電力系統(tǒng)自動化在新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］電力系統(tǒng)自動化；新能源并網(wǎng)；實(shí)時(shí)監(jiān)測；數(shù)據(jù)采集

自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)用全過程中面臨技術(shù)集成創(chuàng)新與系統(tǒng)擴(kuò)展性、安全與隱私維護(hù)等一系列考驗(yàn)，為了能充分運(yùn)用自動化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，需制訂改善措施，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和效率。

1 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)概述

1.1 自動化系統(tǒng)的基本組成與功能

自動化系統(tǒng)包括采集模塊、控制模塊、執(zhí)行裝置和監(jiān)控管理頁面。采集模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況和參數(shù)，根據(jù)高效率的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)能夠清晰地獲得重要信息，為后續(xù)的決策和控制提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。控制模塊根據(jù)對數(shù)據(jù)的分析和處理完成電力系統(tǒng)智能決策和控制，這種決策和控制涉及系統(tǒng)的各個領(lǐng)域。執(zhí)行裝置負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)完成系統(tǒng)下發(fā)的指令，完成電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)整和控制。監(jiān)控管理頁面為用戶提供一個方便快捷的觀看和操作頁面，用戶可通過該頁面完成對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下的全面管理。

1.2 電力系統(tǒng)自動化的技術(shù)發(fā)展

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的迅速進(jìn)步，電力系統(tǒng)自動化技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，智能化水平顯著提高。尤其是在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下，自動化技術(shù)的發(fā)展極大地提高了電網(wǎng)的靈活性和適應(yīng)性，為電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性提供了有力保障。

技術(shù)發(fā)展的核心體現(xiàn)在電力系統(tǒng)自動化的架構(gòu)演進(jìn)和功能增強(qiáng)上，先進(jìn)的能量管理系統(tǒng)（EMS）逐漸取代傳統(tǒng)的手動調(diào)度方式，通過高度集成的監(jiān)控和控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的全面監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度。隨著智能電網(wǎng)概念的深入推進(jìn)，分布式能源管理系統(tǒng)（DERMS）作為關(guān)鍵組件，已經(jīng)在新能源接入和分布式電源調(diào)控中發(fā)揮了重要作用，顯著提升了電網(wǎng)對可再生能源的接納能力和適應(yīng)性。

2 新能源并網(wǎng)中的自動化技術(shù)應(yīng)用

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集

伴隨著新能源的規(guī)模性并網(wǎng)，電力系統(tǒng)面臨更加復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境和更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。傳統(tǒng)的人工監(jiān)管方式已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)運(yùn)行情況監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。而實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集技術(shù)通過傳感器系統(tǒng)和監(jiān)測儀器能夠?qū)崟r(shí)檢測電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓、電流、工作頻率等關(guān)鍵參數(shù)，完成對系統(tǒng)運(yùn)行情況的全方位、精確地監(jiān)測。在實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集層面，基于大數(shù)據(jù)（IoT）的智能傳感器技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動采集數(shù)據(jù)信息并傳送至大數(shù)據(jù)中心予以處理與分析。同時(shí)，采用先進(jìn)數(shù)據(jù)處理方法與分析優(yōu)化算法，能夠快速準(zhǔn)確地解決大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和異常現(xiàn)象。

2.2 預(yù)測與調(diào)度優(yōu)化

預(yù)測和調(diào)度優(yōu)化指利用數(shù)學(xué)模型和算法精確預(yù)測新能源的發(fā)電能力和起伏，依據(jù)預(yù)測結(jié)論優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)度計(jì)劃方案，包含但不限于氣溫預(yù)測、負(fù)載預(yù)測、生產(chǎn)發(fā)電預(yù)測等。在預(yù)測和調(diào)度優(yōu)化層面應(yīng)用了多種先進(jìn)技術(shù)手段和方法，其中，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和人工智能的預(yù)測實(shí)體模型能夠利用歷史記錄和實(shí)時(shí)動態(tài)精確預(yù)測新能源的發(fā)電能力和起伏。同時(shí)選用進(jìn)化算法、模擬退火算法等智能優(yōu)化算法，可優(yōu)化系統(tǒng)軟件調(diào)度計(jì)劃方案，最大限度地減少系統(tǒng)軟件使用成本，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。

3 自動化技術(shù)在新能源并網(wǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢

3.1 提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性

自動化技術(shù)根據(jù)傳感器系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況和主要參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)問題可馬上作出輔助決策，并采取相應(yīng)控制方法避免常見故障進(jìn)一步擴(kuò)大，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的智能優(yōu)化和調(diào)度，充分運(yùn)用各種能源優(yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率和合理性，通過先進(jìn)的分析模型和優(yōu)化計(jì)算方法，自動化技術(shù)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確預(yù)測新能源的發(fā)電能力和起伏，提升調(diào)度計(jì)劃方案，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定高效率。

3.2 增強(qiáng)新能源接入的靈活性與可靠性

現(xiàn)代電力系統(tǒng)正面對日益增長的可再生能源接入需求，自動化技術(shù)的應(yīng)用為電網(wǎng)適應(yīng)性提供了強(qiáng)有力的支撐。由于風(fēng)能和太陽能等新能源的發(fā)電特性存在波動性和間歇性，電網(wǎng)在接納這些能源時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)。自動化技術(shù)通過精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測和實(shí)時(shí)調(diào)度能力，有效平衡了電力供需之間的動態(tài)變化，確保電力系統(tǒng)在面對頻繁波動時(shí)仍能維持穩(wěn)定運(yùn)行。自動化技術(shù)通過智能化的故障檢測和自愈機(jī)制，顯著提升了新能源并網(wǎng)的安全性。自動化系統(tǒng)能夠在毫秒級別內(nèi)感知電網(wǎng)中的異常情況，并迅速采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止故障損害整個電網(wǎng)，避免大范圍停電的發(fā)生。智能化的控制系統(tǒng)還可以在檢測到某一并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的異常狀態(tài)時(shí)，迅速切換至備用電源或調(diào)整電力流向，確保能源供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性。

4 自動化技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)

4.1 新能源波動性

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)主要依賴于可控的化石燃料發(fā)電，通過調(diào)整發(fā)電輸出來維持電網(wǎng)平衡，隨著新能源在發(fā)電結(jié)構(gòu)中占比的提高，系統(tǒng)對發(fā)電波動的應(yīng)對能力顯得尤為重要。負(fù)荷預(yù)測的精確度在高度依賴新能源的電力系統(tǒng)中顯得尤為重要，即便現(xiàn)代的負(fù)荷預(yù)測算法已經(jīng)通過機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)技術(shù)得到了顯著提升，但面對復(fù)雜的天氣變化和環(huán)境因素，仍然無法完全準(zhǔn)確預(yù)測新能源的發(fā)電量，增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，也對自動化調(diào)度系統(tǒng)提出了更高的要求，任何微小的預(yù)測誤差都可能導(dǎo)致電力供應(yīng)和需求之間的嚴(yán)重失衡，從而威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

新能源發(fā)電間歇性特征要求電力系統(tǒng)具備極強(qiáng)的快速響應(yīng)能力，以應(yīng)對可能發(fā)生的突發(fā)性波動。自動化系統(tǒng)需要在極短時(shí)間內(nèi)做出決策，并實(shí)施快速調(diào)度，以應(yīng)對新能源發(fā)電的瞬時(shí)變化，這不僅要求控制系統(tǒng)具有高效的處理能力，還需要與儲能系統(tǒng)、備用電源等資源進(jìn)行緊密配合，而在實(shí)際運(yùn)行中如何實(shí)現(xiàn)這種高效的協(xié)調(diào)與調(diào)度仍是一個亟待解決的技術(shù)難題。

4.2 系統(tǒng)安全復(fù)雜性

在自動化系統(tǒng)依賴于大量的傳感器、控制器和通信設(shè)備，這些設(shè)備之間的協(xié)同工作需要高度的精確性和可靠性，任何一個環(huán)節(jié)的失效都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失靈，進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全性。新能源的并網(wǎng)使得電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，多源電力系統(tǒng)的并行運(yùn)行需要自動化系統(tǒng)對多種電源的特性進(jìn)行綜合考慮和優(yōu)化調(diào)度，特別是在突發(fā)情況下，如何快速判斷故障源并采取有效的應(yīng)對措施，已經(jīng)成為電網(wǎng)自動化技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。在某些極端情況下，新能源的波動性甚至可能引發(fā)連鎖故障，導(dǎo)致大范圍的電力中斷。隨著電力系統(tǒng)的智能化和信息化程度的提高，網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)也在增加，都可能通過自動化系統(tǒng)的漏洞侵入電網(wǎng)，破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5 自動化技術(shù)在新能源并網(wǎng)中的優(yōu)化措施

5.1 標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)議制訂

在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間需要大量數(shù)據(jù)傳輸和通信，因而創(chuàng)建統(tǒng)一的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)類型規(guī)范至關(guān)重要，制訂統(tǒng)一的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)類型規(guī)范可確保不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互換和通信的順利進(jìn)行，減少系統(tǒng)集成化難度系數(shù)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中牽涉到不一樣廠家生產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備，設(shè)備之間的接口類型有所差異，造成系統(tǒng)集成化多樣性提升，必須制訂統(tǒng)一的硬件接口和通訊協(xié)議規(guī)范，這可通過產(chǎn)業(yè)協(xié)會或有關(guān)機(jī)構(gòu)的制訂與推廣來達(dá)到。統(tǒng)一的硬件接口和通訊協(xié)議規(guī)范能夠降低系統(tǒng)集成化難度系數(shù)，提升系統(tǒng)的兼容模式和穩(wěn)定性，推動系統(tǒng)的快速部署和優(yōu)化。

5.2 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全措施

創(chuàng)建邊界防火墻、入侵防御系統(tǒng)等多層次的互聯(lián)網(wǎng)防御系統(tǒng)（IDS）、入侵防御系統(tǒng)（IPS）等，及新能源并網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)的隔離和系統(tǒng)分區(qū)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抵擋安全威脅能力。

對數(shù)據(jù)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決異常流量和攻擊性行為，盡量避免網(wǎng)絡(luò)安全問題帶來的損失，定期開展漏洞掃描系統(tǒng)和安全風(fēng)險(xiǎn)評估，發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升系統(tǒng)的安全可靠性。

提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)加密保護(hù)，采用高強(qiáng)度加密技術(shù)，對重要數(shù)據(jù)和隱私信息進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸存儲過程中的安全。

創(chuàng)建嚴(yán)格密鑰管理體制，對系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)開展權(quán)限管理和身份認(rèn)證，只允許授權(quán)工作人員瀏覽與使用數(shù)據(jù)，避免未經(jīng)授權(quán)的瀏覽和偽造，建立和完善數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)體制，按時(shí)備份數(shù)據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和可恢復(fù)性，在系統(tǒng)進(jìn)攻或數(shù)據(jù)遺失時(shí)能修復(fù)數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)的正常使用。

6 結(jié)束語

在新能源并網(wǎng)中，自動化技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。文章探討了自動化技術(shù)在新能源并網(wǎng)中的概述、應(yīng)用、優(yōu)勢、挑戰(zhàn)和優(yōu)化措施。通過標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)安全加強(qiáng)、培訓(xùn)計(jì)劃等實(shí)施方案，可提高新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性、效率和安全性。這些措施為新能源并網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，在不斷優(yōu)化和完善的過程中，新能源并網(wǎng)將為創(chuàng)造更加綠色、智能和可靠的能源未來提供支持。