电力自动化技术在电力工程中的应用

邱炳江

（广东亿能电力股份有限公司 广东省广州市 510663）

在社会用电总量增加和用户需求多元发展的背景下，电力工程要想具备更加丰富的功能、提供更高质量的服务，必须要推广电力自动化技术。从当前的应用效果来看，电网调度自动化、配电网络自动化、变电运行自动化等，为电力企业创造了实实在在的效益。因此电力自动化技术也越来越受到了企业管理者的重视。需要认识到，电力自动化技术应用优势的发挥，是建立在动态发展、持续创新这一前提之下的。只有提供多方面的支持，保持技术领先优势，才能让电力工程得到稳定与可靠运行。

1 电力工程中自动化技术的应用价值

1.1 有利于电力系统的稳定与安全运行

电力工程中包含了多种类型的电气设备，通过线路相连形成了统一、协调的电力系统。但是该系统在运行期间，由于维护不及时或设备老化等因素的影响，有较大概率发生故障，对电力工程的安全与稳定带来不利影响。电力自动化技术的应用，一方面是利用数据采集与分析系统，实现了对电力系统实时运行工况的监测。只要是存在潜在故障，或者是出现异常工况，都可以被电力自动化系统识别。另一方面，计算机基于数据分析结果，在AI 技术的帮助下明确故障原因，并自动生成解决对策。如果是软件方面的问题，利用内部程序加以解决；如果是硬件方面的问题，提供分析报告和解决方案，辅助技术人员进行维修处理。在电力自动化技术的帮助下，保障了电力系统实现稳定、可靠运行。

1.2 有利于提高电力能源的利用效率

对于电力企业来说，提高电能利用率除了与自身的经济效益密切相关外，还可以在一定程度上减轻电力系统的运行负荷。在以往的电力工程建设与运行时，由于系统规划不合理、设备兼容性差，以及无功功率的存在，电力能源浪费情况十分严重。在引进自动化技术后，构建电力自动化系统实现了对电力工程的动态管控，电力能源的利用效率也得到了大幅度的提升。例如，在配网规划时，利用自动化技术可以优化规划方案，降低成本投入；在电网调度时，基于自动化技术可以根据电力用户的实际需求，进行灵活供电，既满足了用电需求，又防止了电能浪费；在电网运行时，依托自动化技术进行动态监测，确保有故障隐患及时发现、科学处理，保障电网的可靠、稳定运行，避免因故障停电造成损失[1]。因此，电力自动化技术的应用，让电力能源的利用率和电力企业的经营效益均得到了提升。

2 电力工程中常用的电力自动化技术

2.1 电力自动化补偿技术

近年来，除了用电总量持续增加，用电需求也呈现出多样化、高质量的特点。尤其是工业园区、商业区这类用电集中的区域，电网运行中负荷波动明显，无功功率明显增加，对电力系统的运维管理提出了严格要求和严峻挑战。电力无功补偿技术的主要作用就是通过抵消电感电流、消除无功功率的方式，降低电网运行中的电能损耗，为电气设备提供一个稳定、安全的运行环境，从而达到维护电力系统的目的。根据补偿原理的不同，自动化补偿技术又可以分成低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿等形式。在电力自动化技术创新的推动下，一种新型自动化补偿技术能够在单相、两相、多相等3 种补偿模式下完成自动切换，在减轻电网运行负荷的基础上，还能够起到保护电力设备的效果，在维护电力企业效益方面效果显著。

2.2 现场总线技术

电力工程中包含的各类电气设备，需要利用线缆串联起来形成统一体，然后在中央控制器的统一调度下，保证电力工程稳定运行。但是由于电气设备类型多样，执行标准并不相同，在协调运行时很有可能因为型号不匹配、系统不兼容，而导致电力工程的某些功能无法正常发挥。在推进电力自动化发展的过程中，基于现场总线技术构建信息综合管理系统，让多种型号的电气设备能够执行统一标准，保证了运行稳定性和整体兼容性。在实践中，现场总线技术的价值主要体现在以下几个方面：

（1）按照“分-总”模式，利用变送器将分布在电网各处的电气设备的运行信息收集起来。进行格式转换，将不同格式的数据全部转化为统一格式，方便计算机正常读取和开展分析。

（2）在接收终端控制指令后，利用“总-分”模式，协调各种电力设备有条不紊的运行，实现集中管控，保证稳定运行[2]。

2.3 主动对象数据库技术

随着电力自动化系统功能的多样化，以及运行时间的延长，会产生海量化的数据。其中一部分数据具有留存价值，需要设立数据库进行存储。但是常规的数据库容量有限，且数据检索和调取程序繁琐，影响了数据利用价值的发挥，对电力系统的运行和管理造成了不便。主动对象数据库技术，一方面是提供了超大容量的存储空间，即便是后期电网和电力工程扩建，也完全能够满足电力系统日常运行的数据存储需要。另一方面，根据数据提供对象的不同，能够在数据库中提供专门的分区。例如变电站数据分区、继电保护装置数据分区等。后期在数据调用和分析时，降低了检索难度，可以从对应的分区中直接提取需要的数据，让数据的利用价值得到了进一步提升。

2.4 光互连技术

在电力系统中，要求自动控制系统和机电系统之间要相互配合，从而实现对电力工程运行控制并保证其运行流程。但是由于电网中谐波的存在，导致机电控制的灵敏性和时效性均会受到不同程度的干扰影响。光互连是近几年在电力行业推广使用的一种新型通信技术，特点是用光纤作为信号传输介质，传输速率最高可达10Gbit/s。在电力工程中，主要作用是提高了自动控制系统和机电系统的交互性能，除了提高不同系统之间信息传递效率，而且提高了抗干扰能力，在保证信息质量等方面也有明显优势。在应用光互连技术时，考虑到成本因素的影响，通常只在两个系统之间进行大数据传输时使用，而对于系统内部的数据传递，还是以无线通信模式为主。

3 电力自动化技术在电力工程中的具体应用

在电力自动化技术创新发展的过程中，电力工程中的应用功能也日益丰富，无论是对于电力系统自身的运行，还是对电力企业的效益，均起到了促进和提升作用。目前来看，电力自动化技术在电网调度、继电保护和运行监测、无人值守等领域发挥了积极作用，具体应用如下。

3.1 在电网自动调配中的应用

电网的自动调配和智能调节，一方面能够满足不同电力客户的用电需求，提升了客户的服务满意度，进而增加了电力用户的粘性；另一方面有能够最大程度上降低电网的运行损耗，对节约电力能源和维护电力企业的经济效益均有帮助。电能智能调节的关键技术有2 种：

（1）电力自动化技术；

（2）人工智能（AI）技术。

在电力自动化系统中，在获取用电需求的基础上，依托AI 技术自动生成智能调配方案；然后利用电力自动化技术，将这一方案落实下去，保证了电网按照既定计划完成运行。相比于人工调配，基于电力自动化技术的智能调配，具有响应速度快、调控精细化、经济性等优势。

3.2 在多元继电保护中的应用

继电保护装置也是电力工程中一系列保护设备的总称，常见的有电流保护、平衡保护、瓦斯保护、差动保护等几种，这些不同类型的继电保护装置共同维护了电力工程的正常运行。继电保护装置具有速动性、灵敏性等特征，但是由于工作环境恶劣，在受到强烈震动或电磁干扰后，很容易出现灵敏度降低，或者是误动、拒动的情况，从而失去了保护电力系统的功能。电力自动化技术在继电保护中的应用，对维护其稳定运行、延长其使用寿命有显著作用。实现途径有二：

（1）直接监测继电保护装置，获取输出电压、输出电流等参数，判断装置是否存在异常工况；

（2）控制其他装置加以保护，例如调节变压器、稳压器，保证电力系统中电压稳定，减轻继电保护装置的运行负荷，对维护其稳定运行也有积极帮助[3]。

3.3 在电网运行监测中的应用

近年来，因为电力工程出现突发故障而导致局部电力供应中断的情况时有发生，对电力用户和供电企业均造成了严重损失。统计数据表明，电网运行中故障类型多样，既有外部因素导致的，如雷击等；更多的是内部因素造成的，如电气设备老化导致绝缘失效。为了实现对电网运行的动态、全面监测，确保有异常状况、故障隐患能够被第一时间发现和处理，必须要应用电力自动化技术。其监测原理为：电网中分布着大量诸如传感器之类的信息采集装置，以特定频率采集电气设备的运行数据；利用无线通信装置，将数据传输到终端控制中心，并在数据库中暂时存储；中央计算机运用大数据技术，将电气设备的实时参数和标准参数进行配对。配对成功，则说明电气设备运行正常；反之，则说明异常运行，并根据数据来源锁定故障源，提醒技术人员做进一步处理。

3.4 在变电站无人值守中的应用

在整个电力工程中，变电站通过发挥调压、稳压功能，在满足用电需求和保证电力系统稳定运行等方面意义重大。由于变电站的位置分散，周边环境复杂，包含设备多样，通常需要安排专人值班看守，人工成本较高。在电力自动化技术的支持下，在各个变电站中安装了远程监控系统，包括音视频监控装置、环境变量采集装置、网络通信装置、终端监控装置等。能够实时采集并传递各个变电站的实时信息，如运行工况、状态参数等。利用远程监控的方式，技术人员随时掌握整个电力工程范围内所有变电站的实际情况，以便于根据电力系统的运行需要，进行灵活地远程调控，从而实现了无人值守、自动运行。在帮助电力企业节约人工成本的同时，利用中央计算机代替人工完成运行监测和智能调控，对于变电站自身运行的稳定性、高效率也有明显帮助。

4 电力工程中电力自动化技术的发展趋势

4.1 智能化

近几年人工智能技术在推进电力自动化发展中，发挥了不可替代的重要价值。特别是专家决策系统、人工神经网络等具有代表性的人工智能技术，在电力工程故障自检、智能调度等方面展现出了强大的技术优势。但是我们也应当认识到，受到技术水平的限制，以及出于技术成本的考虑，现阶段电力自动化领域人工智能技术的融合度不高。未来一段时间内，技术的成熟和成本的降低，将会推动电力自动化系统在智能化方向上有更加明显的进步。例如在输电环节，可以实现输电线路智能巡检；在配电环节，可以实现配网调控一体化；在用电环节，推进了现代智能楼宇的建设等等。

4.2 微型化

在电力工程应用功能不断丰富的背景下，电力系统的结构组成也变得更为复杂，无形中增加了系统管理的难度，也影响了系统运行的稳定。随着电力自动化技术的创新，电力系统结构的简单化、微型化，将会成为一种发展趋势。相比于现阶段电力自动化系统中独立分布的电气设备，微型化的电力系统结构，除了进一步压缩电气设备的体积外，还能够采用模块化设计、集中化布置的方式，提高了电力系统的运行稳定性[4]。除此之外，随着电力工程规模的扩大化，电力自动化系统数量增加，在乘数效应的影响下，每年产生的运行能耗也不容小觑。未来电力自动化系统朝向微型化发展，对降低系统能耗也有一定的帮助。

5 结语

电力行业的发展和同行竞争的加剧，迫使电力企业不得不创新电力自动化技术，并将其应用到电力工程中，在实现电力系统运行监测和故障自检，以及降低电力设备运行损耗和提高电力能源利用效率等方面发挥出技术优势。下一步，电力企业要从资金、人力等方面加大投入，为电力自动化技术的创新应用提供必要的支持。以提升电力工程的智能化控制、可靠性运行、多功能服务为基础，让电力企业能够提升供电质量、增加经营效益，在行业竞争中实现自我的可持续发展。