电力系统自动化发展趋势

大区域电力系统结构如下
❖数字电力系统(Digital Power System， DPS)的涵义，是指对某一实际运行的电 力系统的物理结构、物理特性、技术性 能、经济管理、环保指标、人员状况、 科技活动等数字地、形象化地和实时地 描述与再现。
下图给出了数字电力系统的图像化思考。在图的右边是一个运行中的电力 系统，图的左边是一个DPS。DPS通过实时数据通讯和通信，软跟踪这个 实时的电力系统。如上所述DPS在正常运行时给出建议，通过调度人员进 行闭环；在最紧急的情况下，将紧急地不通过调度人员进行闭环，然后再 “通知”调度人员，刚才进行了什么操作，产生了什么效果等。如果没有 DPS(现在的系统即是如此)，则调度管理人员在运行中是相当盲目的，发 生突然故障后他们不知道电力系统中发生了什么问题，产生了什么后果， 稳定域如何变化，状态点在稳定域的什么位置等。如果发生了故障，调度 人员茫然不知所措，甚至进行误操作，1996年、1997年美国西部电力系 统发生事故后的情况就是如此。如果有DPS的帮助，电力系统运行的安全 和稳定性将会得到极大地提高。
智能电网
❖ 智能电网（smart power grids），就是电网的智 能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、 高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测 量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先 进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、 安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标， 其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、 提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不 同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化 高效运行。
❖ 自动控制从线性开环发展到闭环，使电力系统的各项控制提高到了一个新的 水平。随着计算机应用的迅速发展，各项以前手算难以处理的问题，如矩阵 运算、有限元法及微分方程的数字解等，都可利用计算机调用标准程序来解 决。辨识、建模、在线监控等技术使自动化进入到现代化的新水平。
1.3.2 数字化电力系统的概念与构架
智能电网概念的发展有3个里程碑
❖ 第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智 能电网”解决方案。IBM的智能电网主要是解决电 网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建 设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》 白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面： 一是通过传感器连接资产和设备提高数字化程度； 二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行 分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关分析， 以优化运行和管理。该方案提供了一个大的框架， 通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管 理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本 描绘了一个蓝图。是IBM一个市场推广策略。
智能电网概念的发展有3个里程碑
❖ 第三个是中国能源专家武建东提出的“互动电网“。互动电 网，英文为Interactive Smart Grid，它将智能电网的含义涵 盖其中。
❖ 互动电网定义为：在开放和互联的信息模式基础上，通过加 载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、 供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产 业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产 业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将再 造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整 体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减 少温室气体排放，创造电网价值的最大化。
互动电网作用
❖ 互动电网通过电子终端将用户之间、用户和电网公 司之间形成网络互动和即时连接，实现电力数据读 取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电 讯、电视、智能家电控制和电池集成充电等的多用 途开发，实现用户富裕电能的回售；可以整合系统 中的数据，完善中央电力体系的集成作用，实现有 效的临界负荷保护，实现各种电源和客户终端与电 网的无缝互连，由此可以优化电网的管理，将电网 提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务 功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率
智能电网
❖ 美国电力科学研究院将智能电网定义为： ❖ 一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系
统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运 作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务 需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和 灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。
❖ 中国的智能电网的基本特征是在技术上要实现信息 化、自动化、互动化。
❖ 电力系统是由原动机、发电机、电力网络、负 荷和控制中心等组成的。原来的电力网络是不 可控的。近年来，随着电力电子技术的发展， 柔性交流输电技术(FACTS)设备引入了电力网， 使电力网络也变成是可控的了。然而在电力系 统增加了灵活性的同时，也增加了它的复杂性。 图1.4表示的是两个大区域网络互联的电力系 统。在它们之上还有高一级的调度中心，这可 以说是多区互联电力系统的一个一般的结构形 式。
智能电网概念的发展有3个里程碑
❖ 第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除 了已公布的计划，美国还将着重集中对每年 要耗费1200亿美元的电路损耗和故障维修的 电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个 时区的统一电网；发展智能电网产业，最大 限度发挥美国国家电网的价值和效率，将逐 步实现美国太阳能、风能、地热能的统一入 网管理；全面推进分布式能源管理，创造世 界上最高的能源使用效率
1.3.1 控制理论的应用
❖ 当今控制领域的技术仍在不断拓展，新的控制方法层出不穷。智能控制领域 发展尤其迅猛，有相当部分已投入实用。智能控制最大的吸引力在于实现多 变量控制而不必列出繁琐的数学模型，于是神经网络、模糊逻辑和遗传算法 来自百度文库为优选的方法。由于模糊技术、人工神经网络与遗传演化技术等的发展， 自动控制技术已有了进一步优化的新方向，即智能技术的方向。综合各种智 能方法，互补优势，能把自动控制的适应范围进一步扩大深化，将推动工业 建设与生产的发展，同时也促进电力系统自动化的发展。混杂系统(hybrid system)是系统科学领域中新提出的概念和理论。电力系统是一个标准的混 杂系统，它的上层(调度中心)给出的调度决策主要是逻辑性的操作指令；而 下层控制(如发电机的励磁与调速控制)主要是连续型的。如何将不同性质的 上层和下层控制恰当地结合起来以达到电力系统的多目标优化控制的目的， 这是一个重要理论问题和应用问题。因此，借鉴控制领域的新理论，发展起 在电力系统中的运行与应用，应当具有良好的前景。