電力系統(tǒng)中電氣自動化技術的應用研究

劉東蕓

摘? 要：文章研究電力系統(tǒng)中的重要組成部分，電氣自動化相關技術的應用。電氣自動化技術發(fā)展非常迅速且全面，并已進入十分成熟的研究階段，在各行各業(yè)的應用十分廣泛，是人類生產生活必不可缺的一部分。這篇文章首先描述了電氣自動化相關技術的國內外研究情況與發(fā)展歷史，然后對其現(xiàn)狀與前沿技術的實現(xiàn)進行研究，最后對其以后發(fā)展的方向進行了分析。

關鍵詞：電氣自動化;電力系統(tǒng);控制;電網

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）21-0179-02

Abstract： This paper studies the important components of power systems， the application of electrical automation related technologies. The development of electrical automation technology is very rapid and comprehensive， and has entered a very mature research stage. It is widely used in various industries and is an indispensable part of human production and life. This paper first describes the domestic and international research and development history of electrical automation related technologies， and then researches the current status and realization of cutting-edge technologies， and finally analyzes the direction of future development.

Keywords： electrical automation; power system; control; power grid

1 概述

電氣自動化技術是科技發(fā)展逐漸現(xiàn)代化、自動化的主要研究領域，是現(xiàn)代自動科技的主要內容。依靠技術發(fā)展為工業(yè)創(chuàng)造更高效的產出方式是電氣自動化研究的必然方向，從而達到確保如期實現(xiàn)全面小康的目標。對于電力系統(tǒng)來說，自動化技術的加入有助于減少大部分人工勞動的時間與消耗，并且有效提升計算測試的精準性和準時性的數(shù)據(jù)傳遞，從而能夠為生產過程提供更高效的技術后備力量，同時可以盡量在最大程度內避免重大型事故的出現(xiàn)，保證工人與設備的安全工作。經過上世紀的飛速進步，電氣自動化技術在我國與國外均達到了長足的發(fā)展和全面應用實施，已經不斷演變成低規(guī)格的電氣自動化設備生產以國內中型企業(yè)為進貨來源，中高規(guī)格電氣自動化設備生產以國外公司為進貨渠道，生產規(guī)模較大的則選擇國外的中高規(guī)格電氣自動化設備進行引進，而中小型生產規(guī)模選擇國內的電氣自動化設備引進的市場額分布。

2 電氣自動化的發(fā)展歷史

17世紀初，人類開始對靜電相關的現(xiàn)象進行初步研究，1600年威廉·吉爾伯特（英國）在其著作《論磁》中對“電”的概念給出了初具系統(tǒng)化的說明[1]。同一時間斯蒂芬·格雷（英國）發(fā)現(xiàn)了絕緣體以及導體。杜菲（法國）是首個對靜電相關的現(xiàn)象進行深層次研究的學者。1746年本杰明·富蘭克林（美國）進行了經典的風箏實驗，證明了電是一種自然界中真實存在的物理現(xiàn)象[2]。19世紀，關于“電”的物理實驗與定論層出不窮，愈加完善，電磁理論等重要理論為電學的知識體系搭建了堅實的基礎。隨著研究的進一步深入，很多國家都設置了電氣工程專業(yè)，專門培養(yǎng)電氣自動化的人才。

中國對電氣理論與電氣自動化的研發(fā)也給予了充分支持。1908年，南洋大學堂率先開設了電機專科，其下包含電氣工程專業(yè)，第一批專業(yè)化人才的培養(yǎng)為我國電氣理論研究初次打下了基礎。1930年，清華大學首次開設了電機系。新中國成立以后，工科性以及綜合性大學不斷創(chuàng)辦，機電學院、自動化學院、電氣工程專業(yè)等教育力量持續(xù)加碼。1958年，北京電力學院成立，這是國內第一所專門針對機電專業(yè)開展教學與研究的學院，學院內開設了包括電力系統(tǒng)、電力自動化等眾多專業(yè)。20世紀60年代期間，我國計劃專門教育電氣專業(yè)的學術性研究生與博士生，哈爾濱工業(yè)大學的多名電力專業(yè)的研究生到北京電力學院進修更高學位。隨著我國工業(yè)化進程不斷提升，我國對電氣工程學科以及電氣自動化專業(yè)的建設給予了全力的支持，同時規(guī)定“電力系統(tǒng)及其自動化”正式成為博士學位學科。

3 電氣自動化技術的實際應用

3.1 智能大型系統(tǒng)中

智能電網是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎上，通過集成新能源、新材料、新設備和先進傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術，形成的新一代電力系統(tǒng)，它具有高度信息化、自動化、互動化等特征，可以更好地實現(xiàn)電網安全、可靠、經濟、高效運行[3]。其中變電站使用的智能自動化系統(tǒng)的應用最為廣泛。我國現(xiàn)代電網中使用的電網智能化發(fā)展，大部分作為了電網智能系統(tǒng)的框架。在智能電網技術框架中通信技術占很大地位，因此在電網搭建中信息技術很重要，并且準確性需要達到一定標準。

3.2 在調度系統(tǒng)中

在調度系統(tǒng)中，電氣自動化方法具有非常強大的應用，可以降低大量生產損耗，節(jié)省人力，資源利用率提高等。其具體應用有：工作站、變電站等，利用計算機網絡和自動化技術開展自主調節(jié)，同時智能系統(tǒng)覆蓋全部電網系統(tǒng)網絡。在整套智能電網中，CPU是核心，對機器獲得的信息進行分析處理，并將運算后的結果輸送到某臺機器，并對智能系統(tǒng)中機器的運轉狀況實時監(jiān)控，給出有效的建議。

3.3 在電力網絡中

電力網絡中引入電氣自動化技術，保證系統(tǒng)整體的安全可靠，提高經濟效益和管理效能，有利于提高對電力網絡的監(jiān)控準確度，達到自動化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人監(jiān)控，進而變電站運作能夠更加高效與精確。變電站自動化就是在變電站常規(guī)二次系統(tǒng)中采用微機進行監(jiān)控和完成部分管理任務，將變電站的二次系統(tǒng)提高到了一個新的水平[4]。變電站自動化智能系統(tǒng)是重要的電力工程應用，可以達到當前智能系統(tǒng)的運行要求，從而推動電力工程專業(yè)現(xiàn)代化，以及自動化發(fā)展。

3.4 在生產型工廠中

現(xiàn)代高容量的發(fā)電廠已經規(guī)定，發(fā)電廠的生產過程要自動化，并且采用智能系統(tǒng)控制進行監(jiān)控，而其中絕大多數(shù)發(fā)電廠的機器都使用電機驅動，因此，智能自動化電氣系統(tǒng)成為了這些電機、監(jiān)控感應裝置的監(jiān)督和控制的頭腦。所以，智能自動化電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性與準確性，對于發(fā)電廠生產的安全性與經濟性起著非常重要的作用[3]。由于工廠用電的本身特點，如工作量大，安置稀疏等實際情況，這種情況所造成的隱患在發(fā)電廠所有的隱患中是有非常主要的誘因。另外，工廠所鋪排的電路的連接和機器的缺陷常常發(fā)生突變，在很多情況下也往往會引起危險的發(fā)生。因為智能自動化電氣系統(tǒng)的增多，尤其是監(jiān)控模塊的不斷升級，大型生產工廠的電路可靠性提高，并完成相關的電氣聯(lián)鎖目的漸漸成為生產中的常態(tài)。

4 電氣自動化的發(fā)展前景

4.1 設計電氣工程及其自動化智能平臺

以提升電氣工程及其自動化關鍵點的使用工廠為目標，減少工廠的生產損耗及負荷，應該以工廠的實際情況為導向，建設電氣工程及其自動化的智能一體化系統(tǒng)，另一方面加速大部分工廠企業(yè)的擴大規(guī)模速度，從而為國民工業(yè)經濟的飛速可靠發(fā)展提供所需的基礎。而若要達到這些層面的多重標準，需要選擇的基本要點有：對該生產領域有所了解的專業(yè)人員依據(jù)生產線與產品的實際情況設計具有針對性的方案，達到智能系統(tǒng)建造所要得到的基本效果。對智能系統(tǒng)在使用中所發(fā)生的消耗費用進行全面計算，減少智能系統(tǒng)產生細節(jié)缺陷所帶來的可以避免的損失。按照不同工廠行業(yè)與形態(tài)的實際情況了解需求，強化智能系統(tǒng)的適應維度，從而有效降低電氣工程及其自動化智能系統(tǒng)使用消耗成本。

4.2 設計工廠生產所需的通用網絡系統(tǒng)

設計自動化智能一體化系統(tǒng)能夠為許多生產狀況的判斷提供穩(wěn)定而精準的參考數(shù)據(jù)，以此為基礎對資源配置、機器調動、策略制定等重大問題進行決策，從點上支持不同層面上的數(shù)據(jù)傳遞效率與準確度長時間穩(wěn)定在較高質量。因此在設計電氣工程及其自動化通用網絡時，設計師要對網絡系統(tǒng)的核心模塊、功耗占比、安全情況等進行重點詳細調研與設計，以確定自動化智能一體化系統(tǒng)的合理和可靠。這種智能系統(tǒng)的頻繁使用將會豐富社會工業(yè)數(shù)據(jù)庫，使更多企業(yè)可以相互借鑒經驗，互通有無。

4.3 創(chuàng)新驅動力不斷提升

隨著我國在科技方面的支持力度的持續(xù)提高，工廠對于自動化系統(tǒng)的應用和研究也水漲船高，多數(shù)開始自主研發(fā)針對于該工廠特殊情況的自動化系統(tǒng)，從而提高工廠生產設備的技術水平，慢慢靠近國外的較高端技術的應用水平，建造符合我國國情的電氣自動化設備開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，最終完全達到自動化較高的系統(tǒng)設備的全自主開發(fā)。能夠快速提升我國工業(yè)自動化生產的科技國力，為中國在國際社會中提升國際地位[5]。

4.4 提煉開發(fā)與運用的標準化流程

電氣工程及其自動化智能系統(tǒng)的逐漸成熟并流程書面化，是國內科研人員努力的最終目標，因此，設計人員對流程的設計，對執(zhí)行工人的培訓是重要的一個環(huán)節(jié)。執(zhí)行工人與設計人員作為智能系統(tǒng)的操作者與開發(fā)者，是對電氣工程及其自動化智能系統(tǒng)的實踐與實際使用的結果具有決定性意義。因此吸收高水平開發(fā)人員，在內部增強創(chuàng)新理念，就能夠增強我國電氣工程及其自動化的影響力和硬實力，而執(zhí)行工人的培訓質量能夠對機器的使用效果造成比較大的偏差。綜上所述，若要提升電氣工程及其自動化技術的受益范圍，最好的辦法是建立一套執(zhí)行工人培訓與開發(fā)人員研發(fā)的標準化流程，從而可以確保每一個細節(jié)的準確與穩(wěn)定。

5 結束語

當今情況下，不可再生資源的大規(guī)模開采，使一些自然資源，如煤炭、木材等出現(xiàn)了不可持續(xù)再生的結果，因此電氣工程及其自動化的推進方向需要以效率、和諧、持續(xù)為目標原則。因此，在可持續(xù)發(fā)展原則的領導下，就要盡力維護效率、和諧、持續(xù)的底線，從而減少電氣工程及其自動化生產所帶來的浪費與污染。了解國外的電氣工程及其自動化的發(fā)展現(xiàn)狀和遇到的問題，從中尋找可以利用的地方，使我們的電氣自動化發(fā)展之路變的更加暢通無阻。最后，在自由發(fā)展的市場經濟體制下，為了增強硬實力與競爭力，應大力提倡技術創(chuàng)新與人才引進。

參考文獻：

[1]泰和工作室.世界近代中期科學史[M].1996.

[2]畢尚，風華.百位世界杰出的科學家（上）[M].中國環(huán)境科學出版社，2006.

[3]黃飛.智能電網發(fā)展水平的綜合評價研究[D].北京交通大學，2016.

[4]商國才.電力系統(tǒng)自動化[M].天津大學出版社，1999.

[5]CHEN F C，KHALIL H K.Adaptive control of nonlinear systems using neural networks[J].Int J Control，1992，55（6）：1299-1317.