自动化技术在供配电中的应用研究

2023-11-05廖政斌

电气技术与经济 2023年7期

关键词：供配电调度电网

廖政斌祝珊谢承

（1.咸宁职业技术学院 2.国网咸宁市咸安区供电公司）

0 引言

自动化技术是一种通过计算机、控制系统和信息技术实现生产过程自动控制和管理的技术。它旨在减少人工干预，提高生产效率、质量和安全性。自动化技术在众多行业中得到了广泛应用，如制造业、交通运输、医疗保健、能源等领域。

在供配电领域，自动化技术的引入可以实现电力系统的实时监控、故障检测与诊断、智能调度与优化等功能，从而提高电力系统的可靠性、稳定性和经济性。随着电力系统规模的不断扩大和能源结构的转型，供配电自动化技术在现代电力系统中的作用日益凸显。

1 供配电系统与自动化技术

1.1 供配电系统的重要性

供配电系统是电力系统的重要组成部分，负责将发电厂产生的电能通过输电线路传输到用户，并对电能进行有效分配和控制。供配电系统对于保障电力系统的稳定运行、满足用电需求以及推动经济社会发展具有关键作用。

具体表现在以下几个方面：

（1）确保电力供应的稳定性与可靠性，供配电系统负责将电力从发电厂输送到用户，确保用户能够获得稳定、可靠的电力供应，满足各类用电需求。

（2）优化电力资源配置，供配电系统可以实时监测电力需求和供应状况，通过调整输电线路和配电设备的运行参数，优化电力资源的配置，提高能源利用效率。

（3）降低线损与能耗，供配电系统的优化设计和运行管理可以有效降低线损、减少能耗，提高电力系统的经济性。基于电气自动化技术的系统运行，能够全面优化电力系统内部的组织结构与技术结合，有助于系统运行成本控制［1］。

（4）支持可再生能源的接入与应用，随着可再生能源的快速发展，供配电系统需要具备灵活性和智能化的能力，以支持各类可再生能源的并网运行和调度。

1.2 自动化技术在供配电领域的需求与挑战

1.2.1 自动化技术在供配电领域的需求

随着电力系统规模的扩大和能源结构的转型，供配电系统面临着越来越复杂的运行环境和挑战。自动化技术在供配电领域的需求表现在以下几个方面：

（1）提高电力系统的可靠性和稳定性，通过实时监控、故障检测与诊断等功能，自动化技术可以及时发现并处理电力系统中的问题，确保电力供应的稳定性和可靠性。

（2）优化电力资源配置，自动化技术可以实现电力系统的智能调度与优化，提高能源利用效率，降低运行成本。

（3）支持可再生能源的集成与应用，自动化技术可以实现对可再生能源的有效接入和调度，支持能源结构的转型和低碳发展。

1.2.2 自动化技术在供配电领域的挑战

尽管自动化技术在供配电领域具有广泛的应用前景，但在实际应用过程中仍然面临一些挑战：

（1）技术创新与研发，供配电自动化技术需要不断创新和研发，以适应电力系统的发展和变化。这需要充足的研发投入、技术人才和合作交流。

（2）信息安全与保障，随着自动化技术在供配电领域的广泛应用，电力系统可能面临来自网络攻击和信息泄露等方面的安全风险。因此，保障供配电系统的信息安全显得尤为重要。

（3）系统集成与互操作性，供配电自动化系统需要实现不同厂商设备和软件之间的兼容与互操作。这需要制定统一的标准和规范，以便于系统的集成和扩展。

（4）投资与资金支持：自动化技术在供配电领域的推广和应用需要大量的资金投入，包括设备更新、系统建设和运行维护等方面。这需要政府和企业共同努力，加大投资力度。

（5）人才培养与技能提升，供配电自动化技术的发展需要大量具备专业技能和创新能力的人才。因此，加强人才培养和技能提升工作显得尤为重要。

2 自动化技术改进供配电系统的关键方面

2.1 提高供电可靠性与稳定性

通过实时监测供配电系统的运行状态，及时对数据进行分析和处理，及时发现异常情况并采取相应措施，确保电力系统的可靠运行。此外，自动化技术还可以实现故障定位与快速隔离，减少停电时间，从而提高供电可靠性与稳定性。

2.2 提升电网调度与运行效率

自动化技术可以实现电力系统的智能调度和优化，例如负荷预测、电网优化调度、设备状态监测等。通过这些功能，自动化技术可以提高电网的运行效率，降低运行成本，为电力企业带来经济效益。

2.3 优化电力资源配置

实现对电力资源的实时监测和分析，根据实际用电需求动态调整电力资源分配，提高能源利用效率。此外，自动化技术还可以实现需求侧管理，通过激励机制引导用户合理用电，进一步优化电力资源配置。

2.4 降低线损与能耗

实时监测供配电系统中的电流、电压等参数，识别线损、设备损耗等问题。通过采取相应措施，例如线路改造、设备更新等，自动化技术可以有效降低线损与能耗，提高电力系统的经济性。

2.5 提高故障检测与诊断能力

实时收集供配电系统的运行数据，并通过数据分析和模式识别等方法，实现对设备故障的预警和诊断。这有助于提前发现潜在问题，避免故障扩大，降低维修成本。

2.6 支持可再生能源的集成与应用

随着可再生能源的快速发展，自动化技术可以实现对可再生能源的有效接入和调度。例如，自动化技术可以实现对风能、太阳能等可再生能源的实时监测与调度，平衡电网负荷，提高可再生能源的利用率。此外，自动化技术还可以支持微电网、储能设备等新型电力设施的应用，促进能源结构的转型与升级。

3 关键自动化技术在供配电领域的应用

3.1 SCADA系统

监控与数据采集系统（SCADA）是供配电自动化的核心技术之一。SCADA系统能实时收集和处理电力设施的运行数据，实现远程监控。通过对数据的实时分析，SCADA系统有助于优化电力设备的运行状态，降低故障率，提高供电可靠性和稳定性。

3.2 智能电网技术

智能电网技术是集成了通信、计算和控制技术的现代电力系统。智能电网通过实时监测和控制电力系统的运行状态，有效提高电网的调度和运行效率。此外，智能电网能支持可再生能源的集成与应用，提高电力系统的绿色性能。

3.3 电力电子技术

电力电子技术在供配电自动化领域发挥着关键作用，如变频器、直流变换器等设备。电力电子技术有助于实现电能的高效转换和控制，提高供电质量，降低线损和能耗。同时，电力电子技术也是实现可再生能源与传统电力系统有效接入的关键技术。

3.4 通信技术

通信技术在供配电自动化中扮演着重要角色，实现了设备间的信息传输和数据共享。通信技术包括有线通信和无线通信两种形式，如光纤通信、无线射频通信、4G／5G通信等。高速、可靠的通信网络有助于提高供配电自动化系统的实时性和稳定性，支持更加智能的电力系统运行。

4 典型案例分析

4.1 国内外成功应用供配电自动化技术的案例

通过分析国内外成功案例，可以为后续的研究提供方向。

（1）美国加州的自动化电网：加州电力公司采用先进的自动化技术，实现了实时数据采集与监控、故障定位与快速隔离、智能电网调度等功能。通过引入可再生能源、储能设备和微电网，加州电力公司成功地提高了电网的稳定性和可靠性。

（2）中国国家电网公司的智能电网：国家电网公司致力于构建具有全球领先水平的智能电网，实现供配电自动化技术的广泛应用。通过引入SCADA系统、智能变电站、配电自动化等技术，国家电网公司提高了电力系统的运行效率和可靠性，同时支持了大规模可再生能源的接入与调度。

（3）丹麦哥本哈根的智能供热系统：哥本哈根的供热系统通过引入自动化技术实现了对供热网络的实时监控、故障检测与诊断、智能调度等功能。同时，通过与可再生能源、储能设备等系统的整合，实现了绿色能源的高效利用，降低了碳排放。

4.2 技术应用中的挑战与问题

随着地方经济的快速发展，配电线路的电能消耗关系着长期稳定的电力供应，为了更好地应用自动化管理，必须加强对配电网的线路规划［2］。但在此过程中仍面临着诸多挑战与问题：

（1）技术更新与设备投资，自动化技术在供配电领域的应用需要大量的设备更新和技术投入，包括智能仪表、通信设备、控制系统等。这对于电力企业和政府部门来说，需要充足的资金支持。

4.3 解决方案与建议

（1）加大技术研发与投资，政府和企业应加大自动化技术在供配电领域的研发与投资，推动技术创新和设备更新，促进自动化技术在供配电领域的广泛应用。同时，政府可以通过提供财政补贴、税收优惠等措施，鼓励电力企业进行技术升级和改造。

（2）强化信息安全保障，电力企业应加强供配电自动化系统的信息安全建设，采用先进的安全技术和管理措施，防范网络攻击和信息泄露等风险。此外，政府和行业组织应建立完善的信息安全监管制度，确保供配电自动化系统的安全运行。

（3）制定统一的标准和规范，政府和行业组织应制定供配电自动化系统的统一标准和规范，以促进不同厂商设备和软件的兼容与互操作。同时，政府应加强标准的推广和普及，提高供配电自动化系统的整体水平。

（4）培养专业人才，政府和企业应加强供配电自动化领域的人才培养，通过举办培训班、学术研讨会等形式，提高从业人员的专业技能和创新能力。同时，鼓励高校和研究机构开展相关领域的教育和研究，为供配电自动化技术的发展培养更多优秀人才。

（5）提高社会认知度和接受程度，政府和企业应加强对供配电自动化技术的宣传和普及，通过新闻媒体、技术展示、政策解读等形式，提高社会对自动化技术在供配电领域应用的认知度和接受程度。这有助于促进自动化技术在供配电领域的广泛应用，推动电力系统的可持续发展。

5 供配电自动化技术的发展前景与挑战

5.1 技术创新与研发

随着电力系统的发展和变化，供配电自动化技术需要不断创新和研发。这需要充足的研发投入、技术人才和合作交流，以应对新的技术挑战和市场需求。为了促进技术创新和研发，政府、企业和研究机构应加强合作，共同推动相关技术标准和规范的制定，推进创新成果的产业化应用。此外，企业间的竞争与合作也有助于推动供配电自动化技术的快速发展。

5.2 投资与资金支持

自动化技术在供配电领域的推广和应用需要大量的资金投入，包括设备更新、系统建设和运行维护等方面。这需要政府和企业共同努力，加大投资力度，以实现供配电自动化技术的广泛应用。政府应提供相应的政策支持，如资金补贴、税收优惠等，鼓励企业进行技术升级和改造。同时，企业也应主动寻求国内外投资机会，引入先进技术和设备，提高自身竞争力。

5.3 人才培养与技能提升

供配电自动化技术的发展需要大量具备专业技能和创新能力的人才。因此，加强人才培养和技能提升工作显得尤为重要。政府和企业应加强合作，共同培养供配电自动化领域的专业人才。具体措施包括完善教育体系、设立专业课程、开展实践培训、加强学术交流等。同时，企业还应建立人才激励机制，提高员工的创新积极性和工作积极性。