电气自动化技术在电力系统中的应用探析

2022-03-13周冕

今日自动化 2022年11期

周冕

（广东粤电花都天然气热电有限公司，广东广州 510800）

1 电气自动化技术在电力系统中的应用价值

电力系统的运行成本与效率直接挂钩，所以如何在保证基础运行成本的情况下提高运行效率一直是该技术突破的主要难点。在传统电力系统设计中，设备运行效率受成本管理影响极大，并限制了该技术的发展速度。尤其在部分投入回报比期望较低的区域，其技术更新效率更是难以想象[1]。同时，运行效率提升还与其他系统的运作情况有直接联系，比如人员管理、系统动态调整能力等因素也会间接转化为管理成本，并影响到设备实际运行效率。而电气自动化技术本身可以优化传统设备的运行模式，并能够减少部分设备在运行过程中所产生的额外成本消耗。比如在电力系统的控制系统组件中，电气自动化技术能够代替63.27%的额外成本管理。当然，电气自动化技术本身也可以调整成本在电力系统中的结构组成，一来能够有效降低系统运行中的额外效率损耗，二来也能够通过优化系统设计来提高设备运行效率上限。

2 电气自动化技术在电力系统中的应用

2.1 智能控制应用

在智能化控制应用中，电气自动化技术在电力系统中的具体应用主要体现在三个方面，即分别为发电智能控制、调度智能控制、用电智能控制。电力系统依靠电气自动化技术将上述三方面进行统一整合，并将发电、调度、用电控制中的电力损耗调整至最低水平。与传统供电模式相比，发电智能控制能够有效提高现代电力网络对于新能源的支持，并能够更加直观地展示出新能源的电力供给曲线。而用电智能化则是从电力消耗末端入手，通过优化与服务对象的互动模式来提高最终的电力服务质量。同时，部分智能用电控制系统能够通过数据库来对发电控制、调度控制进行调整，从而实现区域内的电力供给自动化[2]。

2.2 仿真技术应用

仿真技术应用主要体现在电力系统的前、后台控制系统中，功能实现主要依靠PC 机来连接前后端，并保持两端的数据交换。该系统中前端控制作用较大，其数字信号接收、操作命令反馈等功能直接影响了其他试验设备的具体表现。而为了提高仿真技术的应用效果，部分区域也会采用功率放大器来实现大功率输出的基本负载需求。从严格意义上来讲，该类型设备已属于特种设备，并能够与模拟阻断器共同应用至该系统中。而随着电力系统的不断完善，仿真技术的应用空间也更加广阔。

2.3 技术集成应用

技术集成应用主要由两部分构成，分别为计算机控制技术和自动控制技术，两技术的混合使用满足了变电站的大多数功能，尤其是在二次系统的控制中，其优势体现的十分明显。在具体应用中，电力系统会根据电网的具体需求来调整自动化控制体系，并将其细分为继电保护、基础数据收集、电源系统稳定三大控制区域。而与传统电力技术控制系统相比，该控制系统在通信控制和主计算机控制中体现出了巨大优势，同时对二次设备的管理也远超过传统管理能力[3]。另外，该集成方式也优化了二次系统的控制逻辑，并大大降低了模拟运算的误差率。总而言之，该操作模式体现出了较大的灵活性优势，并调整了电力系统的维护、扩展空间，极高扩展了系统上限。

2.4 变电运行控制

电网变电运行控制受相关设备的影响，而电气自动化技术极大地提升了变电运行控制能力，并使得其能够具备以下几种基础能力：①通信能力。通信能力直接保证了变电运行控制中的独立性，从而使通信过程中的软件相互独立，并降低该系统运行中的干扰。在现阶段，该技术的优化使得通信本身对特殊工艺的依赖性降低。②异常预警能力。该能力保证了变电运行控制中的设备自检能力，并能够针对设备的高负载运行进行管理。尤其是在特殊运行环境下，其自检能力能够为电力系统的故障排除提供信息支持。同时，该能力也能够使操作人员拥有一定的故障预防能力。③设备自检能力。电力系统的设备较多，且连接方式也不具备统一性，而这也大大增加了设备的检修压力。不过，变电运行控制中的设备自检能力能够有效辅助检修人员进行系统检修，并拥有与其他电气控制系统联动的能力。

2.5 故障诊断应用

在故障诊断处理中，传统电力系统的故障排除滞后性较强，并且排查活动本身也会受到多种因素限制。多数变电站二次设备会受到外界环境影响而出现数据异常，但传统过程监管很难及时发现二次设备所出现的数据异常。在现阶段，电力系统自动化技术已经是能够实现与二次设备的直接链接，并且其本身的数据监测功能也能够完整收集二次设备运行中的设备数据[4]。而在此能力加持下，操作人员也能够及时判断电力系统中的故障类型，并迅速形成故障应对方案。而在输电线路的故障排查中，故障排除人员也能够摆脱传统的人工检查以及无人机作业检测。

2.6 人工智能技术应用

从本质上来讲，人工智能技术是对传统电气控制技术应用的整合，其主要优势是通过人工智能来代替传统控制系统中的部分功能，因此在实际应用分布上，人工智能技术在电气自动化系统中的体现更加多样性，比如操作整合、自动化控制、故障排除等领域都有人工智能技术的分布。同时，人工智能技术在自动化控制技术中表现出了更大的优势区间，所以该领域也会成为未来人工智能技术发展的主要区间。

3 案例分析

为了清楚展示电气自动化技术在电力系统中的具体应用情况，文中将江苏南京某地区电力系统的建造情况作为实例进行详细情况分析。

3.1 变电站应用实例

在功能体现上，变电站在电压变换、电力流向控制、电能分配中作用极大，并且作业中人工作业占比较高，也是电力系统人工作业的主要集中区域。在变电站管理中，自动化控制能够有效替代管理中的人工作业占比，并能够有效缩短基础作业周期。比如在电力流向控制和电压变换中，大部分地区都实现了自动化管理覆盖，而管理效果也远超传统的人工作业。而对于复杂度较高的电能分布，当代电力自动化技术虽然不能够实现全自动化，但依然能够与电气设备进行协同工作，并生成运行记录[5]。同时，对于变电站中的故障应对，自动化电气技术也能够通过与控制系统相连来监视变电站的运行数据，并拥有对异常数据进行分析的条件。而在与全微机化装置的联动中，部分区域甚至能够实现定点监控，从而能够有效提高变电站的故障处理的针对性。

3.2 电力系统建造应用实例

在现阶段，智能控制系统在电力系统建造中的应用主要为以下几个部分：①神经网络控制系统。以该地区的电力系统建造为例，神经网络控制系统以神经元控制为最低单位，其本身具备较强的控制学习能力和线性处理能力。而在经过深层学习后，该控制系统能够灵活调节权值，并能够明显增加控制系统中各基础硬软件的一体性，并实现基础的控制功能。可以说在该模式下，电力系统的智能检测、故障排除等基本功能才有了应用环境[6]。②模糊控制。控制模式可以将复杂的电力系统控制原理进行模糊化，从而降低控制对象与控制系统的控制依赖。这一该控制模式可以有效提高控制系统的兼容性，同时也能够实现电力系统对其基本故障的排除。另外，在具体的实际应用中，可以发现模糊控制在部分复杂环境下的应用优势十分明显，同时控制逻辑的改变也避免电力系统控制陷入与控制对象的依赖。另外，模糊控制逻辑的使用也能够与上述所提到的神经网络控制进行联动，从而能够对目标地区的电力环境进行学习分析，从而为智能用电调配提供基础条件。③智能系统监控。在监控系统的提升上，智能监控技术主要提高了传统电力系统的监控范围，并能够实现针对性的监控动作。同时，智能控制系统还降低传统电力系统对于监测行为的限制，并使得传统电力系统的故障得以统一整合。另外，智能监测系统还利用了现代图形化结构优势，并拥有电力系统运作数据曲线图绘制能力。该能力在系统中不仅能够为模糊控制逻辑提供监测对象的基本限制，还能够为神经网络系统的深度学习提供支持。另外，现阶段智能监控系统的基本功能也不仅仅体现在数据记录，其本身拥有的图形化结构模式也能够帮助电力人员快速实现故障判断。在一些复杂区域的故障排除中，该监测的效率要远远高于传统的数据监控。而在快速应急控制技术的配合下，电力系统的紧急风险控制也得到了有效保证。④专家系统建设。该系统主要是通过专家经验支持来提高控制系统自身判断稳定性。在具体表现上主要分为两种形式，即专家直接技术支持与专家经验的学习控制。在该系统中，该控制模式提前预留了专家对接控制接口，并通过操作经验来对电力系统进行部分干预，尤其是在电力系统的初期建设中，其作用体现明显。而在电力系统构建后期，该系统能够有效辅助模糊控制系统进行供电末端的数据控制，同时也能为神经网络信息系统提供技术支持。

3.3 电气自动化技术的具体结构模式设计

在具体模式设计中，电气自动化系统集成一般以三种结构出现：①集中式。在计算机的功能支持下，利用I/O接口的扩展来采集变电站的数字量与模拟量，并通过该数据完成基本的自动控制、微机监控以及保护功能[7]。在线阶段，集中式结构模式已不再依赖于单一计算机，多数情况下会采用多台计算机联合作业方式来实现基本功能。另外，该结构中也利用到了大量微型计算机，且计算机的任务处理压力也远超以前。②分布式。在该结构类型中，变电站的大致功能都已具体分布给对应计算机，而对应计算机的数量也具有扩充功能。在多数情况下，该系统以CPU 系统为工作核心，并通过多CPU 系统来提高不同环境下的故障应对能力。而针对时间应用过程中的CPU 处理瓶颈，本地区也通过多CPU 串行方式冲破了CPU 处理瓶颈。另外在扩展性上，分布式结构确实表现出了其优势。比如在故障处理中，局部故障并不会对该系统造成严重影响，而且能够为故障排除争取更多空间。另外，分布式结构还能够依靠分层与集中录屏方式快速扩展其结构功能，并能够在中低压变电站的应用中表现出更多的优势。③分布分散混合结构。在实际应用中，该设计逻辑也会将传统的变电站逻辑分为两层，即分别为间隔层与变电站层。而在本地区的应用中，为了提高该结构的稳定性，还通过加入通信层来调节上述两层的平衡关系。在该操作逻辑中，集成化的测控单元能够实现断路器的大部分工作，甚至能够通过智能化控制来将控制、保护、数据采集等基础功能进行整合。在位置选择上，测控单元受位置空间限制较小，并能够通过通信电缆提高各测控单元间的连接能力。而在具体的优点表现上，该结构直接提高了电力系统控制的自动化水平，并将结构中的各组件的连接升级为软件控制，而这也意味着该结构在未来将会表现出更加灵活的结构调整能力。