試析電氣自動化技術在電力系統中的應用

上海電力股份有限公司羅涇燃機發電廠 王曉超

電力系統目前已廣泛應用于電力領域當中，其不僅可以在提高電力系統工作效率，更是降低了企業的成本投入。為直觀說明電力系統中電氣自動化技術的應用思路和要點，本文引入某地110/10/35kV 降壓變電站建設實例輔助闡述。

1 電氣自動化技術在電力系統中應用分析

電氣自動化仿真技術。在電力系統中應用電氣自動化仿真技術，可以保證電力系統檢索到較多信息及數據內容，使工作人員可以結合數據信息，完成數據模擬場景的構建。并且，仿真技術的操作控制技術能力較強，在系統運維期間若發生故障，操作者可運用實現對現實環境的仿真技術，利用分析、判定故障的方式，輔助電力系統運維，體現出其在電力行業中的現實意義[1]。

電氣自動化智能技術。隨著信息技術的不斷發展，云計算、大數據進入了人們的視野中，智能技術是各部門經研究得出的先進研究成果，智能技術可有效地控制復雜的非線性系統，提高電力系統的靈活能力，利用互聯網平臺和網絡信息技術能提高傳遞數據信息的速度，針對電力系統故障問題提出針對性的完善建議。除此之外，在電力系統中應用智能技術，也能幫助電力系統完善漏洞，未來發展前景明朗。

電氣自動化監控技術。工作人員將其應用于電力系統中，可實現對多渠道的監控，輔助操作者掌握系統運行狀態，使系統可以按照正常軌道有效運行。此技術可實時檢索電磁的故障信息，GPS 技術和SCADA 技術作為監控技術在應用期間的重點內容，其需要借助GPS 技術和SCADA 技術完成動態監控。

電氣自動化柔性交流電系統技術。柔性電流技術特指在電力系統中科學地分析和處理電力供應的主要環節，并運用對應技術及電子設備，實現對電力系統中參數的調節。ASVC 裝置是柔性交流技術的主要設備，該設備屬于靜止無功發生器。ASVC裝置在電力系統出現故障問題之后能第一時間調整，保障電壓穩定。同時，ASVC 裝置反應速度較快，也具備一定的電壓調節范圍，基于慣性和噪聲方面，該裝置發揮的作用比較明顯，所以在電力系統中應用頻次較多。

電氣自動化多項集成技術。此技術應用期間，工作人員須運用分開管理的方式，簡化電力系統的控制流程，在確保管理工作效率的同時，降低電力系統的運行成本。同時，工作人員可以運用多項集成技術，結合用戶之間的差異性，選用相應的技術手段，增加對電力系統的保護，來做出綜合管理與控制。多項集成技術不但能為施工、測試、設計等工作提供技術支撐，也能保障電力系統運行效率。收集相關數據顯示：對比傳統的系統來說，應用電氣自動化技術能間接提升電力系統運行的效益，讓其能夠維持在35%左右[2]。

2 電力系統中電氣自動化技術的重點應用領域分析

案例變電所進出線端電壓為110kV 線路1條、35kV 線路4條、10kV 線路5條，變電所供電過程中，主要由110kV 等級電網供電，經降壓轉換到10/35kV，然后再使用單母線分段，分別向用戶端完成供電。變電所總負荷為15000kV，包含三類負荷用戶7家，二類負荷用戶2家，供電方式采用電纜供電和架空供電兩類，預計年負荷增長率可達5%，設計規劃年限為10年。下文對自動化技術應用思路進行梳理闡述。

2.1 可編程控制器自動化技術的應用

可編程控制器英文縮寫為PLC，隨著技術的不斷發展，PLC 借助計算機技術應運而生，與計算機組成結構相似，PLC 也具有處理器，存儲器以及輸入與輸出設備，等等。其中，存儲器不但能對海量的數據信息加以存儲，也能對外發送和執行操作指令。在電力系統中，PLC 技術憑借其優勢得到了廣泛的應用，能對電力系統故障問題加以解決，在降低能耗的同時提高系統運行效率。

本次引入PLC 可編程邏輯控制功能，對電力系統設備進行遠程數據采集和指令控制，控制器內自帶有處理數據的功能，能夠參照特定的算法分析和處理數據，將計算的結果向其他設備傳輸，以此實現處理數據，控制系統的目的。PLC 自動化技術能對閉環過程加以控制。PLC 利用I／O 模塊，進行模擬量和數字量之間的不斷轉換，在管理和控制期間，對PID 沒有限制，PID 可以是專用的，也可以是子程序。電力系統存在順序控制和開關量控制兩種控制模式。據調查，我國大部分行業會應用開關量控制模式，此種模式要利用PLC 技術來實現。

2.2 狀態監測自動化技術的應用

采用狀態監測自動化技術采集配電網電壓、電流數據，搭配神經網絡技術進行故障識別和診斷。大量的神經元憑借某種方式連接組成神經網絡，神經網絡會在其連接權值上隱含較多信息，參照一定的計算方式對權值進行調節，保障神經網絡從m 維空間非線性映射到n 維空間。在神經網絡技術基礎上，還引入了模糊邏輯控制技術，雖然神經網絡和模糊技術都屬于人工智能技術的范疇，但模糊技術自身不具備學習功能，人工神經網絡具備學習功能，但無法對模糊的信息加以描述和處理，實踐中要結合兩項技術，有效地發揮控制作用。

而模糊邏輯中的函數范圍通常取值范圍是［0，1］，其中sigmoid 的非線性在電力系統中也占據至關重要的位置，使其能夠拓展到人工神經網絡領域當中，具有同等值域，所以其在規則以及算法方面可以運用最大的模糊算子，最小推理，可以將二者算法相融合，在模糊信息處理期間善用神經網絡技術，將人工神經元模型轉變為模糊神經元模型，利用隸屬函數來表示神經元突出的權重，轉變模糊神經元的輸出，將其變作模糊邏輯（見表1）[3]。

表1 模糊神經網絡基礎架構示意表

其中f（x）為輸入圖像；g（x）為卷積核；h（x）為卷積結果。模糊神經網絡基礎架構主要由五層神經元組建，單層神經元可表示模糊推理期間的某種含義。其中，第一層是神經元主要表示電壓偏差和無功偏差，其會不斷變化，為下一層增加輸入值。而第二層的神經元表示輸入信號中所隱藏的語言辭集。第三層神經元、第四層神經元代表模糊控制的規則。第五層神經元屬于輸入層，負責運算解模糊。在計算期間要結合變電站的實際運行情況來明確輸出值，并和理論期望值相對比，如誤差無法達到設定需求，則要進行反向傳播，按照原路徑反向傳回誤差的信號，同時也要對五個神經元權值進行修正，直到誤差符合設定需求。

為保障變電站自動化控制力度，可在神經網絡基礎上設計模糊控制器，步驟如下：結合經驗，初步設計常規的模糊控制器；按照上述規則明確連接神經網絡的方式和權值。

2.3 過電流保護自動化技術應用

電力系統中包含了諸多功能不一的核心設備類別，其運行安全性、穩定性直接影響電網效益。因此，本次還引進了過電流保護自動化技術，與配網狀態監測技術并用，能夠較好地提高故障預警效率和精確度。其中，變壓器設備中裝配了時間繼電器元件，可在較短時間內使二次側斷路器跳閘，當故障發生在35kV 線路上時，系統會直接切除故障，過流保護返回，變壓器繼續向10kV 線路供電，防止故障損壞上級設備。此外，各輸出、饋回線路主要使用隔離開關設備防護，能夠較好地提高系統應急處置能力。

本次110kV 側隔離開關選用了GW13-110/600型設備，極限通過電流峰值為55A，5s 熱穩定電流為14kA，能夠在0.06s 內完成合閘操作，在01s 內完成分閘操作，控制精準度極高。10kV 側和35kV 側分別采用GN2-10T/2000型隔離開關和GW5-35GD/1000型開關，設備均通過熱穩定性校驗，合閘、分閘響應時間與110kV 側隔離開關一致，均可以較好地滿足自動化控制需求，提高系統的安全性能。隔離開關、電流器均采用高式布置方式，支架高度基本維持在2～2.5m 作用，電容器采用低式布置方式，110kV 側還布置了避雷器，能夠有效降低設備遭受雷擊后損壞故障的風險。

2.4 配電自動化技術應用

在電力系統中會應用配電網自動化技術，為保障配電網自動化技術的應用效率，要在規范功能，驗收導則的基礎上制定科學合理化的驗收細則。同時，工作人員可以結合現場測試SAT 的成功率，確認是否需要使用配電自動化技術。總的來說，電力系統中可應用的配電網自動化技術內容如下。

FTU 應用全工業設計模式，此種模式能適應外部環境，使其中的技術參數可以滿足戶外的D2級標準[4]。FTU 和柱上的開關與結構上互相匹配，接口可靠，為維修人員提供了便捷；FTU 能對故障信息及時捕捉，參照相應的算法來保障故障隔離，同時也能分層，分布控制配電的自動化情況；而且通信的可靠性和速率都能順應配電自動化的需求；通過FTU 進行蓄電池具備延長蓄電池應用壽命和智能維護的作用。

配電主站會應用開放式支撐技術，在歷史數據庫中會融入大型的商業數據當中，工作人員也可增加客戶技術在數據庫中的應用，合理應用多種服務器和，配備軟件及設備，輔助工作人員執行傳輸數據及交換信息工作；DMS 在實施數據建模時要關注全局信息完整和一致，也要保障系統拓撲信息CIS，DMA 的完整與一致性；要在保障網絡安全基礎上實現配電SCADA 系統和GIS 軟件的互通。

3 電氣自動化技術在電力系統中應用的趨勢

電氣自動化技術的應用推進了電力系統的有效運行，企業在自動化技術應用后會呈現綜合化發展的趨勢。電力系統大規模的應用電氣自動化技術，也能推進以計算機技術為基礎的智能控制和通信技術的應用和推廣；實現測量、控制、保護三位一體。電氣自動化系統控制、測量、保護功能也會越來越完善，實現三位一體；實施配電網系統保護。隨著電氣自動化技術的改革和發展，配電網領域會實現PAS、GIS 的一體化發展。

朝著國際標準的方向進軍。以計算機技術為依托，電氣自動化技術在此基礎上實現了更高程度的應用和發展，在電力系統中應用的電氣自動化技術呈現出普及化的狀態，代表技術為LED 電氣自動化技術，此技術能共享和操作各廠家的管理信息。國際為對此系統應用做出合理的規范，出臺了特殊的應用標準，在此形勢之下，建議我國技術研發人員可以參照國際標準，加大技術研發力度，為此技術的應用和發展奠定堅實的基礎。同時，電力系統大規模的應用電氣自動化技術，也能推進以計算機技術為基礎的智能控制和通信技術的應用和推廣，未來電力系統也會廣泛的應用通信、計算機、多媒體等集成技術。

實現測量、控制、保護三位一體。電力系統廣泛的應用電氣自動化技術，能推進各系統功能的完善，也能實現電力系統運行機制和人員配備等方面的改革。未來我國的電氣自動化系統會更加獨立，保障電氣自動化利用結合的發展形勢，可以滿足電氣系統的保護、控制及測量的三位一體需求，能將自動化電力系統的優勢充分地發揮出來?？偟膩碚f，未來電氣自動化技術會更加智能高效。

實施配電網系統保護。未來隨著電力系統的完善和各項信息技術的引入，饋線自動化會依托通信采集和控制配電網數據來實現配電的高效應用。同時，饋線自動化會依托GIS 信息系統平臺，做好配電網設備的有效管理。隨著電氣自動化技術的改革和發展，配電網領域會實現PAS，GIS 的一體化發展。未來各部門會實施有力對策，提高配電網優化運行的力度，構筑配電網優化運行決策支持系統，盡可能降低線路損耗，保障供電的質量，對提高供電經濟性也有實際意義。