電力系統自動化發展趨勢及新技術的應用

國網浙江義烏市供電有限公司 劉東紅 劉江鵬 樓嘉婕 國網金華供電公司 杜 挺

國網浙江義烏市供電有限公司/國網金華供電公司 龐 蕓

在我國電力事業的發展中，電力系統是指包含發電、輸電以及變電、用電等環節的電能生產與消費系統，它在電力事業發展中，是通過將自然界中存在的一次性能源利用有關發電裝置來轉化成電能，從而在輸電、變電與配電等支持下向電力用戶提供其所需的能源，滿足人們的日常生活與生產需求。由于電力系統本身是一個較為的系統和體系，并且其分布范圍較廣，尤其是隨著電力系統的用戶數量與規模增加，對電力系統的運行管理也提出了更高的要求，在這種情況下就推動電力系統自動化的出現和發展。

電力系統自動化作為電力系統發展的重要方向，主要包含電力調度的自動化及發電控制自動化、配電自動化等。在信息化與網絡技術快速發展的當前社會，不僅為電力系統自動化發展創造了更加有利的機遇和條件，并逐漸促進了電力系統自動化在電力事業發展中的地位和作用提升。下文將通過對電力系統自動化及其發展趨勢分析，圍繞電力系統自動化發展的新技術及其應用進行研究，以供參考。

1 電力系統自動化及其發展趨勢分析

1.1 電力系統自動化

電力系統的自動化系統作為一種電力二次系統，它是在對多種具有自動檢測與決策、控制功能的裝置進行綜合應用基礎上，利用信號系統與數據傳輸系統來實現電力系統的各元件，以及局部系統或整體系統的自動監測與調節、控制，從而對整個電力系統的安全與穩定運行提供良好的支持。其中，電力系統自動化建設是以滿足電力生產與供應的及時、穩定、高效、安全、可持續等要求為目標[1]，從而提高電力企業的生產效率，控制電力生產與運行管理的經濟效益，促進電力系統的一體化、節約化與安全化管理提升和發展。

此外需注意的是，從當前社會中各行業發展及其工作開展的流程情況分析，可看出自動化系統在各行業發展中的建設應用，其中還包含著對現代化生產技術及計算機科學技術、信息處理技術、網絡通信技術等技術手段的綜合運用，因此在電力系統的建設和發展中，自動化生產與發展也包含對發電企業及變電站、計算機監控系統、送電分配系統、網絡覆蓋系統等多個環節的綜合協調和控制，它是電力行業發展的重要方向和趨勢，在電力行業的健康與持續發展中具有十分重要的作用和意義。

1.2 電力系統自動化的發展趨勢

當前，我國電力系統的自動化控制技術應用正向著控制策略的最優化與智能化、控制手段上逐漸實現微型機與遠程通信、電力電子器件等增加應用、理論工具以現代控制理論為主、設計上逐漸面向多機系統模型以及多工種聯合等方向發展和變化[2]。在電力系統的自動化控制技術應用與發展推動下，電力系統自動化的建設和發展，也呈現出從高電壓等級逐漸低電壓等級擴展，以及從單元件逐漸向部分區域與全系統發展、從開環數據傳送向主動閉環控制變化、從單一的功能結構向著多功能方向轉變等趨勢，并且在電力系統自動化建設與發展的目標上，也逐漸向著智能化、最優化以及協調化的方向發展，其自動化裝置的性能也逐漸從傳統型向著數字化和靈活化、速度化方向轉變，各種性能優勢更加突出。

尤其是在計算機科學與控制技術、通信技術等現代技術的發展應用下，逐漸促進現代電力系統向著一個較為統一的整體方向轉變，并隨著電力系統自動化發展的不斷深化，使其在電力系統運行管理中進行處理的信息量以及能夠控制的范圍也越來越大，而進行電力系統自動化建設中需進行考慮的因素也不斷增多[3]，對電力系統自動化建設與發展的影響逐漸擴大，這也是當前電力系統自動化建設與發展中需要考慮的重要問題。

2 電力系統自動化發展的新技術及應用分析

結合當前我國電力系統自動化建設與發展的實際情況，對電力系統自動化發展中的新技術及其應用，可從智能控制技術以及柔性交流輸電與配電技術、基于GPS 的動態安全監控技術系統等方面進行分析。

2.1 智能控制技術的應用與發展分析

結合電力系統自動化發展的具體情況，在電力系統的自動控制技術的具體應用和發展過程中，主要經歷了以傳遞函數為基礎的單輸入、單輸出控制時期以及線性最優控制、非線性控制與系統協調控制時期、智能控制時期等多個不同發展時期。其中，智能控制技術的應用及其對電力系統自動化發展的促進作用，也是電力系統自動化發展在智能控制時期的突出表現。

值得注意的是，智能控制技術在電力系統自動化中的應用，當前面臨著一個較為嚴峻的問題，即由于電力系統本身的動態性大系統特征，導致其在具體運行和管理中存在較強的非線性以及變參數等特征，而且電力系統自動化的未來建設與發展中，對智能控制技術的應用不僅具有較為廣闊的應用和發展前景，而且在一些新型電力系統工程中，智能控制技術能夠在基于人工神經網絡的勵磁以及電掣動、開關綜合控制系統結構、新型的多級系統靜止無功發生器控制等領域實現具體應用[4]，從而對電力系統自動化發展起到十分積極的推動影響。

2.2 柔性交流輸電與配電技術及其應用

柔性交流輸電與配電技術及其在電力系統自動化中應用，需要先從柔性交流輸電技術及其概念的提出進行分析。隨著電力系統的建設與發展完善，對更加先進的輸配電技術研究和應用，在實際工程中越來越迫切。

在這種情況下，為促進電力系統的電壓質量提升并確保電力系統運行中的穩定性，就逐漸提出了一種能夠對傳統輸電能力進行改變的新技術，即柔性交流輸電技術。其中，柔性交流輸電技術也被稱為靈活交流輸電技術、即FACTS。它是通過在輸電系統的關鍵位置，利用單獨的或具有綜合功能的電力電子裝置來實現輸電系統運行的主要參數調節，從而對電力系統的運行與調節進行管理，提高電力系統輸電運行的可靠性，使其在電網運行中具有更高的可控性和運行管理效率。

此外，柔性交流輸電技術在電力系統自動化中應用，通過對電力電子及微機處理、控制等現代化高新技術的應用，來確保整個高壓輸電系統在具體運行中不僅具有較高的可靠性與可控性，且其運行輸送的電能質量及整體性能均較顯著，對電力企業的綜合效益提升及電能輸送的有效節約和控制提供良好的支持。

值得注意的是，柔性交流輸電技術在電力系統自動化發展中應用，是以ASVG 這一技術核心裝置的研究和發展為重要的基礎支持[5]。其中，柔性交流輸電技術在電力系統自動化建設與發展中應用，其有關技術系統中存在著一個相同的特征，即利用逆變器的逆變作用與大功率電力電子器件開關的瞬間切換功能，來實現其技術系統的有關功能支持和結構完善。而ASVG 本身是一種新型靜止無功發生器，不僅結構較為簡單，而且對柔性交流輸電技術的核心功能進行有效引入引用，采用并聯電容器與二項逆變器實現其結構設計，同時保持其三相輸出電壓相一致。

對ASVG 在電力系統自動化發展中的應用及其特征優勢，可從三方面進行簡單概括：能夠在系統正常運行情況下對其電壓進行校正，并且在系統運行發生電壓故障時對其恢復階段的電壓進行穩定，從而發揮其本身對電力系統的較強電壓控制能力；ASVG 本身不屬于機械設備，在運行過程中不會存在機械慣性以及機械損傷、噪聲等情況，而且其進行電壓調節的范圍更大，同時具有更加敏捷的反應速度；ASVG 在電力系統自動化中應用，還能夠針對網絡中的暫態進行反應，并對網絡穩態變化進行及時、快速的響應，具有更加突出的控制力，應用優勢也更顯著。

除柔性交流輸電技術外，電力系統自動化發展中對柔性交流配電技術的研究和應用，是在高新技術與信息化發展的推動下，隨著電力用戶對供電質量以及供電運行可靠性的要求不斷提升，同時受電力系統中電器設備的運行使用及壽命狀況，與電力系統供電運行的可靠性和穩定性有著密切的關系，因此，為滿足信息時代的電能質量要求就提出柔性交流配電技術，以通過對該技術的應用，在實現供電質量的各種問題影響綜合解決基礎上，促進各種新型電力電子控制器在配電網以及更多商業用戶中的應用。

2.3 基于GPS 的動態安全監控技術系統

現階段，我國電力系統自動化的建設與發展中，所采用的電力監測系統是以電磁暫態過程中的故障狀態與波形數據記錄為主，同時對電力系統穩定運行下的監控數據以及樣本進行采集。值得注意的是，這種電力監測系統及其技術手段，在實際應用中，不僅具有記錄數據較為冗余、并且進行記錄的時間相對較短等問題，而各區間之間的信息交流也明顯不足，導致對系統的整體動態分析缺乏，在不同部位之間還缺少較為統一的時鐘信號，缺少對運行與記錄數據的統一性管理，使其在系統的整體動態狀況判斷與分析中作用不足。

針對上述情況，基于GPS 的動態安全監測技術系統逐漸在電力系統自動化發展中被提出和研究應用。其中，基于GPS 的動態安全監控系統是通過將動態安全監測系統和SCADA 進行完美結合，以實現包含中央信號處理機以及動態相量測量系統、通信系統、同步定時系統等四個不同結構部分組成的技術系統設計，從而利用GPS 光纖通信與同步相量測量技術，對電力系統運行中的準確當量控制需求進行滿足。

在基于GPS 的動態安全監控系統中，對相量測量技術和GPS 技術的結合運用，不僅促進了電力系統的實時控制與動態測試功能實現和發展，而且針對電力系統運行的負荷變化特點，并結合其系統運行的負荷變化規律，為自動控制電壓系統的設計和應用提供了更為可靠的保障和支持。

當前，在電力系統自動化發展中對新技術的研究和應用，是根據電力系統穩定運行能夠為人類的日常生活與生產開展提供更加充分的保障等實際情況，為滿足電力系統在人類日常生活與生產中的重要作用和需求，同時實現電力系統運行的供電可靠性保障，就需要在未來的技術研究與應用發展中，能夠實現電力系統中各電器設備的故障損耗最大化控制，這也是當前我國電力企業發展與電力系統運行中所面臨的首要任務。

此外，在電力系統運行過程中，通過電力系統中的動態監控裝置與功能設備，在實現電力系統中的電氣設備運行狀況準確判斷和全面分析基礎上，也能夠實現電力系統中電氣設備運行所存在的潛在故障及風險判斷，從而為電力系統運行中的電氣設備故障和問題預防提供良好的支持，推動我國電力系統自動化建設與發展，為我國電力事業的進一步提升提供更有利的支持。

3 結語

綜上所述，在我國電力事業發展的推動下，電力系統自動化經歷了一個相對較長的發展和變化過程。其中，電力系統自動化發展的初期階段整體發展表現緩慢，逐漸發展至中后期時，受計算機技術與信息技術、控制技術等各種現代化技術發展的影響，對電力系統自動化發展的速度進一步提升起到了十分積極的作用，并促進了各項技術之間的相互滲透與融合應用，使其逐漸向著國際化、規范化與標準化方向發展。在這種情況下，開展電力系統自動化發展研究，以促進電力系統自動化發展與市場經濟建設發展的同步提升，具有更加突出的積極作用和意義。