電力系統信息處理自動化技術發展探究

王成啟

（青島遠洋船員職業學院 山東 青島 266071）

0 引言

隨著社會經濟的快速發展和生產水平的不斷提升，生產生活中的信息量呈現爆炸式增長。通過信息處理技術，日常生產生活中產生的大量無序信息可以得到有效的整合和處理，從而形成有效信息，方便用戶的使用。因此信息處理技術是現代社會生活能夠正常進行的重要保證。信息處理技術廣泛應用在工業生產、日常辦公和居家生活等各個領域。在電力領域，為了保證電能供給的穩定性和安全性，電力系統在各個生產環節需要具備相應的信息監控與管理功能，對電能的生產和供應進行測量、調控、調度、保護和通信等。由于電力系統的結構設計復雜，涉及流程繁多，因此對信息處理的能力有較高要求。

在現今自動控制技術、計算機技術和先進通信技術等諸多新興技術的推動下，信息處理技術在電力系統中的應用已逐漸從人工處理向自動化、智能化方向轉變[1]。信息處理自動化技術在電力系統中已有實時在線監測系統、B/S 結構辦公軟件、大數據與云計算技術三大應用方向。實時在線監測系統實現了電力系統設備的集成化監控操作；B/S 結構辦公軟件顯著提升了信息處理質量；大數據與云計算技術推動了信息共享的進程。但目前信息處理系統的設計仍存在問題，自動化程度仍然較低。本文首先闡述了信息處理自動化技術的概念，隨后分析了信息處理自動化技術在電力系統中的重要性，并著重探究了上述三大應用技術，分析了未來發展趨勢，對加強電力系統信息處理能力，全面推進電力系統向高度智能化轉變有著深刻意義。

1 信息處理自動化技術

文字、聲音、圖像和場景等各類數據內容統稱為信息。信息處理技術是指獲取數據、加工數據并發布數據的過程?，F代信息處理技術通過信息處理系統實現。信息處理系統是以計算機硬件為核心，結合了信息采集模塊、存儲模塊、處理模塊和圖形可視化模塊等多種組件的綜合性系統[2]。信息處理系統一般包括信息輸入層、信息處理層和信息輸出層三個部分。圖1展示了信息處理系統的工作流程圖。

圖1 信息處理系統的工作流程

自動化技術是以控制理論和計算機技術為基礎的綜合性技術，廣泛用于工業生產、日常辦公和居家生活等各個領域。特別是在工業生產中，設備的控制和調度具有高度危險性、高度重復性和高頻率性，依靠傳統人工操作，容易威脅工作人員的人身安全，同時容易出現失誤引起安全事故。另外，產生的人力資源浪費也不利于工廠生產的可持續性發展。因此，借助自動化技術，工廠內設備的管理、運行與監測工作可以由機械和電子元件自動完成，從而取代人工操作，將人類員工從繁雜、危險、重復的勞動中解放出來。自動化技術的應用，有效提高了工業生產的工作效率，極大程度上節省了人力和材料資源，同時保證了生產質量和準確度。

信息處理技術通過采集模塊獲取數據，經過計算機設備加工數據并發布。在信息處理的完整過程中，需要依賴人工進行設備的啟停、指令的輸入和最終結果的交互。隨著信息量的爆炸式增長和對信息處理要求的越來越高，引入自動化技術是其必然的發展方向。

信息技術與自動化技術相結合，形成信息處理自動化技術。不同于傳統自動化設備采取閉環控制等方式，以某一特定環境變量為參考，自動執行動作，信息自動化更多的是利用編程技術，使用計算機指令創建重復的過程，從而取代工作人員的手動部署任務[4]。

自動化技術還可以應用在信息處理的各個階段，從而提高效率。在信息的采集與轉換階段，可以通過自動化設置，使系統對特定狀況進行自動的采集動作，從而避免了不間斷采集造成的數據量冗雜，或人工操作帶來的不便。信息處理階段可以借助自動化輔助檢測，達到簡化處理過程、提高處理效率的目的。信息輸出階段，可以通過自動化技術聯動被控設備，實現針對不同場景的自動操作。自動化技術在信息處理系統中的合理應用，可以實現對數據科學、系統地統籌管理，減少人工參與程度，從而節省資源，同時提高信息處理質量。

2 信息處理自動化在電力系統中的意義

電力系統是一套由電能生產，傳輸和分配設備、電力調節控制設備、相關保護裝置及附件組成的綜合性系統。電力系統包含發電、供電、用電和調配等環節，承擔了電能從產生到消費的完整過程。同時，電力系統在電能生產和消費的各個環節中還要發揮相應的負荷測量、系統調節與控制、跨系統通信與調度功能，從而保證電能供應流程的完整性和安全性。電力系統的誕生與推廣，大大降低了電能的管理難度，改善了傳統電能設備投資高、分布不合理的現象，使電能生產與消費流程更加統一，供給更加高效，使用更加方便，推動電能成為目前人類社會中最常用的能源之一。

圖2展示了電力系統的基本結構和工作流程。現代電力系統由三部分構成：電源、電力網絡和負載。電源是產生電能的裝置，一般由發電站及配套設施構成，它可以將自然界中的一次能源（太陽輻射能、煤礦、石油和天然氣等自然界中未經人工加工轉換的能源）轉化為發電機旋轉的機械能，進而產生電能。電力網絡包括升壓變壓器、輸電電纜和配電線路，它負責將電源產生的電能傳輸至遠方的用戶終端，為了減小電能在傳輸過程中的損失，電力網絡會先提高電能的電壓等級，到終端附近后再由配電網絡降低至可用電壓，并智能分配到各個用戶。負載是終端電能用戶的統稱，包括工廠生產用電、公共設施用電和居民生活用電等一系列電能消費對象。

圖2 電力系統的基本結構和工作流程

由于現代社會的快速發展，人口分布越來越廣泛，單位區域內電能用戶越來越密集，因此電力系統網絡也越來越復雜。電力系統網絡往往包含成百上千個節點，電流、電壓和諧波信號在整個系統內傳播；同時，時間、空間的差異也使電能負載不斷變化，為電網傳輸帶來諸多壓力。因此，電力系統需要配備相應的信息處理系統，針對電能生產和消費過程中可能出現的各類狀況，實時收集并處理數據，作為自動控制系統和保護裝置的決策依據。同時，信息處理系統還可以將相關數據分享至分站和子節點，實現協同工作，從而保證所有環節均處于正常工作狀態。

電力系統中需要信息處理技術支持的場合較為廣泛，涉及廣泛電能產生、傳輸和分配的完整過程[3]。在電能生產部分，系統需要收集一次能源供給情況、電能需求情況和發電設備運行狀況等各項信息，合理控制發電裝置的啟停；電能傳輸和分配過程中，信息處理系統需要采集當前用電負荷，從而預測短期內變化趨勢，并通過通信設備傳達至各個節點，實現電能的智能分配；同時，電力系統所使用的各類設備也需要信息處理系統進行監控，從而確保系統的正常運行。因此，電力系統信息處理涉及電力供給的方方面面，對高質量輸電工作有著重要影響。

3 信息處理自動化技術在電力系統中的應用

針對電力系統設備繁雜、分布廣泛、數據量大的特點，信息處理自動化技術的合理運用可以有效緩解電力系統的管理壓力，提升信息處理質量。目前，已有企業和單位探究信息處理自動化技術在電力系統中的應用場景。具體而言，電力系統信息處理自動化技術的應用體現在加快數據處理速度、提高信息傳輸效率和規范工作流程等方面，相關應用技術涉及實時在線監測系統、B/S 結構辦公軟件、大數據與云計算技術等。

3.1 實時在線監測系統

實時在線監測系統融合了信息處理技術和自動化技術，同時融合了計算機技術、通信技術等技術作為輔助。實時在線監測系統的硬件部分由PLC、數據采集模塊和無線通信模塊構成，軟件部分包括實時數據庫、云端存儲和人機交互界面[5]。實時在線監測系統可以廣泛應用于電力系統的設備運行狀態監控、電力負荷監控及環境監控等方面。以設備運行狀態監控為例，實時在線監測系統通過預先設定的環境變量，自動開啟數據采集設備，實時讀取電力設備的工作數據，并通過通信模塊將數據傳輸至遠程終端。遠程終端隨后自動開始數據處理，從而掌握設備的運行狀態。終端以經過處理的數據為依據進行決策，自動發送命令到相關控制設備，實現對被監測設備的遠程自動化控制。同時，數據還將同步至云端數據庫進行存儲，并在人機界面實時顯示，方便用戶查看。

實時在線監測系統可以用于電力系統中的多種任務，包括事件管理、程序部署和安全檢查。事件管理是指采取信息自動化技術，預測工作中可能出現的狀況，并在事件發生時執行相應處理動作，從而減少或避免突發狀況對工作造成的損害；程序部署是指使系統自動進行基本任務和功能，尤其是軟件部分的自動設計、測試與運行，可以顯著減少人為錯誤，提高系統工作效率；安全檢查是指通過自動化步驟分析風險隱患，修復安全問題，從而確保工作流程更簡潔。

3.2 B/S 結構辦公軟件

B/S 結構，是瀏覽器/服務器模式的簡稱，是一種新型的網絡結構模式。在互聯網技術興起后，信息全球化逐漸成為工業生產和辦公的發展方向，傳統的主機/終端模式無法滿足信息開放和共享的需求。因此，B/S 結構應運而生。它是一種改進的C/S 結構，包含三層架構：瀏覽器、Web 服務器和數據庫服務器。瀏覽器是提供人機互動的服務平臺，具有信息的輸入和輸出功能，面向全部范圍內的用戶；Web 服務器是軟件信息傳輸的中轉站，用戶對于數據的訪問請求會經過Web 匯總和分配后，再發送到終端數據庫；數據庫服務器是信息存儲的場所，將軟件收集到的所有數據有序存儲在服務器中，當收到Web 服務器的訪問請求后，會自動檢索并返回相關結果，隨后呈現給用戶。

基于B/S 結構的辦公軟件，是新型的信息處理方案。在電力系統的日常維護與辦公中，運用B/S 結構的辦公軟件可以實現快速、有效的網絡化辦公模式。工作人員通過瀏覽器即可實現系統相關數據的檢索、調用和傳輸，通過局域網和廣域網技術，可以實現信息在廠內、廠間的共享，從而更好地提升信息處理質量。

3.3 大數據與云計算技術

大數據技術結合了分布式存儲、數據庫技術、機器學習、可視化等新興技術，是未來數據采集和處理的發展方向之一。大數據技術非常善于統籌各類結構化和非結構化數據，將零散的信息整合到數據庫中，進行宏觀、綜合的分析。而云計算是一種借助網絡技術，將大型數據處理程序分解為多個小型程序進行計算的分布式計算技術。傳統大規模運算的計算量大、運算成本較高，因此不適合運用于對系統實時性要求較高的場合。云計算擁有較強的擴展性和資源調度能力，對數據資源的處理能力更加優異。

在電力系統中，其數據量龐大，信息冗雜，傳統信息處理自動化手段很難有效分類和處理。將大數據與云計算的優勢集成到電力信息系統中，可以有效應對繁雜的電力系統數據，滿足實時性需求。運用大數據技術，對海量數據和運行信息進行整理歸納，通過特定邏輯和程式進行篩選和清洗，快速獲得系統需要的結果。云計算提供的私有云技術可以針對不同電力系統搭建獨特的云計算平臺，提升數據專用性的同時保證了隱私性[6]。云計算的分布式特點也可以更好的統一不同系統間的標準，使電力系統的不同設備相互連通，實現數據共享。同時，利用Tableau、Qlikview 和SmallBI 等先進的數據可視化平臺，電力系統信息處理自動化技術可以更直觀地展示各類信息，方便指導人為決策。圖3展示了云計算與電力信息系統結合的一種架構。

圖3 電力信息系統與云計算架構

4 結語

電力系統作為電能生產和消費的重要系統，為社會發展和科技進步提供了基礎保障。隨著電力系統的信息化建設不斷發展，對電力系統信息處理自動化技術也提出了更多需求。復雜的結構、繁多的設備和爆炸式增長的數據量，使信息處理自動化技術面臨著更大挑戰。

雖然電力系統信息處理自動化技術已經有實際應用，但仍存在諸多問題。首先是智能化程度低，例如實時在線監測系統的數據處理部分仍采用傳統計算機方法進行分析，效率和準確度較低，控制邏輯采用經典控制理論，可控性較差；其次是兼容性不高，目前電力系統信息處理自動化技術的受控對象單一，針對不同應用場景需要開發不同軟硬件，不具備可移植性；最后是信息資源利用率低，電力系統結構復雜，體積龐大，因此信息量巨大，目前的信息處理自動化技術不能很好甄別信息的實用價值，因此不能有效篩選信息，造成資源浪費。

未來，電力系統信息處理自動化技術需要更多地結合新興科技。在硬件方面信息處理自動化系統要向著微型化、便攜化發展，運用集成電路技術，在減小體積的同時具有更高速度、更大容量和更多功能；算法方面，信息處理技術更多地與人工智能技術相結合，從而提高對數據分析的智能化程度，使決策更加科學合理。電力系統中的信息處理自動化技術要實現從自動化向智能化轉變，從而更好地提供數據分析和決策服務，保障電力系統安全穩定的工作。