智能電網建設中電力工程技術的運用分析

張思良ZHANG Si-liang

（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，肇慶 526000）

0 引言

進入新時期以后，智能電網建設開始受到更多的關注，而基于電力行業發展的整體需求，傳統方式的智能電網建設方法已經逐漸難以滿足需求，如難以控制各階段的建設質量、未能發揮信息化技術的更大功效、建設成本難以實現良好控制等。基于此，為提升智能電網建設效率、質量，必須引入電力工程技術，進行智能電網建設統一規劃，給予政策、資金、資源支撐，分階段進行智能電網控制，依靠各項專業技術的融合應用，解決以上提出的相關問題，豐富智能電網功能，提升電網建設效果。

1 案例分析

以國內某智能電網建設為例，進行具體化分析，已知該智能電網配備有智能化的設備和系統，能夠自動調節電力質量，自動監測設備運行狀況，自動調整電流和電壓等參數，能在用電高峰時段釋放出約5 萬千瓦電力來“削峰填谷”。該智能變電站能夠有效地管理穩定電網，提高供電質量和可靠性。目前已經在廣州深圳小規模商用，并將在2021 年廣泛推廣至南網五省，規模千萬級以上，社會效益、經濟效益50 億元以上。

2 智能電網建設中電力工程技術的運用對策

探討電力工程技術在智能電網建設中的運用過程，可從發電、輸電、變電、配電、用電各個階段出發，明確電力工程技術的使用技巧。關注以下要點：

2.1 發電

智能電網建設中發電過程電力工程技術的應用，主要體現在煤種識別與選用上，關注以下要點：

①智能監測技術應用。引入煤質在線監測技術，靈活應用煤質快速分析儀、煤質在線檢測儀、煤炭近紅外光譜分析儀、煤質在線分析系統等，快速分析煤炭灰分、熱值、水分等指標，進行入廠煤、爐煤在線檢測，以此來精準預測各項煤種的使用效果，基于此調整磨煤機細度、出口溫度等，設置各類設備運行參數，提升運行效率、節約能源。

②資產管理系統應用，該項系統是以發電設備的運行和維修管理為主要對象的一套綜合性的電廠生產管理系統。包括以下功能項：基本系統、電廠數據、維修管理、運行管理、備品備件管理、文檔資料管理等，各類功能相互關聯、滲透，貫穿電力生產、維修整個過程，可實現對各類資產、資源的整體化協調、管理，達到減少不必要資源浪費、提升發電效率的目的。

③應用過程優化。將煤量分配方案、風門開度、氧氣量等參數輸入智能系統，進行智能建模，獲取發電機組燃燒模型，引入免疫遺傳、非線性規劃技術等，優化模型應用過程，得到最佳參數，提升燃燒效果。此外可結合具體的模型機組，包括辦公樓、（草皮綠化，道路、路燈等）燃料部分、鍋爐、煙氣處理、汽輪機、發電機（燃運系統，鍋爐系統，煙氣系統，汽輪發電系統，總電源、五個控制開關）等，模型包括：鍋爐、汽機廠房、制粉、除塵煙囪、升壓站等幾大部分。將電廠的汽、水、風、粉、電幾大系統的設備，管道以及設施等實際布置情況形象地做出。各系統不同的設備、管道等分別用規定的顏色表示，主要設備用燈光顯示，工質流動方向用箭頭指示，進行發電機組發電過程的全程，判斷其中可能出現的參數誤差、缺漏等，調整生產進程，以此來提升發電效率。

2.2 輸電

①智能技術應用。1）引入柔性交流輸電技術，實現智能電網、清潔能源融合，增強電力輸送清潔程度；此外還可與通信技術融合使用，提升對智能電網中相關參數的掌握程度，靈活調節各項運行參數，在發現異常數據時及時處理，提升輸電過程的安全可靠性[1-2]。2）高壓電流輸電技術應用，在進行柔性電流輸送時，可將損耗降低到1%以下，靈活迅速，不需要交流側提供無功，有功無功獨立控制，起STATCOM（靜止同步補償）作用。若容量允許，還可向故障系統提供有功、無功功率緊急支援，提高系統電壓的穩定性。

②智能系統應用。通過電力工程技術、計算機網絡技術等，實現對電力系統的智能化管理。就目前來說，電力系統包括風險評估、資產管理、運營要求等內容，就垂直方向分析，包括信息、分析、決策三個模塊，引入運檢系統，對接智能電網管理系統，其動態信息搜集與分析、壽命模型、風險分析、決策檢修、經濟技術分析等功能項可在智能電網中形成完整的閉環管理鏈[3]。在實際應用管理中，控制電力傳輸線路運行過程，引入基于積累的Miner 損失判據展開評估，給出詳細計算結果，如表1 所示，為某智能輸電系統輸電塔疲勞累積損傷估算結果，可依據該結果調整輸電策略，降低損耗。

表1 輸電塔疲勞累積損傷估算表

2.3 變電

①智能電氣變壓器技術。該項技術是基于電場分析進行電勢平衡，完成后續的測量、變換過程，如常規LPCT 型電感變壓器，圍繞環狀微晶鐵心纏繞兩組線圈，分別形成一次繞組、二次繞組，其中前者連接一次電路，后者用于線圈測量，進行特定測試時，可按照式（1）計算基于磁位均衡的一次、二次繞組感應曲線。

其中I0、I1、I2分別表示勵磁電流、一次電流、二次電流，單位：A；N1、N2分別為一次、二次線圈匝數，單位：匝。因此高磁導心材料進行互感電流測量，磁場電流影響較小，可忽略不計，簡單地將上述計算過程視作一次電流、二次電流之間的線性關系，具體計算方法如式（2）所示：

其中K 指的是變化系數，以此來衡量電流變化情況，進行智能化電流轉換。

②智能變壓器技術。依靠各類智能變壓器實現對變電過程的自動化控制，實現電力工程技術、通信技術、傳感技術、電子電力技術等的融合使用，由通信運輸、基本部件、傳感采集、調節控制部件、主控單元等組成，對比普通變壓器來說，智能化程度大幅提升[4]。體現在：通過分布式或者集中式CPU、數據采集單元進行變電過程的智能管理、資源共享，并具備數據監控、故障報警、信息管理、狀態診斷與評估等高級功能。

③智能巡檢，對于變電站智能巡檢業務而言，變電站基本已實現關鍵設備及表計、關鍵作業區域等現場視頻監控設備安裝布設，但在巡檢方面大多仍以人力為主，效率低、效果差仍是主要問題，很多變電故障問題難以及時發現，容易引發事故，針對該種情況，引入智能巡檢機器人，結合變電站基本結構、運行模式、易發故障類型等提前規劃巡檢機器人巡檢路線、重點單位等，并實現以下功能：1）設備狀態實時監測，通過布置在變電站各處的巡檢機器人、移動式布控球、視頻監控攝像頭、單兵作業裝備等，對變電站保護壓板狀態、變電站二次開關設備狀態等展開24h 不間斷監測與智能識別，在出現異常狀況時發出告警信息。2）站端表計智能識別，進行溫度表、功率因數表、電流表、變壓器控制盤電壓表、計量盤無功電度表、高壓室低壓室溫度計等站端表計智能識別。3）環境智能實時監測，進行站內環境實時監測與分析，并通過5G、無線網絡等將各類數據傳輸到監控中心，以供運行人員進行智能分析。4）人員安全智能評估：對站內人員展開實時監控，在出現人員倒地、受到電擊、灼傷等事故時進行安全狀態評估，及時聯系其他人員進行協助。5）安全作業監控：進行人員違章管控、進出車輛識別、出入口管控；搭建電子虛擬圍欄，展開區域防護，在有其他人員進入后發出告警信息。

2.4 配電

①降低配電過程網損。配電過程中多會因配電站或者變電站中的相關工作原因造成各類電能損耗，如電磁輻射、變壓器主體損耗、母體與各連接點阻抗等，為降低網損，引入電力工程技術，給出網損最小化目標，按照式（3）計算：

其中minf1（）指的是配電網損最小值；M 指的是配電支路數量，Pj、Qj、Vj分別指的是支路j 末端通過有功功率、無功功率、節點電壓；Kj、rj則表示j 支路中測量出的狀態變量、電阻值，并用O、I 表示支路“打開”“閉合”按照上述計算方式可得到配電各個階段的網損實際情況，以此來靈活調節各個支路的功率、電壓、啟閉狀態等，最大程度地降低網損，提升配電效益。

②減少開關操作數量。智能電網建設的最終目標是實現整個電網的自動化、智能化運行，因此在配電過程中，應靈活應用電力工程技術，減少開關操作數量，直至實現最終的全過程智能化操作，減少人為參與過程，提升智能化程度。在配電設計時，可按照式（4）計算：

其中f2（）指的是配電處于狀態下時操作開關次數，M 指的是配電支路數量，Si表示開關狀態為“此時刻”，Soi表示開關狀態為“初始”，結合計算結果，確定不同狀態下需操作的開關次數，以圖表形式呈現，如此可在配電時將狀態維持在圖表低谷，即操作開關次數最少處，提升電網配電過程智能化程度。

③為減少非故障停電區域數量，需要結合配電過程中的諸多因素，如配電長度、復雜程度、配電設備、技術實力、外部因素等，最低限度地減少電力供應地區，保證各區域內電力供應的持續性、穩定性、安全性。以交換機調節為例，實際配電設計時，可結合以上探究過程，用minf3（）表示區域內最小斷電面積，其中表示交換器其中一個狀態食量，用式（5）表示，f3（）則表示開關在此狀態下的非故障停電區總量，以此來衡量此時的配電情況，智能化調節交換機狀態。

④保持負荷平衡，根據用電負荷的大小和變化，及時調整發電機組的出力，使電網總負荷和總發電量保持平衡，以此來避免電力不足或者冗余的情況出現，規避不必要的經濟損失、資源浪費，且能為用戶提供一個相對穩定的、持續的用電環境。在實際配電設計中，靈活應用電力工程技術，監控、提取各設備數量、承擔負荷量、允許承擔最大負荷值等，以此來保持負荷平衡。可按照式（6）展開計算：

其中N 代表配電設備數量，單位：個；Si代表設備承擔負荷量，單位：kW·h；Smax代表設備所能承擔最大負荷量，單位：kW·h。結合計算結果，確定各個區域所需配備的設備數量，節省成本、優化整個配電結構。

⑤保持可持續供電，需考慮在各個階段因外部因素而造成配電過程中斷時恢復供電的最大可能性，這需結合支路負荷、負荷最大允許數值、支路長度等參數來進行綜合考慮。可按照式（7）計算：

其中Si指的是支路負荷，單位：kW·h；Smax指的是支路可承載最大負荷值，單位：kW·h；Li代表支路長度，單位m；N 代表支路整體數量。結合上述計算過程，設置各項參數指標，并在配電過程中結合實際情況加以調整，以此來提升智能電網整體的可持續配電能力，發揮電力工程技術最大價值。

⑥其他，除了上述配電智能建設途徑外，還需關注到其他有效方法，如：進行電力產品智能測控，智能測控類產品涵蓋多功能電力儀表、多回路電力儀表、導軌式安裝電能表、電動機保護控制器、數顯電測儀表、電測量變送器、通信網關、互感器等，用于實現變配電系統的數據采集與集中監控管理，確保配電質量合格。還需注意電能質量管理，可靈活利用源濾波器、靜止無功發生器、智能低壓電力電容等，用于諧波綜合治理、補償無功功率、提高功率因數，提升配電質量。

2.5 用電

①智能系統應用。在用電回路上裝設智能終端監控設備，采集線路各個階段的運行數據，通過電力工程技術進行數據分類、分析、總結，對比系統預設安全閾值，在運行數據超出安全閾值時，發出刺耳的警報聲，以此來提醒可能出現的火災問題，并指導安全人員及時截停這一不安全的變化過程，讓線路回歸正常，也就截斷了電氣火災發生根源，避免災害發生[5]。

②智能app 應用。在用電過程中引入各種智能app，輔助用戶整個用電過程，用戶通過手機號、微信、QQ 登錄，遠程設置、查詢、遙控或定時開關，自動完成漏電保護，功能自檢、分線路用電計量、故障實時報警等，避免出現因操作不當而引發危險的現象。

3 應用效果分析

綜合分析電力工程技術的應用過程，取得了以下實效：安全方面，智能監測技術的應用，預防了可能出現的安全事故，保證了智能電網建設過程的持續性；質量方面，各類智能系統、計算技術的應用，提升了智能電網建設的精準度，減少了誤差，避免出現頻繁返修的問題；經濟方面，大幅度降低智能電網建設成本開支，保持順利完工。

4 結論

綜上，文章就智能電網建設中電力工程技術的運用對策展開了重點分析，從發電、輸電、變電、配電、用電五個階段進行了論證研究，得出可靠結論：經過電力工程技術的靈活應用，一定程度上為智能電網建設提供了保障，且大幅度減少了電力在生產、運輸、應用等過程中的無端損耗，節約資源的同時，為電力企業創造了更大的經濟效益。