电力工程中的电力自动化技术应用研究

2023-12-11代飞琳李会来陆永翔董斐然

今日自动化 2023年7期

关键词：电力设备虚拟化电力工程

代飞琳，李会来，陆永翔，董斐然

（国网安徽省电力公司长丰县供电公司，安徽长丰 231100）

1 电力自动化技术特征

1.1 智能监控与管理

通过智能化的传感器、监控系统和数据分析技术，可实时、准确的监测与管理电力系统的运行状态，从而提高电网的可靠性、效率和安全性。

（1）智能监控系统能够实时采集各类电力设备的运行数据，包括电压、电流、功率、温度等参数。这些数据通过传感器、智能仪表等设备实时传输至监控工作站，形成全面的电力系统运行状态图像。监控工作站利用数据采集与处理技术，对电力设备的运行情况进行实时监测，并对数据进行存储和分析，形成历史记录与运行趋势，为电力工程的运行决策提供依据。

（2）智能监控系统能够实现对电力设备的预测与诊断。通过对历史数据的分析和建模，结合机器学习与人工智能技术，智能监控系统能够提前预测设备的故障概率和寿命，实现设备的状态评估与健康预警。当设备发生异常或故障时，系统能够自动发出报警信号，并提供相应的维护建议，帮助运维人员快速定位和处理问题，降低故障对电力系统的影响。

（3）智能监控系统还能够实现电力系统的远程监控和远程操作。通过远程通信技术，监控中心可远程访问各个电力设备，对其进行实时监控、参数调节和故障处理，减少人工巡检与操作的需求，提高工作效率。并且系统还能够实现对电力设备的远程控制，如远程开关操作、故障重启等，提高了电力系统的灵活性与响应速度。

1.2 自适应优化控制

通过实时数据分析与自主调节，电力系统能够根据需求和环境变化，自动调整运行参数与控制策略，实现更高效的能源利用和供电质量。

（1）自适应优化控制能够根据实时数据进行智能调节。通过传感器和监测设备获取电力系统的实时数据，如负荷变化、能源供需情况、环境条件等，自适应优化控制系统能够实时分析这些数据，并根据分析结果调整电力系统的运行参数，如发电机的输出功率、传输线路的电压等。这种实时调节可使电力系统在不同负荷和环境条件下保持最佳的运行状态，提高能源利用效率。

（2）自适应优化控制可自主地优化电力系统的控制策略。根据电力系统的实时数据和运行需求，自适应优化控制系统能够自动选择最优的控制策略，如发电机组的启停、容量调节、电网的联络控制等。这种自主优化可提高电力系统的响应速度与灵活性，使其能够更好地适应不同的运行需求和变化的电力市场条件。

（3）自适应优化控制还可通过协同控制实现电力系统的整体优化。电力系统中的各个设备和部件间存在复杂的相互关系与影响，自适应优化控制系统能够通过协同控制，实现各个设备间的优化调度和协同工作。例如，在电力系统的调度与运行中，自适应优化控制系统可通过协同控制发电机组、变电站和负荷侧的设备，实现供需平衡、功率调节等目标，提高电力系统的稳定性与供电质量。

2 电力工程中的电力自动化技术

2.1 区块链技术

区块链是一种去中心化的分布式账本技术，通过加密和共识算法确保交易的透明性、安全性及可追溯性。在电力工程中，区块链技术具有以下几个方面的应用和优势：①可实现电力交易的去中心化。传统的电力市场通常由中央机构或中介机构进行交易和结算，而区块链技术能够消除中心化机构的需求，使电力交易直接在参与方间进行。参与方可通过智能合约在区块链上进行电力交易，确保交易的公正性和透明度。这种去中心化的电力交易模式可促进市场的竞争和降低交易成本。②能够提高电力交易的安全性。区块链使用加密算法保护交易数据的安全性，确保数据不被篡改和伪造。交易记录存储在区块链的每个节点上，具有不可篡改的特性，因此可确保交易的可追溯性和防止欺诈行为的发生。这种安全性有助于建立信任，促进参与方间的交易和合作。③还可支持能源管理的智能化。通过区块链技术，电力系统中的各种设备和资源可实现数据共享与互通。智能电表、能源存储设备等可将能源数据和交易信息记录在区块链上，从而实现对能源流动与使用的实时监测和管理。这种智能化的能源管理有助于优化能源调度、提高能源利用效率，实现能源供应的可持续性和可再生能源的集成。

2.2 边缘计算

边缘计算将数据处理和决策推向接近设备的边缘，减少数据传输与延迟，为电力工程带来了许多优势和创新：①可实现实时的数据分析和决策。在电力工程中，许多关键数据需实时处理和响应，如负荷变化、能源供需情况及设备状态等。通过边缘计算，数据可在接近设备的边缘进行实时分析，避免将所有数据传输至云端进行处理。这种实时分析和决策的能力可提高电力系统的响应速度与灵活性，支持快速的决策制订和实施。②可提高数据隐私和安全性。在电力工程中，涉及的数据通常是敏感且机密的，包括能源使用情况、设备状态和用户信息等。边缘计算使数据可在本地进行处理，减少数据传输和存储在云端的风险，提高了数据的隐私与安全性。这对于保护电力系统的关键信息和防止数据泄露具有重要意义。③还可促进设备的智能化和互联互通。通过在边缘节点上布署智能传感器与设备，可实现设备间的协同工作和信息交互。边缘节点可收集与分析来自不同设备的数据，并根据实时情况做出相应的决策和调整。这种智能化与互联互通的能力有助于优化电力系统的运行和管理，提高能源利用效率及供电质量。

2.3 人工智能

人工智能技术通过模拟和模仿人类智能，使计算机系统能够学习、推理和自主决策，为电力工程带来了多方面的优势和创新：①可应用于电力负荷预测与优化。通过对历史数据和环境因素的分析，人工智能可构建准确的负荷预测模型，这有助于电力系统准确预测未来的负荷需求，从而优化发电计划和能源分配，提高电力系统的效率与可靠性。此外，人工智能技术还可通过动态调整负荷和实时能源供应间的匹配，实现更精确的负荷优化。②在电力设备故障诊断和预测维护方面发挥着重要作用。通过对设备传感器数据和运行状态的监测，人工智能可学习设备的正常运行模式，并能够准确检测与诊断异常情况。当设备发生故障或潜在问题时，人工智能技术可发出预警信号并提供相应的维护建议，帮助提前采取措施，避免设备故障对电力系统造成重大影响。③可用于电力系统的智能优化和自适应控制。通过学习电力系统的历史运行数据与实时环境信息，人工智能可优化电力系统的控制策略，提高能源利用效率和供电质量。例如，在电力市场运营中，人工智能可根据电力需求和市场条件，自主调节发电机组的输出功率与调度计划，实现电力系统的自适应优化控制。

3 电力工程中的电力自动化技术应用措施

3.1 智能电网建设

引入智能传感器、智能电表等设备，实现对电力系统的实时监测和数据采集，构建智能电网。

（1）智能电网能够实现对电力系统的实时监测和数据采集。传统的电力系统监测依赖于人工巡检与手动记录，而智能电网引入了智能传感器和监测设备，可实时采集电力设备的运行数据，如电压、电流、功率等。这些数据通过传感器传输至监测中心，形成全面的电力系统运行状态图像，实现对电力设备的实时监测和数据分析。

（2）智能电网结合人工智能和大数据分析技术，能够实现对电力系统的智能优化调度与故障预测。通过分析历史数据和环境因素，智能电网可建立负荷预测模型，准确预测未来的负荷需求。这使得电力系统能够根据负荷需求做出合理的发电计划和能源分配，提高电力系统的效率与可靠性。同时通过对设备传感器数据和运行状态的监测，智能电网可学习设备的正常运行模式，并能够准确检测和诊断异常情况，实现对潜在故障的预测与预警。

3.2 虚拟化和云计算

运用虚拟化技术，将电力系统的部分功能虚拟化，并利用云计算平台进行管理和运行，可带来多方面的创新和优势。

（1）虚拟化和云计算技术可实现电力系统的集中化管理与资源优化配置。传统的电力系统管理通常需大量的物理设备和人工操作，而通过虚拟化技术可将电力系统的功能和服务虚拟化为虚拟机、容器等形式，使其独立于底层硬件。这样可通过云计算平台对虚拟化资源进行集中管理和配置，提高资源利用率，降低运维成本，并实现对电力系统的灵活控制与调整。

（2）虚拟化和云计算技术能够提高电力系统的灵活性与可扩展性。通过虚拟化电力系统可根据需求动态分配和调整资源，快速适应变化的负荷需求与服务需求。云计算平台提供了弹性扩展的能力，能够根据实际需要自动调整计算、存储和网络资源，保证电力系统的高可用性与性能。这种灵活性和可扩展性使得电力系统能够更好地应对高峰期、负荷波动与新需求的挑战。

（3）虚拟化和云计算技术为电力系统的智能化与自动化提供了支持。通过结合人工智能和大数据分析技术，可对虚拟化资源进行智能管理与优化。例如，利用机器学习算法分析历史数据和实时信息，优化资源分配与负载均衡，提高电力系统的性能和效率。同时，虚拟化和云计算平台可与其他智能设备和系统进行集成，实现智能化的协同工作和自动化的运维管理。

3.3 数据共享和交互

建立统一的数据标准和共享平台，可促进电力设备间的数据共享和交互。

（1）数据共享和交互可实现电力设备间的协同工作与优化调度。通过建立统一的数据标准和通信协议，不同设备间可进行数据共享和交互。例如，发电厂、变电站、配电网等各个设施可通过数据共享实现对电力系统运行状态的实时监测和管理。这种协同工作和优化调度能够提高电力系统的整体性能与可靠性，实现能源的高效利用和供电质量的提升。

（2）数据共享和交互有助于提高电力系统的响应速度与灵活性。通过实时共享设备数据，电力系统可更加迅速地获取关键信息并做出相应的决策。例如，当电力系统出现异常情况时，各个设备可实时共享故障信息，从而能够快速响应和采取相应的措施，减少系统故障的影响与恢复时间。这种快速响应和灵活性有助于提高电力系统的鲁棒性与可靠性。

（3）数据共享和交互还可促进电力系统与其他系统的互联互通。例如，电力系统可与能源市场、智能电网等系统进行数据交换和协同控制。通过数据共享电力系统可获取外部市场需求和能源供应信息，以实现对能源的优化调度与管理。这种互联互通有助于实现能源市场的高效运行和电力系统与其他领域的融合，提高能源利用效率和供电质量。

3.4 人机协同和可视化界

设计友好的界面和交互方式，实现人的智能与自动化系统的协同工作，可提高操作和管理的效率与准确性。

（1）可视化界面能够直观地展示电力系统的运行状态和信息。通过设计直观、易于理解的可视化界面，可实现对电力系统运行状态的实时监控和数据展示。运维人员可通过界面直观地了解电力设备的状态、负荷变化、故障警报等信息，从而能够快速做出响应和决策。这种可视化界面有助于提高操作人员的工作效率与准确性，减少错误和事故的发生。

（2）可视化界面可提供交互性的操作和控制功能。通过交互界面运维人员可实现对电力设备的远程控制和操作。例如，通过可视化界面运维人员可远程调节设备参数、切换设备状态、执行故障排除等。这种交互性的操作能够提高操作人员的灵活性和响应能力，同时也降低了操作风险与安全隐患。