电网建设中电气工程自动化技术应用研究

杨静林，高峰

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，呼和浩特 010020）

1 引言

作为国民经济的支柱产业、基础产业、战略产业，我国电力行业随着近几年国家经济发展呈现出蓬勃发展态势，电力发电量、用电量规模均持续扩展，已成为全球最大的电力能源生产国、消费国。截至2021 年6 月，我国规模以上电厂发电量达3.8717×1012kW·h，同比增长13.7%，全社会用电量为3.93×1012kW·h，同比增长16.2%。而电气工程是电网中至关重要的一部分，电气工程自动化技术的应用将为我国电网建设智能化提供充足支持。因此，探究电气工程自动化技术在电网建设中的应用具有非常重要的意义。

2 案例概述

某电网建设工程位于呼和浩特市，项目总投资15 864.52 万元，其中建设投资12 352.52 万元，占项目总投资的77.86%，其余为流动资金。该电网建设工程包括AMI、AAM、ATO、ADO 几个部分。其中，AMI 为高级测量架构，负责与用户之间建立通信联系，并发送带时标的系统信息；AAM 为高级资产管理，负责使用高级输电运行、高级配电运行以及高级测量架构信息，进行电网运行效率、资产配置的改善；ATO 为高级输电运行，负责利用高级配电运行信息进行运行改善、输入优化，并赋予高级测量架构访问时长的权利；ADO 为高级配电运行，负责利用高级测量架构的通信收集配电信息，并对电网运行情况进行改善。

3 电网建设中电气工程自动化技术的优势

3.1 提高效率

传统电网建设需要多人参与勘测设计监督管理，监督管理效率处于较低的水平，相关问题无法被及时发现和解决。而利用电气工程自动化技术，可以通过指令输入、评价标准设置的方式，实现对整个电网建设系统的动态监督，及时发现电网勘测设计阶段存在的风险，提高勘测设计作业整体效率。

3.2 便捷操作

在我国科学技术蓬勃发展态势下，电网建设智能化进程进一步加速，电气工程自动化技术得到了良好的发展机遇，智能化特征更加突出。利用更具智能化的电气自动化技术，可以对电网建设操作进行全程规范，并利用移动化终端进行电网建设工作的细化调控，提高电网建设操作的边界性[1]。

3.3 保障安全

变电站是电网建设中整个电气系统中心组件中转站，通过利用电气工程自动化技术，可以促使相关工作者更加便捷地管控变电站，进行变电站运行期间生产数据的集中收集、处理。同时根据数据发展趋势，进行整个变电站的诊断，第一时间发现变电站运行阶段存在的隐患，第一时间解决，为变电站安全运行提供保障。

4 电网建设中电气工程自动化技术的应用

4.1 电力调度中的应用

电气工程自动化技术应用之前，电网电力调度自动化主要包括变电站自动化、调度主站自动化2 个部分。变电站自动化主要利用远方终端装置RTU 与遥测装置进行集中式或分布式调度；调度主站自动化则是依托SCADA（计算机数据采集与监控系统）进行调度自动化框架构建，内部信息孤岛较多，信息共享受限。基于此，在上述案例中，依托通畅、坚强的实体电网架构，结合服务生产全过程需求，进行系统多种类别实时生产、运营信息的整合，进一步提高对工程完整、准确、标准且含精确时间断面的全景信息的获取能力[2]，进而面向电网业务，展开动态、实时的诊断、分析、优化，为电网运行工作者提供精细、全面的电网运营状态图，助力调度决策。

基于电气工程自动化技术的电力调度自动化需要结合IEC 61970《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》，从多厂商开发EMS 应用集成、独立完整EMS 系统集成、EMS 系统与电力系统运行及其他系统（发电系统、配电系统等）集成几个方面，推进EMS 应用软件开放化、组件化，降低调度信息集成、信息共享便捷性。该项目结合自身条件，依托高级测量体系AMI（通信网络、智能电表、用户室内外网络），关联负荷数据、调度系统，将高级智能配网子系统ADO、基于三维的GIS地理信息子系统、高级智能输电运行子系统ATO 互相兼容，提高系统间冗余，消除全局范围内信息孤岛，便于从多个区域性电力系统数据库内进行电网数据调用，实现电网的双方向互动供应电力能源，提高电能资源调配的有效性。

在实际运行过程中，电气工程自动化的电力调度包括电网数据采集、自动发电控制、经济调度控制、电力市场化运营、电力故障分析及处理几个环节。其中电网数据采集主要是利用信息采集模块实时采集下级发电厂、变电站数据，并将数据集中上报给综合分析中心——控制中心。进而经传输系统向调度中心传达指令；自动发电控制主要是以调度自动化系统智能信息处理中心为依托，智能分析采集数据实现一定范围内的发电控制自动化，规避发电不足、发电过量问题；经济调度控制则是依据数据分析结果，进行电力资源的经济配置，降低电力资源浪费风险[3]；电力市场化运营主要针对电力能源无法存储的特点，以某一时间段内电力运行情况为对象，开展系统数据统计以及电力运行质保观察，为电力资源市场化低风险运营规划提供依据；电力故障分析及处理主要是依托信息采集与传输处理系统，对电力能源传输过程中易出现的问题进行检测，及时发出警报或自动调节，避免大面积电力系统出现问题。

4.2 发电厂分散监控中的应用

发电厂分散监控系统又可称之为DCS、分布式计算机控制系统，为引入控制分散、管理集中思想的现代化仪表控制系统。系统结构形式为多层分级，可以适应多种过程控制管理、数据获取以及电力资源市场化运作要求。将电气工程自动化技术应用到发电厂分散监控中，可以有效连接发电厂多区域、多功能计算机，在闭环控制系统内便捷维护。比如，在2 台发电机组为一组的发电模式中，一旦其中一台发电设备出现故障，就可以利用基于电气工程自动化技术的分散监控系统断开故障发电设备，规避故障发电设备对整体发电效率的影响。

在发电厂分散监控中，电气工程自动化技术是实现监控综合自动化的关键，可以在原有监控系统功能上进行自动化水平的进一步延展，为发电厂综合控制功能的提升奠定基础。以分层分布分散全微机自动化系统为例，需要经工业以太网，依据IP 通信协议将若干发电机组、控制终端设备互相联结，推进发电厂分散监控系统的一体化运作，达成分散控制、集中管理目的。一般分层分布分散全微机自动化控制系统可以在中央控制室集中布置，并在取消常规控制室的基础上，进行网孔部分、电气自动化部分、控制部分的集中纳入[4]。此时，利用网络控制自动化，可以完成公用电气系统、升压站的检测控制。同时考虑到分散控制系统配置合理性关于整个发电厂电力系统运行状态，应选择相对独立的设计方式进行1 号机组、2 号机组分散控制系统的设计，并进行操作站、过程控制单元、历史数据库等节点的恰当分配，保证数据、指令的高效率传输。

4.3 配电网中的应用

根据电网建设中配电网自动化需求，技术人员可以建立以数字化变电站为切入点，以服务器模型、逻辑节点模型、数据对象模型、逻辑设备模型为基础，结合非常规互感器、现代化变电站网络通信、系统协议IEC 61850，进行装置和变电站调度自动化数据模型，促使数据变得确定化、透明化。进而利用面向对象的数据自描述方法，进行不同类别数据对象DAType、DOType 类型的定义，促使其形成LNType（逻辑节点类型）。同时将多个类型的逻辑节点集成装置模板，并将若干装置实例与一次设备实例整合为变电站数据，实现面向对象数据服务的完整描述。在这个基础上，利用新型互感器以及过程总线，突破站控层自动化功能装置“边界”，实现测量信息的全方位共享。并在信息交互的基础上，利用自动化功能间逻辑配合代替“硬接线”，为配电网控制中心系统提供更加完整的一次设备监测信息、电网运行状态信息、二次设备检查信息与电网故障计量信息等。通过信息传输，实现电网故障分析、区域防误策略、区域无功优化策略或区域备自投策略。

从本质上而言，配电网运行中的电气自动化技术应用是借助计算机技术，以微机操纵的方式保障电力平稳、高效、安全运行。同时辅助工作者进行多级别运行信息的查找，推进自动化调度控制的实现。具体实操过程中可以运用具有混合式特征的PLC 技术，以自动化编程以及各环节操纵指令记录的形式，联结微机技术、配电网继电接触控制端以及系统内总线，为配电网压力调控自动化、流量调控自动化以及开关量操作自动化的实现提供依据。

4.4 电气设备控制中的应用

在电网建设中，电气设备包括电气传动系统、电气传动控制系统2 个部分。前者包括传动装置、生产过程自动控制部分、动力部分几个部分；后者包括逻辑元件系统（有触点/无触点）、程序控制系统（可变/固定）、开关量/连续量几个部分。电气工程自动化技术可以在电气设备电气传动系统生产过程自动控制部分、电气传动控制系统程序控制系统中应用。即根据传统电气设备电气传动系统工作原理，以TCP/IP 协议嵌入电气设备ROM 内的形式，与微处理器（微计算机）有机结合，利用微计算机计算、存储功能处理电气设备数据，并调节电气设备内部行为，获得最佳数据[5]。同时促使电气设备具有双向信息交互功能，在TCP/IP 协议的支持下，与外界数据网络之间展开双方向数据交换，实现现场级Internet/Intranet/Ethernet功能。此时，网络授权用户、开放Internet 的区域均可经浏览器获得现场信息，满足现场电气设备远距离在线控制、编程组态需求。

此外，考虑到电气设备内含较多联锁保护装置，对运行可靠性具有较高要求。因此，本案例在使用电气工程自动化技术过程中，均选择安全性高、抗干扰效果强、作业效率高的自动化保护装置，以便在完成电气设备正常启动/停止、运行调度操作自动化的同时，实时监控电气设备运行状态，应急处理电气设备数据故障，降低电气设备运行风险。

5 结语

综上所述，电网建设与电源建设共同组成了我国电力建设系统，包括输电线路与变电设备建设、传统输配电网智能化升级改造等内容。通过将电气工程自动化技术应用于电网建设中，可以提高能源利用率，改善服务体系，促使电网建设与国际能源多元化、清洁化结构相适应。因此，相关人员应根据电力调度、发电厂分散监控、配电网、电气设备控制等模块需求，进行电气工程自动化技术的合理利用，为电网建设作业的高效率、高质量开展提供保障。