电气自动化在电力系统中的应用及发展探讨

上海电力大学 马新然

1 引言

在数字技术不断高速发展的背景下，以往的电力系统发展方式已经难以满足社会的需求，使相关领域的发展受到了制约。因此，电力系统必须充分利用电气自动化的技术，该技术的应用可以使相关企业在生产过程中节省大量的资源，同时也能够减轻工作人员的工作负担。本文在电气系统自动化技术的发展及现状的基础之上，对电气自动化技术未来发展方向进行总结概括，同时提出了相应的建议措施。

2 城市配电自动化系统的介绍

用电采集自动化系统与馈线自动化系统是城市配电自动化系统的主要构成成分。现代城市不仅需要大量的电力能源，对电力运输水平的要求也极高，主流的城市配电自动化系统包含智能终端设备、子站系统、主站系统等。

首先是主站系统。主站系统往往会倾向于一体化的系统整体，在应用过程中，该系统能够使总系统的性能得到更好的发挥，并且具有更高的安全性。从目前城市配电自动化系统的发展现状来看，主站系统整体的运营已经达到了较成熟的阶段，相关性能运行也较为流畅，主要负责管理和控制配电网的运行。不仅如此，主站系统可以实现对配电网的实时监测，如果配电网在运营过程当中出现缺陷，就可以及时上传到控制系统，防止因为配电网出现问题而导致城市用电系统出现中止。

其次是子站系统。这一部分系统的主要功能就是辅助主站系统及时发现配电网的缺陷和不足，并且对配电网的运营实况进行严格监测。子站系统的另外一个功能就是能够及时地将海量无序的相关信息和数据进行有效的整理和处置。

最后是智能终端设备。目前，应用比较普及的智能化设备主要有智能电流限制器、智能配电变压器等，这些设备是电力系统运行的前提，数字技术的不断升级也促进了设备的发展，智能化设备的发展越来越先进。

3 电气自动化技术在电力系统中应用的要求

电力系统为了能够适应目前社会经济的高速发展，以及人们生活水平的提升，所以在利用电气自动化技术的时候也有更高的标准和要求。

3.1 电力系统要提升数字化和智能化

当前，在数字技术应用在各行各业的背景下，电力系统的数字化和信息化的发展也越来越高标准，电力系统为了能够实现更高的经济收益和运行效益，也必须要在电力系统的运行过程当中实现自动化和智能化。

3.2 电力系统要提升安全稳定性

离开了电力能源的支持和供应，社会和经济的发展会受到极大的影响，因此电力系统的运行必须要实现高度的安全和稳定，才能够为社会和经济的正常运行提供保障。首先，电力系统必须具备高效率的修护性能，一旦电力系统内的任何一个环节和部分出现问题时，能够快速做出相应的应对措施，尽量避免造成影响过大的破坏，使电气自动化技术与电力系统有效融合，不断使电力系统进行升级优化，相关工作人员能够更加轻松的去调控电力系统，对出现的紧急故障及时进行控制和调节，工作人员在进行操作时，流程比较简化，减轻了工作人员的负担，同时也节省了人力资源的成本。

在各行各业都推进自动化和智能化的背景之下，电力系统也要通过电气自动化这一创新突破口，使电力系统的整体运行模式得到升级，并且使电力系统的发展逐渐满足社会的需求和社会经济发展的需要。

4 电气系统运用电气自动化技术的现实状况

4.1 电气系统中电气自动化技术的主要内容

依托于计算机平台和相关技术的发展升级，电气自动化技术得到更加普及和广泛的利用。下文对电气自动化技术的主要内容进行介绍。

4.1.1 自动化仿真技术

目前，仿真技术广泛地运用在电力系统当中，该技术能够及时处置电力系统工作时上传的海量无序信息，提供虚拟的操作场景和试验环境，并且能够对系统运行过程中出现的缺陷和不足进行虚拟和研究，可以实现多项操作同时进行，极大地促进了电力系统工作的效能，尤其对引入新的电力系统的设备进行检测时发挥着关键作用。

4.1.2 智能控制技术

智能控制技术在目前电力系统中的应用还不够普及，是新兴的一项技术成果，主要运用在模型不明确和标准较高的系统当中。通过电气自动化技术的运用，对电气系统进行智能化的升级优化，通过互联网平台，实现对电力系统工作全过程以及各个环节的实时监管，一旦发现相关的安全隐患，可采取措施制定策略进行预防，避免因为电力系统的故障而造成社会经济和人民群众生活生产的不便，进一步提升电力系统运行的效率和质量，所以电力系统应该将智能技术进行广泛普遍的运用。

4.1.3 动态监控技术

实现电力系统安全稳定的运营，必须进行相应的监控技术的运用。目前，大多数电力系统主要是通过数据搜集和动态监控技术的使用，实现对电力系统的实时监测。

发展最为先进的就是动态安全监控技术，这种技术发展的前提是地理信息定位系统技术的运用和scada 技术的运用。其运用过程主要是通过地理信息定位系统对相关数据资料进行搜集，通过通信系统对相关数据信息进行传递，为电气系统的控制中心提供操作运营的信息依据。传统的电气系统当中，大多采用的是静态监测的途径，但是目前对于电气系统的监控技术逐渐实现动态化，这意味着电力系统在对系统的安全监管的基础之上，能够进一步实现实时监测，在电力系统的运行模式和发展方向上发挥着不可取代的关键作用。

4.1.4 柔性交流电系统

该项技术的运用主要是在输电环节当中，通过使用独立性较强的相关装置设备，实现对输电过程当中相关参数的严格把控，保障了电气系统工作的稳固性。该项技术的整体理论基础比较扎实，技术水平也非常先进。

4.1.5 合成整合技术

这项技术的充分利用可以使多项技术实现整合，在对电力系统的操作运行过程当中实现一体化操作。这使电力系统的工作更具连贯性，能够顺应现在社会和群众的相关需求，与传统模式相比，节省了人力、物力以及资金预算的投入，在一定程度上增加了企业的利润收入。

4.1.6 通用变频器

从一般意义上讲，人们所指的通用变频器包括了批量化、系列化、市场占有量比较大的中小功率，比如400kVA 以下的变频器。从产品来看，第一代的变频器具有普通功能的，如UF 控制型多数采用的是16位的CPU，而第二代的变频器主要是高功能的UF 型，这种类型的变频器主要是采用了32位的DSP，或者是采用了双16位的CPU 来进行控制，并且采用了转差补偿器、磁通补偿器和电流限制控制器等，具有挖上机和“无跳闸”功能的变频器通常也被称作为“无跳闸变频器”，目前，这类变频器占据着较大的市场份额[1]。

4.1.7 集成电路、单片机及工控计算机的发展

以MCS-51为主要代表的8位机在目前虽然仍占据着主导地位，但其功能非常简单，并且指令集比较短小，因其可靠性高，保密性好，从而适合大批量地用于生产PIC 系列的单片机以及GMS97C[2]。

4.2 电气自动化技术在电力系统当中应用的相关领域

4.2.1 在变电站当中的运用

电气自动化对变电站自动化的推动作用，是目前电气自动化在电气系统当中得到充分利用的一个主要环节。通过电气自动化的充分运用，使传统依赖于电磁系统的相关设备更加程序化、标准化，能够更加轻松地对变电站内的相关设施进行高效操控，对设备进行全天候的实时监管，更好地促进了变电站内相关设备运营的稳定性和安全性，为电力系统进一步实现自动化和智能化起到了关键的促进作用。

4.2.2 在电网领域的应用

电网调度环节也是电气系统工作过程当中非常重要的环节，是电力系统实现智能化和自动化的关键内容。通过电气自动化技术的运用，使电网实现了自动化的控制和调度。对电网进行一体化的建设，能够通过互联网技术和信息平台充分运用信息数据处置性能，达到对各个层级的变电站，以及相关环节和部门的实时监测和调整。在电力系统中，通过广域网连接，对广泛的范围内的相关部门，以及设施运行都能够进行高效的数据信息收集，及时对这些数据信息进行研究探索，从而辨别电网系统在运行过程当中的相关故障以及安全稳定性。

4.3 微网技术

该项技术主要运用于配电网的运行当中，并且对电力系统的升级和优化起到了关键的促进作用。该项技术的主要内容就是分布式发电技术的应用。根据当前电气系统的整体发展实际情况能够看出，该项技术已经得到了充分的利用和发展，在电气系统的升级过程当中持续助推。微网技术的有效运用能够使配电网系统实现一体化的整体构建。

该项技术的充分利用使电力系统的智慧化得到了极大的促进，同时电力行业的管理体制机制也更加符合当下的用电需求，有效地简化了相关工作流程和工作内容的操作难度，减轻了工作人员的工作负担。虽然目前该项技术的普及和发展程度还不够，并且在我国的发展时间较短，仍然属于电力领域的前沿技术。但是，在政府层面加大了对该项技术的投资和研发力度，我国也在积极建设微网系统，并且已经实现了较为显著的成果，推进了全球范围内微网技术研究开发的进展。

4.4 分布式能源接入技术

分布式能源接入技术的主要构成部分就是分布式储能与分布式发电技术的相关运用。随着风力发电和燃气轮机技术等相关技术的运用越来越普及，分布式发电技术包括的相关内容也越来越多，在运用的过程当中，能够发挥越来越先进的水平。分布式储能技术主要包括多种形式的能量储存装置。相比较于传统的发电技术，分布式发电技术在运用过程当中具有更先进的特色，其对周围环境的破坏较小，并且能够实现更高效的发电，出现故障和缺陷的可能性也较低。除了以上几个优势以外，分布式能源接入技术投入的资金也比较少，能够为企业节省大量的成本，获得更高的经济效益。

尤其需要注意的一点是，在应用分布式能源技术的时候需要与技术水平较高的配电线路保护模式相配合，所以如果电气系统要充分利用分布式能源接入技术时，必须要运用较为先进的配电系统保护模式，两个系统相互配合才能够实现更好的运行效能，同时保护配电线路的稳定安全。目前，我国已经对新型的配电网自动化系统进行了高度研发，这项系统能够完全满足分布式能源接入技术的应用，从而对配电线路实现较好的保障作用。

4.5 与用户的互动技术

电力行业的长效发展要依赖于相关用电顾客的支持，因此电力系统的运行要以满足用户的生活生产需要为目标，使用户能够获得最大效益。在传统的配用电模式中，电力系统的自动化和智能化发展局限着相关用户与电力系统互动的过程，但是目前在配用电的过程当中，用户与电力系统之间互动技术的不断升级是相关用户能够积极主动地参与电网互动，使用电管理系统更加先进。

用户的用电方式途径也在发生着巨大的变化。相关用户能够自由主动地参与到电气系统的运行过程中，并且能够响应电气系统的相关行为和变革。当前，电力资源在我国仍然属于比较紧缺的能源，所以相关企业必须保证电力资源的合理分配，使用户能够正常进行生活生产，用电高峰期能够平稳供电，不会出现中断的现象。大多数企业目前使用阶段式电力收费模式，通过这种模式的使用，能够使用户最大限度保护自身的利益，并且实现用电的安全稳定性，避免了电力资源的浪费，实现电力资源的绿色发展。

5 电气自动化技术在电力系统当中应用的未来发展方向

电气自动化在电力系统中的充分利用，使电力系统的运营更加便捷，同时使电力行业实现更加高效的转型升级，电力能源的供应也逐步转向可持续化和绿色发展方向。但是，通过对目前电气自动化技术在电力系统当中的利用实际现状可以发现，电气自动化的运用仍然没有实现完善和一体化，在社会经济和生产生活的不断发展的背景之下，电气自动化的运用和发展会有更高的标准和要求，所以相关企业必须强化对于这一技术发展的重视程度，并进一步加强其实际应用。

综合概括，可以将电气自动化技术在电力系统中的运用的未来发展方向总结为以下几种：首先，电气自动化技术要充分发挥对电力系统的操控和管理，要从过往的开环监测模式转变为闭环监测模式的促进作用，如过往的模式是将电力系统的系统功率总和进行相加，而目前要通过电气自动化技术实现自动发电控制。

其次，通过电气自动化技术的运用要实现电力系统的低电压等级，摒弃过往的能量管理系统，向配电管理系统方向发展。

再次，电力系统的性能运行中，要实现多功能一体化的发展，如电气自动化技术对变电站自动化运行的关键作用。从某种角度来看，多个板块、多种功能的一体化发展不仅有利于各项功能的实现，同时也便于后续的管理和维护，这对于从根本上提升电力系统的综合性能无疑有着一定的积极影响。电气自动化技术的运用助推电力系统实现智慧化发展，电力系统要不仅仅局限于追求经济利益的发展方向，而是更多的实现社会效益，充分发挥服务意识。

最后，电力系统自动化将进一步在电力系统故障排查中得到广泛应用，随着通信技术及模糊控制技术的应用和发展，基于这两项技术的电力信息数据采集整理功能将更加完备，这也意味着电力系统故障自动排查处理的精准化将进一步提升。

只有充分发挥电气自动化技术在电力系统的不断升级、优化中的关键地位和重要作用，才能够使电力系统的整体运行更加稳定高效，进一步推动电力行业的自动化和智能化发展，利用电气自动化技术，能够使电力系统为社会经济和人们生活水平的提高提供能源支持，实现电力系统运行效能的极大提升，电力能源实现节能可持续发展。