電氣自動化技術在電力系統中的應用研究

佟慶

國網黑龍江省電力有限公司杜爾伯特蒙古族自治縣供電分公司 黑龍江 大慶 166200

引言

現代化電力系統整體構成較為復雜，為了滿足大范圍穩定供電需求，整個電力系統中各分支系統種類繁多，在電力系統控制監測以及檢修維護過程中工作人員整體工作量相對較大，而在現代電子信息技術高速發展的態勢下，電氣自動化技術不斷與電力系統進行融合發展，通過電氣自動化技術來減少電力系統控制監測以及檢修維護等相關工作的人工操作。傳統電力系統由于在各項子系統運行過程中需要大量人員對其進行人工干預控制，加上系統整體構成較為復雜，因此傳統電力系統容易出現各種人為因素故障，在現代化發展過程中，無法滿足整體控制以及信息整合等相關需求。電氣工程自動化技術與電力系統結合，不僅能夠在軟件層面給予更多的參數支持，同時也能在硬件層面實現各項自動化操作，當前電力系統日趨復雜的態勢下，充分應用電氣自動化技術是電力系統的重要發展趨勢。目前電氣自動化技術在電力系統多項子系統中均有廣泛應用，其對于電力系統現代化發展的重要意義不言而喻，加快電力系統電氣自動化技術融合應用能夠為我國電力現代化發展提供強大的驅動力。研究電氣自動化在電力系統中的應用有助于相關技術在電力系統更多方向上的整合，這對于我國電力工程發展非常重要。

1 電氣自動化技術概述

電氣工程自動化是現代自動化技術的主要組成部分，該技術既包含一系列的軟件控制技術，同時也涵蓋各種硬件機械化控制技術，在軟件控制方面，其能夠通過各種信息采集途徑，在獲取相關參數后對軟件控制系統參數進行調整，進而實現對軟件系統的自動化控制，而在硬件控制方面，則可以基于自動化控制系統，對各軟件下達工作指令從而完成相應的硬件控制。電子信息技術是電氣自動化技術實現相應自動化操作的重要基礎，現代化電子信息技術能夠多維獲取整體系統中的各項參數信息，而參數信息則是實現自動化控制的必要條件[1]。目前電氣自動化技術在各個領域均有重要應用，在電力系統發展過程中，電氣自動化技術最大限度提高了電力系統中電氣系統的操作和運維便捷性，減少了電力電氣系統運行所需的人工干預，在極大程度上提升了電力系統整體自動化水平。電力系統包含各種強弱電工程，電氣自動化技術具備完善的強弱電工程調控能力，因此電氣自動化技術是現代電力系統的重要組成部分。

2 電力系統中應用電氣自動化技術的意義

當前電力系統復雜程度高，在電力輸配各階段均有較多的控制需求，而電氣自動化技術應用于電力系統中對發電、配電、變電以及電力調度等方面均有重要意義。從發電控制角度來看，電氣自動化技術保障了既有電力輸出端在滿足電力需求的基礎上穩定供電，在時間調配以及輸出峰值等方面進行了精確控制。而在配電過程中，電氣自動化技術有效保障了按需分配，在輸出電能一定的情況下，按照電力需求進行區域和時段供電劃分，最大限度滿足了配電范圍內所有用戶的用電需求[2]。而在變電站應用方面電氣自動化技術全程跟蹤記錄變電箱的運行參數信息，結合變電箱的具體參數進行詳細分析，為電網結構調整以及變電箱升級換代提供了全方位的數據信息。而從電力調度角度來看，傳統電力調度存在時效性差、電能浪費比較嚴重的問題，通過應用電氣自動化技術，電力調度工作幾乎可在瞬間完成，既保障了連續穩定供電同時也規避了無效電能損耗。

3 電氣自動化技術在電力系統中的應用

3.1 變電站自動化技術

變電站是保障穩定電力供應的重要構成部分，現代化電力系統中變電站自設計階段即在考慮實際使用需求的基礎上整合了電氣自動化技術。在通信線路方面，采用光纖通信，既滿足了高帶寬數據信號傳遞同時也為后續電路拓展預留更大空間。在主變維護方面充分發揮了分層分布結構的優勢，其數據采集和數據分析能力有極大提升。從站控層角度來看，應用電氣自動化技術后站控層能夠更好地進行電壓優化處理，而且也能夠通過搜集的電壓、溫度等參數自動辨別運行狀態，及時報告故障并在一定程度上指明故障類型。從間隔層角度來看，電氣自動化技術充分發揮了相應的信息上行功能，保障了站內信息交流以及信息上傳。過程層的智能終端、隔離開關、電壓互感器等設備均通過電氣自動化控制系統進行調控，實現了狀態參數檢測以及動作執行指令的下達。舉例來講，某110V智能變電站在溫度采集方面可對多種直流量進行識別，包括0～5V、110V、24V以及4～20mA，通過多種直流量的采集識別結合溫度傳感器參數更為精確的上傳變電站電路單元的運行溫度[3]。

3.2 電網調度自動化技術

電網調度自動化技術中電氣自動化技術是關鍵，提升電網調度自動化技術有助于提高電力系統對現代化大電網的駕馭能力，保障現有供電體系輸出的電能滿足用電需求。電網調度自動化依托于電網系統的信息同步功能，在整合地區用電峰谷狀態以及用電參數隨時間變化的具體情況下對地區性電力分配做出科學判斷，實現了相同電力輸出能力下更好的區域電力分配。電氣自動化技術在電網調度過程中既能夠通過服務器系統進行信息傳遞同時也能夠在輸電分配方面對相應的開關系統下達動作指令，集合了軟件操控和硬件控制。舉例來講，某新型自動化電網調度系統通過整合電氣自動化技術其處理容量達到500000，而且相較于傳統EMS系統，整合電氣自動化技術后系統不僅支持EMS，而且還兼容WAMS以及DMS等，在數據管理方面，其能夠對三態數據進行完整監控，包括各變電所的有功值、無功值以及電流幅值等參數，另外還能夠進行網絡拓撲圖的自動繪制，為電力調度工作提供有效保障。

3.3 故障診斷技術

電氣自動化技術在電力系統故障診斷系統中有重要應用，其在故障診斷系統的硬件控制、故障參數分析以及意見反饋等方面均發揮關鍵作用。電力系統中線路總長度普遍較長，而且從發電到配變電再到入戶需要經過的電子以及機械設備相對較多，其發生故障單純依靠人工巡檢難以滿足現代化電力系統要求，整合電氣自動化技術后其通過遍布于電力系統各個分支系統的傳感器來獲取系統運行參數，在故障發生后能夠依靠傳感器數據波動對故障位置進行判斷，同時其系統內擁有所有設備的正常運行參數范圍，對照參數波動情況并將數據回傳給專家數據庫可指明故障原因并在一定程度上指導搶修工作。舉例來講，某絕緣和耐熱等級為A的千伏變壓器，其線圈絕緣性能隨溫度升高而下降，根據數據庫系統標注的極限溫度可知，該線圈能夠滿足絕緣要求的極限溫度為105℃，其高溫報警溫度為85℃，由于某種因素，該變壓器絕緣線圈溫度驟升，在達到85℃后傳感器上傳溫度信息并引發高溫報警，明確故障點為3#箱，并指出異常參數為后續快速搶修奠定了基礎。

3.4 發電廠自動化技術

發電廠系統構成比較復雜，不僅涵蓋能源轉換部分同時也包括各種用于平衡和控制參數的軟件及機電單元。電氣自動化技術在發電廠中的應用范圍比較廣，整體來講包括遠程監控系統、數據通信系統以及自動化調控系統。遠程監控系統包括以傳感器為主的數據參數采集系統以及視頻監控系統構成的直接監控系統。傳感器能夠從多角度了解系統運行狀態，是自動化控制系統的“眼睛”。而數據通信系統能夠完成高頻、高帶寬數據通信，保障復雜系統運行下海量數據傳遞需求，其屬于自動化控制系統的“神經系統”。自動化調控系統能夠將采集的數據與數據庫中標準參數進行對比，依托于中央處理器和既定的軟件系統對系統運行參數進行調整，包括軟件和硬件的調整，該系統可謂自動化控制系統的“大腦”。當前發電廠自動化技術中普遍應用分散控制系統以及電氣監控系統，在發電機、隔離開關、電壓參數以及直流系統中均能夠進行全面參數監控，且可通過自動化控制系統進行科學調控。

3.5 仿真技術

仿真技術的主體是數字化模型技術，電力系統整體構成極為復雜，下轄的子系統包含各種不同設備，在系統構建、檢修、升級等工作中很難從整體角度對具體工作方案進行科學校驗，而仿真系統則很好地解決了這一問題。仿真技術包括數字仿真、模擬仿真以及數模混合三大類，對于現代電力系統這種非線性網絡系統而言，影響系統運行的時間刻度非常短，在進行分析的過程中需要以μS為單位進行分析，而仿真技術能夠依托于完整的數據和相同的軟硬件結構從局部或整體角度分析既定方案的運行效果。新設備整合過程中仿真技術能夠在設備不實際接入系統的情況下模擬設備并入的運行效果，可以從中發現新設備與原有系統整合存在的不利問題，在仿真模型之下即可通過參數調整進行修改，不斷調試并最大限度保障設備實際并入后的妥善運行，減少系統運行中斷時間，提高工作效率。

4 電氣自動化技術在電力系統中的發展趨勢

4.1 緊跟國際標準

當前電力系統不斷朝人工智能方向發展，這也是現代化大電網體系下滿足社會用電需求的必然趨勢。目前歐洲國家及部分亞洲發達國家在電力系統建設過程中面向人工智能領域建立了多項電力系統國際標準，相關標準在參數設定方面代表了先進電力系統各項參數的均值，我國在電力系統電氣自動化技術發展方面也應重視相關標準，包括電力系統通信協議標準IEC61970以及61968、61850等。這些國際認可的電力自動化標準在很大程度上為我國電氣自動化技術電力系統共應用指明了道路，既有明確的層級系統具體要求同時也有相應的參數要求，緊跟國際標準既有利于我國電力自動化系統的科學發展同時也能夠為我國相關設備技術邁向國際市場奠定有利基礎。

4.2 實現三位一體的高度集成自動化系統

三位一體的高度集成自動化系統是指系統保護、系統控制以及精確測量3種技術。從系統整體角度來講，上述3種技術有明顯的互相依存關系，系統保護依賴于精確測量獲取的系統參數以及高速響應的系統控制功能，而系統控制和精確測量也必須在完善的系統保護下才能正常運行，因此在未來發展過程中電力系統電氣自動化技術應保障三者的整合發展，在技術投入方面應保障齊頭并進，而在各自系統研發過程中則要注意系統交叉和系統兼容，保障各系統在發揮自身優勢功能的基礎上實現1+1+1＞3的效果。

4.3 基于創新原則的專利技術研發

目前我國電力系統電氣自動化技術在發展過程中呈現本國專利技術和購買國外技術并行的方式，這符合我國當前電力系統技術水平也滿足當前電力系統的建設需求。在未來發展過程中我國電力系統電氣自動化技術必然不斷提升，屆時，為保障技術應用自由和打開國際市場，必須在相應技術開發上進行創新研發，逐漸擴大具有我國獨立自主知識產權的設備占比，這樣既能夠保障國內電力系統現代化建設不受技術專利限制同時也能夠讓我國先進的技術產品走出國門進入國際市場。目前我國在電力電氣自動化技術的通信技術領域有諸多專利技術，其他子系統的技術研發也應秉承創新精神提升技術水平。

5 結束語

本文針對電氣自動化技術在電力系統中的應用進行了詳細研究，分析了不同子系統中的電氣自動化技術應用情況，針對未來相關技術發展進行了論述，希望能夠在一定程度上推動我國電力現代化建設。