電力系統及其自動化的發展方向研究

張明君

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

電力系統自動化隨著現代工業的發展和電力生產的要求逐步發展起來。目前，我國電力系統的自動化程度較低，大部分區域仍處于初級階段，主要表現為電網結構不合理、運行方式落后以及設備老化嚴重等。因此，在新的歷史時期，應充分認識到實現我國現代化建設目標需要依靠先進的科學技術，而現代化的電力系統建立是其中重要的組成部分，需進一步深化對現代電力系統的認識，把握其發展規律，明確其發展方向。

1 電力系統自動化的重要性

自動化是電力系統發展的必然趨勢。隨著電力工業的快速發展，電力系統運行方式也發生了巨大變化，從傳統的人工操作、人工控制，到現在的計算機監控和自動調節，實現了由人力向智能化的轉變。因此，實現電力系統的智能化，提高電網運行的穩定性和安全性已成為當前我國電力發展面臨的重要任務之一。

電力系統自動化的重要性包括以下幾點。一是降低故障率，提高供電可靠性。采用先進的自動化技術可有效減少停電時間，縮短恢復時間。二是減少投資，節約資源。近年來，我國的經濟發展迅速，對用電需求量不斷增加，但電源建設卻相對滯后。在這種情況下，如果繼續按照傳統的建設模式進行大規模電源建設，則將給國民經濟帶來巨大的負擔。三是支持電力市場化能源轉型。電力系統自動化可以支持電力市場化和能源轉型，為電力市場的交易和電力清潔能源的接入提供了技術支持和保障[1]。

2 電力系統概述

2.1 電力系統的組成

電力系統由多個不同的組件和設備組成，設備之間相互作用，具體如下：（1）發電設備，是電力系統的核心組成部分，包括各種類型的發電機、變壓器、逆變器等，用于將化石能源、可再生能源等轉換為電能；（2）輸電設備，主要包括各種類型的輸電線路、變電站等，用于將發電設備產生的電能輸送到用戶端；（3）配電設備，包括各種類型的配電變壓器、開關設備、電纜等，用于將輸電線路輸送到用戶終端，并進行電能的分配和管理；（4）用戶設備，包括各種類型的用電設備，如電燈、電視、空調、電腦等，用于將電能轉換為各種形式的能量，提供生產、生活、娛樂等各種服務；（5）控制設備，主要包括各種類型的自動化控制、監測和保護設備，用于對電力系統的各個環節進行實時監測、控制與調度，保障電力系統的安全穩定運行；（6）通信設備，包括各種類型的通信線路、通信設備等，用于實現電力系統內部和外部的信息交流與數據傳輸；（7）輔助設備，主要包括各種類型的電池、發電機組、照明設備等，用于保障電力系統的備用電源和應急電源等[2]。

2.2 電力系統的作用

電力系統是現代社會的重要基礎設施之一，其主要功能是將各種能源轉換為電能，為社會經濟的發展提供了重要的能源支持；電力系統是將各種能源轉換為電能的重要手段，通過發電、輸電、配電等環節，將電能輸送到用戶終端，為工業、農業、商業、家庭等各個領域提供了必要的能源支持；電力系統為社會提供了各種生產、生活、娛樂等服務所必需的電能，提高了社會生活的質量和經濟效益；電力系統支持可再生能源和清潔能源的接入與利用，推動能源轉型和環保事業的發展；電力系統的建設和運營促進了區域經濟和社會的發展，提高了能源產業和相關產業的效益及貢獻。此外，電力系統是國家能源安全的重要組成部分，保障國家能源安全是電力系統的重要使命和責任。由此可見，加強電力系統的建設可以保證人們生產生活的電能需求、提升社會的經濟效益、推動環保事業的可持續發展。

3 電力系統自動化技術的發展現狀

目前，我國電力系統及其自動化發展迅速，但總的來看仍然存在一些不足。其一是設備的專業水平有待提高。雖然我國的電力系統自動化已經有了顯著提高，但是相比于其他發達國家，仍然存在著極大的上升空間，具體表現在電力系統的穩定性不高，容易受到外界因素的影響。例如，電力系統的核心裝置變壓器，它在電力系統的運行中發揮著重要的作用，但是如果變壓器在運行時受到惡劣天氣、人工等因素的影響，容易出現短路、異常響聲、燒毀等故障問題，嚴重危害電力系統的穩定運行。其二是電氣化設備較為落后，特別是偏僻鄉村地區，其設備年久失修、故障率極高。其三是電力系統的安全性不高。由于我國城鄉經濟發展不同、教育水平不均衡，導致部分地區電力經營者的專業知識匱乏、技能水平較低，在進行電力系統運行與維護時往往會采取不規范的操作，存在著較大的安全隱患。電力相關從業者應加強對這些方面的重視，以長遠的角度去看待，采取科學的手段去創新和優化自動化技術[3]。

4 電力系統自動化的發展方向

4.1 服務愈發人性化

隨著科技的不斷進步和經濟的發展，人們對生活質量的要求也在不斷提高，電力系統自動化的服務已經不再是簡單的機器控制和數據處理，而是更加注重與人的互動和用戶需求緊密結合，其服務方式正朝著人性化方向發展。

一方面，在電力系統自動化服務中，人性化的設計已經成為一個重要的點。例如，在電力系統監測和控制方面，采用了直觀易懂的用戶界面，幫助用戶快速了解電力系統的運行狀態和異常情況，并提供智能化的預警和處理功能，提高了電力系統的安全性和穩定性。另一方面，在電力系統自動化服務中，用戶需求的考慮也越來越重要。例如，以LifeSmart 云起、UIOT 超級智慧家、小愛同學為代表的智能家居領域，其服務已經開始關注用戶的生活習慣和需求，為用戶提供個性化的能源管理與控制方案，滿足用戶對舒適、便捷、節能、高效以及安全的要求[4]。此外，電力系統自動化服務也開始融合人工智能、大數據、云計算等前沿技術，打造專家系統控制技術、網上國電App 等，以更高效、智能、便捷的方式服務用戶，可以讓客戶隨時隨地享受全業務的線上服務，真正實現科技與人性的完美結合。

4.2 操作愈發簡單化

由于隨著電力系統變得越來越復雜，操作人員需要具備更高的專業技能和經驗才能夠有效管理和操作電力系統。而自動化技術的發展可以通過減少人工干預、降低系統復雜性等方式來簡化操作，提高系統的可靠性和穩定性。

具體來說，電力系統自動化的發展方向趨向于以下幾個方面：（1）基于數據的智能化和自動化，通過采集和分析大量的實時數據，實現對電力系統的智能化和自動化控制；（2）云端智能化控制，利用云計算技術，將電力系統的控制中心移至云端，實現對電力系統的全局管理和控制；（3）物聯網技術的應用，通過將各個設備、傳感器等連接在一起，實現對電力系統的實時監控和控制；（4）自主學習的自適應控制，通過機器學習和人工智能等技術，實現電力系統的自主學習和自適應控制，減少人工干預?？偟膩碚f，電力系統自動化的趨勢是朝著更加智能化、自動化、簡單化的方向發展，以提高系統的可靠性和穩定性，同時降低運行成本，如開關柜的投退。隨著智能電表和微網技術的不斷發展，用戶側變電所內的斷路器數量不斷減少，目前已經基本實現單母線接線。因此，開關柜內斷路器數量越來越少，而且隨著智能電表的普及，用戶側變電所內僅需安裝一塊主令電器。所以可以對開關柜內部進行精簡，只保留必要的繼保裝置及測量儀表，其他控制回路全部取消，以此來簡化操作的流程，提升電力系統運行的穩定。

4.3 愈發高效化

隨著電力系統的規模不斷擴大，傳統的手動操作已經無法滿足電力系統的運行和管理需求。因此，電力系統自動化需要更高效的方式來管理和運行電力系統。電力系統自動化的高效發展不僅可以減少人工干預，降低了人為錯誤的可能性，提高了系統的可靠性和穩定性，還能夠有效降低運行成本和管理成本，提高電力系統的經濟效益。

（1）通過對電力系統的實時監測和控制，可以快速識別與解決存在的故障問題，提高系統的穩定性和可靠性。（2）利用智能技術對電力系統的數據進行詳細分析和預測，能夠更好地掌握電力負荷的情況，實現更加精細化的調度管理，提高系統的效率和穩定性。（3）自動化技術在電力系統的運用和維護可以減少人工不良操作的影響，降低人工的浪費，提高系統的可靠性和穩定性，同時降低運行成本和管理成本。（4）通過應用人工智能等技術，實現電力系統的智能化決策支持，幫助系統管理人員更好地制定決策，提高決策的準確性和效率。（5）通過對電力系統各個子系統的集成管理，實現系統的高效運行，如將電力系統的調度、運行、維護等多個子系統進行集成，可以實現更加高效的電力系統管理[5]?？偟膩碚f，電力系統自動化的高效發展需要依靠先進的技術手段，如實時監控和控制、數據分析和預測、自動化運行和維護、智能化決策支持和集成化管理等。這些技術的應用可以提高電力系統的效率、穩定性以及可靠性，同時降低運行成本和管理成本。

4.4 愈發小型化和遠程化

隨著互聯網技術的發展，電力系統的控制中心可以通過網絡遠程實現對電力系統的監控和控制。這種方式不僅可以實現對電力系統的全局掌控與管理，還可以有效降低人工干預和管理成本。傳統的電力系統控制設備通常體積龐大、質量重，導致大量的空間和資源被占用。而現在的控制設備體積小、質量輕，可以在空間有限的環境中進行安裝和部署，降低了系統的占地面積與運行成本。因此，小型化和遠程化是未來電力系統發展的主要方向之一。

電力系統自動化技術的發展，可以實現對電力系統的自動化控制，減少了人工干預的需求，從而提高了系統的可靠性和穩定性。而便攜式電力系統控制設備的出現，可以實現對電力系統的便捷管理與控制，同時提高了設備的可靠性和靈活性。要使電力系統更加小型化和遠程化，可以采取以下措施：首先，通過將電力系統的控制中心移至云端，可以實現對電力系統的全局管理和控制，從而達到遠程化的目的；其次，通過將各個設備、傳感器等連接在一起，在數據傳輸的基礎上實現實時監控與控制，并將這些數據上傳到云端，可以實現電力系統的遠程化控制；再次，采用先進的自動化控制技術，如基于人工智能和機器學習的自動化控制技術，可以實現對電力系統的自動化控制，減少了人工干預的需求，從而提高了系統的可靠性和穩定性；最后，傳感器技術的不斷發展可以實現對電力系統的精細化監控，通過對電力系統各個環節的快速、準確監控與控制，可以最大限度地提高系統的效率和穩定性。此外，模塊化設計的電力系統控制設備可以更加輕便、小型化，并且容易組裝和維護。這種設計可以提高設備的可靠性和靈活性，同時可以降低運行成本。

5 結 論

電力系統規模的不斷擴大和電力負荷的不斷增加，使電力系統自動化需要更加高效和智能的方式來管理與運行。為此，電力系統自動化的發展趨向于小型化、遠程化以及高效化方向。在這個過程中，各種新技術的應用，如云計算、物聯網、自動化控制技術、傳感器技術和人工智能等，不斷推動著電力系統自動化的發展，提高了電力系統的可靠性、穩定性等，降低了運行成本和管理成本。