨询发布的《2013-2018年中国电力自动化市场运营态势及发展前景预测报告》中显示，随着社会及电力工业的发展，电力自动化的重要性与日剧增。目前，大规模发展火电已告一段落，但现有火电厂的维护、升级改造，电网及能源的大力建设，将继续拉动自动化技术与仪表的发展，特别是智能电网已成为世界电力工业发展的新趋势，将给自动化技术与仪表创造巨大的商机。低碳潮流造就自动化企业抢攻智能电网、能源及节能市场。

      核电、风电、水电等能源已经成为新经济时代的主角。这表明除去核电的流程行业特征，风电及水电更趋于工厂自动化特征，也即电力行业的流程特征将会逐渐减弱，而顺序控制、传动控制、运动控制、SCADA需求逐渐增强。就产品市场而言，电力行业对PLC、专用控制系统、变频器及伺服系统等设备的需求将会更大。

      电力行业迎来了结构调整、资源整合、提高效率，是改变“只大不强”的最好时机。因此，电力企业应围绕“低碳”重新制定未来发展战略。比较直观地说，企业必须努力优化现有产品的碳效率，包括基础设施、供应链和成品;设计能够满足大幅度减排要求的新型低碳解决方案。

电力企业在推动传统产业走高新科技转型升级之路时,需要加大自主创新力度，要实现企业转型升级，提升企业自主创新能力。同时，瞄准新兴问题、瞄准趋势性行业，进行产品类型的调整,寻找差异化发展。

      低碳浪潮席卷全球，带来的不单单是对以往发展模式的反思，更多的是面临利益冲突时的艰难抉择。以低碳发展、低碳生活并跨入绿色文明的新的纪元，这才是人类的希望所在。有志于发展“低碳经济”与低碳技术的中国电力工业企业，应当坚持‘低碳’理念，在“低碳经济”项目的研究和节能技术的创新上不断取得突破。

1、产业政策

      由于电力自动化行业高度依附于电力系统发展，^[2]电力系统内的技术和市场需求是影响该行业发展的一个重要因素。因此，国家电力政策变化所涉及的投资方向及投资额度等都会对电力自动化行业企业的发展带来重要影响，特别是对于那些主要服务于电力系统内客户的企业而言更是如此。

2、技术替代

      电力自动化产品是计算机技术和电力系统专业知识相结合的产物，具有技术进步快、产品生命周期短、更新换代快的特点。计算机软硬件技术和产品不断推陈出新，电力系统控制理论和控制策略也在不断发展。信息技术、网络技术和计算机技术的发展，促进了电力系统控制模式的变革，这就要求企业必须准确把握产业和行业发展趋势，对新的技术动态反应迅速，持续创新，不断推出新产品和升级产品以满足市场需求。

3、技术人才瓶颈

      一般性的工程、技术、管理人才通过招聘优秀的高校毕业生，由企业用培训和实践锻炼的方式稍加培养，基本可以满足企业要求。而电力自动化技术是电力自动化理论和计算机技术、自动控制等技术紧密结合的产物，技术含量高，形成一个极其专业化的领域，其人才不但要求有扎实全面的理论功底，而且必须有长期的经验积累和技术创新能力，这样才能不断研发出适合客户需求的新产品。

4、国际市场冲击

      在全球其他国家工业自动化市场发展缓慢、投资停滞的情况下，正在进入重工业化的中国制造业对自动化的需求却在持续上升。尤其是国家加大对电源电网建设的投资，我国电力自动化行业正处于发展的黄金时期，越来越多的全球自动化厂商正在进入中国电力自动化市场。西门子、ABB、施耐德电气、三菱电机、松下电工等跨国企业纷纷加大对中国市场的开拓力度。中国企业要在与外资企业的竞争中获胜，必须把好“技术关”，加快自身技术进步的步伐。