探析電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)下的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展

王乙博

（山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引言

為保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行效果，應(yīng)當(dāng)從安全、經(jīng)濟(jì)性等層面考慮，從根本上提高運(yùn)維管理水平。電能作為社會(huì)生產(chǎn)、生活的重要能源，在取暖、生活、生產(chǎn)加工領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。伴隨電力系統(tǒng)的持續(xù)升級(jí)，為了在行業(yè)中站穩(wěn)腳跟，電力企業(yè)有必要提升自身實(shí)力，確保電力系統(tǒng)的安全性。電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)推廣自動(dòng)化技術(shù)，面向消費(fèi)者供給安全、可靠的能源。根據(jù)自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)化是電力系統(tǒng)今后的發(fā)展趨向。本文闡述了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容，從多個(gè)方面說(shuō)明了自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，并提出具體的發(fā)展建議。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的涵義與特征

1.1 含義

電力系統(tǒng)自動(dòng)化指的是以計(jì)算機(jī)、控制以及通信技術(shù)為依托，對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部的各環(huán)節(jié)實(shí)施全方位、智能化監(jiān)控，以確保電力系統(tǒng)的持久、安全性[1]。作為電力智能化轉(zhuǎn)型的構(gòu)成要素，電力自動(dòng)化的宗旨在于對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位地監(jiān)測(cè)，如電網(wǎng)、線路以及終端設(shè)備，找出其中隱藏的問(wèn)題，采取針對(duì)性的解決措施。電力自動(dòng)化，歸根結(jié)底是為了均衡調(diào)配電力負(fù)荷，如電力調(diào)度，使電力系統(tǒng)擁有更高的運(yùn)行質(zhì)量，獲得更高的效益。

1.2 特征

（1）集成化。憑借高度集成化，電力自動(dòng)化能夠借助領(lǐng)先的信息、通信技術(shù)來(lái)集成各大子系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施綜合性管控、優(yōu)化調(diào)度，確保線路、設(shè)備得到及時(shí)地監(jiān)測(cè)。

（2）靈活性。無(wú)論季節(jié)性負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容還是新能源接入，電力系統(tǒng)均可以靈活應(yīng)對(duì)，作出必要的調(diào)整，使電力系統(tǒng)保持更高的響應(yīng)速度，應(yīng)對(duì)各個(gè)場(chǎng)景下的變化之需。

（3）可擴(kuò)展性。系統(tǒng)可以適應(yīng)迭代更替的環(huán)境，拓展服務(wù)范圍，為用戶提供更舒適的體驗(yàn)，為電力系統(tǒng)發(fā)展提供強(qiáng)大的保障。

（4）可視化。利用圖形界面，使電力系統(tǒng)參數(shù)、數(shù)據(jù)信息得到可視化展示，以便操作人員更好地監(jiān)控。由此，操作人員也可以直觀把握電力系統(tǒng)的狀態(tài)，做出正確的決策。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容

2.1 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化

電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化占據(jù)核心的地位。表現(xiàn)如下：基于模擬計(jì)算分析的自動(dòng)發(fā)電控制，提高調(diào)度管理效率，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。對(duì)調(diào)度中心進(jìn)行設(shè)置時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)保證計(jì)算機(jī)有著正常的讀數(shù)、反饋和信號(hào)控制等多重功能，構(gòu)建遠(yuǎn)程雙向交換模式，以保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有序性。同時(shí)，將自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、數(shù)據(jù)采集（SCADA）兩大系統(tǒng)予以統(tǒng)籌，構(gòu)建能量管理系統(tǒng)，以適應(yīng)系統(tǒng)在應(yīng)用方面的需求[2]。對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，其特征在于統(tǒng)一調(diào)度，根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行逐層控制。由于電力系統(tǒng)原本屬于大型產(chǎn)銷電能體系，電網(wǎng)內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)均需利用調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)配，以適應(yīng)電荷變化的現(xiàn)實(shí)需求。為此，需根據(jù)機(jī)組控制標(biāo)準(zhǔn)，制定科學(xué)的管理方案，提升電網(wǎng)運(yùn)行水平。

2.2 電廠自動(dòng)化

電廠自動(dòng)化中，調(diào)度控制模式有助于提高調(diào)度水平，滿足電廠自動(dòng)化方面的需求。自動(dòng)化系統(tǒng)，涵蓋了動(dòng)力機(jī)械、自動(dòng)發(fā)電量以及電壓控制系統(tǒng)等部件，聯(lián)合調(diào)度處理模式，能夠大幅度提升應(yīng)用效能。

（1）火電廠應(yīng)當(dāng)借助鍋爐汽機(jī)等設(shè)備，構(gòu)建應(yīng)用約束平臺(tái)，確保調(diào)度管理體系有序地落實(shí)。在自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，為確保容量較大的火力發(fā)電機(jī)組得到安全地運(yùn)行，有必要控制計(jì)算機(jī)監(jiān)視、管理系統(tǒng)，使其協(xié)調(diào)機(jī)爐主控、鍋爐控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平，為電廠自動(dòng)化提供可靠的保障，符合統(tǒng)一應(yīng)用方面的需求。

（2）水電廠則是依托水輪機(jī)或是調(diào)速器等，建立科學(xué)的運(yùn)行模式。在提升自動(dòng)化水平的同時(shí)，保證調(diào)度管理的可靠性，促進(jìn)自動(dòng)化統(tǒng)一管理。

2.3 變電站綜合自動(dòng)化

近些年，智能變電站備受各界的矚目。一方面，提升了管理水平；另一方面，對(duì)資源進(jìn)行全力整合，為電力行業(yè)提供強(qiáng)有力的保障。依托自動(dòng)控制、信息處理以及傳輸技術(shù)，以計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)為主宰，建立控制模式，能夠很好地取締人工作業(yè)，在提高變電站運(yùn)行效率的同時(shí)，整合自動(dòng)化運(yùn)維的有利資源，提高管理水平。同時(shí)借助微型計(jì)算機(jī)，變電站二次系統(tǒng)也可可以做到優(yōu)化控制，確保監(jiān)控處理、保護(hù)和可控化運(yùn)行的協(xié)調(diào)性。基于聯(lián)動(dòng)處理，彰顯技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，建立兼容性強(qiáng)、又能單獨(dú)運(yùn)行的管理體系，促進(jìn)資源的全方位整合。除上述外，綜合自動(dòng)化體系的構(gòu)建，同時(shí)也可以為自動(dòng)技術(shù)或是遠(yuǎn)動(dòng)處理的協(xié)同控制提供可靠的技術(shù)平臺(tái)，滿足智能化處理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)變電站的長(zhǎng)久、多元發(fā)展。如變電站運(yùn)維云平臺(tái)，依托互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠較好地滿足電力運(yùn)維方面的需求，建立集線上運(yùn)維、統(tǒng)一調(diào)度、雙向聯(lián)動(dòng)為一體的控制體系。在提高管理水平的同時(shí)，對(duì)故障作出快速地響應(yīng)，為集抄、增值服務(wù)提供強(qiáng)大的保障。

2.4 配電自動(dòng)化

2.4.1 配電自動(dòng)化的形式分類

在國(guó)內(nèi)，配電自動(dòng)化有如下3 種不同的應(yīng)用模式：饋線（就地控制）、配電（集中監(jiān)控）以及配電自動(dòng)化+配電管理模式（集中監(jiān)控）[3]。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，構(gòu)建專門的控制方案，有助于提高配電自動(dòng)化整體的運(yùn)行水平。

2.4.2 配電自動(dòng)化的功能

（1）配電自動(dòng)化體系中，為確保配電網(wǎng)用戶得到安全、持久的供電，有必要實(shí)時(shí)控制負(fù)荷，促進(jìn)電源的供需平衡，確保負(fù)荷利用率符合行業(yè)的控制規(guī)范，減小能源損耗帶來(lái)的負(fù)面影響。

（2）配電自動(dòng)化體系，可以全面地把控配電網(wǎng)在各階段的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)配設(shè)備的參數(shù)狀態(tài)，使有功功率得到均衡、科學(xué)地分布，提高應(yīng)用效能，促進(jìn)協(xié)同控制。

（3）根據(jù)電網(wǎng)管理規(guī)范和具體要求，對(duì)功率補(bǔ)償設(shè)備作出科學(xué)地控制。在不影響電壓質(zhì)量、運(yùn)行安全的前提下，降低功率損耗對(duì)于整個(gè)配電線路帶來(lái)的負(fù)面影響，促進(jìn)配電網(wǎng)在安全、經(jīng)濟(jì)效益上的和諧統(tǒng)一。若電力系統(tǒng)陷入故障，此時(shí)配電自動(dòng)化也會(huì)立即對(duì)信息進(jìn)行匯總，確保事故得到規(guī)范、有序地處理，減少停電時(shí)長(zhǎng)，提高供電管理水平。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于隨機(jī)性強(qiáng)、易于操作。電力系統(tǒng)中，模糊控制技術(shù)的引入有助于改進(jìn)控制性能，降低自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)操方面的難度。在模糊控制技術(shù)下，以便對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測(cè)。得益于模糊技術(shù)，電網(wǎng)自動(dòng)化也會(huì)更為清晰、明確。當(dāng)若若干電網(wǎng)控制單元合并時(shí)，其覆蓋的領(lǐng)域也會(huì)更寬泛，促進(jìn)多類控制單元的全面融合，做到全面、統(tǒng)一地控制。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

伴隨智能技術(shù)的創(chuàng)新，基于神經(jīng)元算法的神經(jīng)元模型隨之誕生，利用若干神經(jīng)元進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)模型算法實(shí)施訓(xùn)練，以提高學(xué)習(xí)能力。如電力設(shè)備中，運(yùn)用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)載進(jìn)行科學(xué)地預(yù)報(bào)，測(cè)定電網(wǎng)隱藏的缺陷，促使電網(wǎng)的良性運(yùn)轉(zhuǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最早誕生于1943 年，迅速吸引很多人的矚目。歷經(jīng)數(shù)十年的探索，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如今已日趨完善，其建模、求解方法均得到大幅度地改進(jìn)。

3.3 監(jiān)控技術(shù)

監(jiān)測(cè)技術(shù)，其目的在于完成監(jiān)測(cè)任務(wù)，在諸多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)動(dòng)態(tài)地監(jiān)控，一旦電力系統(tǒng)遇到故障，立即會(huì)發(fā)出警告。同時(shí)，監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)ο到y(tǒng)問(wèn)題作出粗略地分析，判斷故障的根源點(diǎn)，將信息實(shí)時(shí)地傳送至工作人員，確保其在第一時(shí)間了解情況，做好維修，節(jié)省精力、時(shí)間。相比過(guò)去，監(jiān)控系統(tǒng)如今已有大幅度地更新。報(bào)錯(cuò)后，能夠自動(dòng)、初步地處理某些故障。對(duì)于輕微故障，基本不耽誤系統(tǒng)運(yùn)行。對(duì)于危險(xiǎn)故障，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)暫停運(yùn)行，為維修人員爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠保證電網(wǎng)系統(tǒng)、人員的安全。

3.4 集成技術(shù)

傳統(tǒng)電網(wǎng)是由多個(gè)部門來(lái)分管功能，各功能也會(huì)存在兼容方面的缺陷，如前期準(zhǔn)備、檢查維護(hù)，導(dǎo)致原電網(wǎng)未能成為完善的體系。受諸多因素的限制，系統(tǒng)運(yùn)行水平不高，這就耗費(fèi)較多的人員、物力，增加額外的成本。引進(jìn)集成技術(shù)后，可以構(gòu)建一個(gè)科學(xué)的管理體系，促進(jìn)各項(xiàng)工作的良好銜接，與新技術(shù)融合，不僅追求效率，而且又要保證質(zhì)量。由此，電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量得到達(dá)到新的層級(jí)，提高國(guó)家電網(wǎng)整體的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.5 遺傳算法

1970 年代，基因算法率先在美國(guó)被提出。作為新型的計(jì)算模式，遺傳算法是以遺傳學(xué)原理、自然選擇為依托，借助計(jì)算機(jī)來(lái)提前對(duì)備選方案實(shí)施代碼化。按照代碼化原理，依次對(duì)各個(gè)備選方案作出求解，從中得出性價(jià)比最高的方案[4]。截至今日，在查找電網(wǎng)故障及其成因時(shí)都會(huì)運(yùn)用該方法，促進(jìn)電網(wǎng)容量、無(wú)功的優(yōu)化分配，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中的圖象做好處理。該方法有顯著的優(yōu)越性，在大規(guī)模、搜索空間中適用于自適應(yīng)搜索，可以從中找到最優(yōu)解。同時(shí)，該方法操作便利，適用廣、對(duì)解法幾乎毫無(wú)半點(diǎn)約束，不需要復(fù)雜的解法就可以成功得到最優(yōu)解。不過(guò)，遺傳算法也有自身的局限性：故障診斷尚未形成完善的理論體系，不利于快速診斷。

3.6 視覺(jué)技術(shù)

依托人工智能技術(shù)，能夠提高數(shù)據(jù)信息的運(yùn)算水平。將視覺(jué)技術(shù)引入至電網(wǎng)自動(dòng)控制中，能夠持續(xù)地改良、優(yōu)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)施無(wú)人化監(jiān)控，挖掘系統(tǒng)運(yùn)行中潛在的隱患，確保系統(tǒng)的安全、持續(xù)運(yùn)行。依托自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，讓操作更加精確。以紅外圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)為例，除了提高電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度外，還可以簡(jiǎn)化電力系統(tǒng)的工作流程。在計(jì)算機(jī)的輔助下，利用視覺(jué)技術(shù)來(lái)采集各種有價(jià)值的圖像信息，將其和標(biāo)準(zhǔn)圖像作出對(duì)比。一旦結(jié)果存在差異，提示電力設(shè)備有故障，有必要做好全面地檢查、維修。

3.7 柔性交流輸電系統(tǒng)

自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于電力系統(tǒng)有一定的助推作用，除了提升管控能力外，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)總體的安全性能。柔性交流輸電系統(tǒng)，匯集了微處理、電力電子、微電子、控制以及通信技術(shù)在內(nèi)，屬于交流輸電綜合技術(shù)，輕松便捷、易于控制[5]。利用自動(dòng)調(diào)節(jié)，有助于規(guī)避電力系統(tǒng)潛在的某些安全隱患，確保電源的產(chǎn)出，為供電功能提供更大的保障。可見(jiàn)，柔性交流輸電系統(tǒng)有望顛覆以往的供電模式，提高電力自動(dòng)化水平。

3.8 自動(dòng)仿真技術(shù)

自動(dòng)仿真技術(shù)，符合電力自動(dòng)化的屬性與特征，有助于提高運(yùn)行質(zhì)量，明確電力系統(tǒng)今后的方向。在電力及其自動(dòng)化背景下，以仿真技術(shù)為載體，利用科研數(shù)據(jù)可以建立組件閉環(huán)系統(tǒng)，能得到更精準(zhǔn)的分析結(jié)果。在分析階段，依托自動(dòng)仿真技術(shù)來(lái)建立專業(yè)的模型，收錄電力系統(tǒng)有關(guān)的全部信息，提高數(shù)據(jù)整合效果，為電力系統(tǒng)建模提供有力的參考。拿到分析結(jié)果后，現(xiàn)場(chǎng)人員也要對(duì)模型反饋情況作出必要的修正，保證電力系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)的完整性。借助自動(dòng)仿真技術(shù)，提高分析結(jié)果的價(jià)值。除上述外，自動(dòng)仿真技術(shù)可以從中得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，剔除其中價(jià)值偏低的數(shù)據(jù)，促進(jìn)提質(zhì)增效。

4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)

4.1 注重人才培養(yǎng)

電力系統(tǒng)能否順暢地運(yùn)行，和管理機(jī)制有著緊密的相關(guān)。為彰顯管理機(jī)制的價(jià)值，有必要培養(yǎng)優(yōu)秀人才。電力系統(tǒng)管理中，應(yīng)注重人才引進(jìn)與培養(yǎng)，打造一支合格的自動(dòng)化人才隊(duì)伍。同時(shí)，要立足電力自動(dòng)化的崗位之需，從社會(huì)上引進(jìn)更多優(yōu)質(zhì)的電力管理人才。同時(shí)，將人才管理納入電力系統(tǒng)管理的落腳點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)化體系中的關(guān)鍵部門進(jìn)行優(yōu)化管理，為電力自動(dòng)化建設(shè)打下牢固的基礎(chǔ)。

4.2 加大技術(shù)管理力度

電力自動(dòng)化的核心在于技術(shù)，構(gòu)建技術(shù)管理制度，彰顯技術(shù)因素最大的功用。以技術(shù)為導(dǎo)向，優(yōu)化電力系統(tǒng)內(nèi)部的線路、生產(chǎn)設(shè)備的性能、質(zhì)量。為了確保機(jī)械設(shè)備得到規(guī)范使用，有必要組織企業(yè)人員參加專門的培訓(xùn)，督促他們按要求進(jìn)行操作。除上述外，注重對(duì)電力技術(shù)、各類設(shè)備進(jìn)行研發(fā)與升級(jí)，依托技術(shù)升級(jí)來(lái)提高電力系統(tǒng)整體的性能。

4.3 優(yōu)化電力調(diào)配體系

電網(wǎng)運(yùn)行期間，應(yīng)當(dāng)確保電力的安全供應(yīng)，為電力應(yīng)用打下牢固的基礎(chǔ)。電氣自動(dòng)化背景下，將電力調(diào)配統(tǒng)籌于自動(dòng)化技術(shù)，必然會(huì)達(dá)到更顯著的監(jiān)控效果。電力調(diào)配涵蓋了多種不同的設(shè)備，利用自動(dòng)化模式來(lái)對(duì)電力調(diào)配實(shí)施監(jiān)控，能夠確保電力資源的安全調(diào)配，幫助電力企業(yè)減小消耗，為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)鋪平道路。對(duì)電力企業(yè)來(lái)說(shuō)，安全是前提。在管理實(shí)踐中，有必要利用自動(dòng)化技術(shù)，妥善解決電力調(diào)配中遇到的安全問(wèn)題，擬定實(shí)施方案，確保電力調(diào)配的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用成為電力系統(tǒng)今后發(fā)展的主趨勢(shì)，未來(lái)仍有廣泛的發(fā)展空間。為此，電力企業(yè)有必要立足電力系統(tǒng)需求，建立安全、經(jīng)濟(jì)的電力體系，推廣應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)，提高電力自動(dòng)化水平，促進(jìn)電力系統(tǒng)邁入持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。