探析电气工程及其自动化技术下的电力系统自动化发展

2024-06-08王乙博

大科技 2024年20期

王乙博

（山西工程技术学院，山西长治 046000）

0 引言

为保证电力系统的运行效果，应当从安全、经济性等层面考虑，从根本上提高运维管理水平。电能作为社会生产、生活的重要能源，在取暖、生活、生产加工领域均得到广泛的应用。伴随电力系统的持续升级，为了在行业中站稳脚跟，电力企业有必要提升自身实力，确保电力系统的安全性。电力企业应当推广自动化技术，面向消费者供给安全、可靠的能源。根据自动化标准，自动化是电力系统今后的发展趋向。本文阐述了电力系统自动化的主要内容，从多个方面说明了自动化技术的应用，并提出具体的发展建议。

1 电力系统自动化的涵义与特征

1.1 含义

电力系统自动化指的是以计算机、控制以及通信技术为依托，对电力系统内部的各环节实施全方位、智能化监控，以确保电力系统的持久、安全性[1]。作为电力智能化转型的构成要素，电力自动化的宗旨在于对电力系统进行全方位地监测，如电网、线路以及终端设备，找出其中隐藏的问题，采取针对性的解决措施。电力自动化，归根结底是为了均衡调配电力负荷，如电力调度，使电力系统拥有更高的运行质量，获得更高的效益。

1.2 特征

（1）集成化。凭借高度集成化，电力自动化能够借助领先的信息、通信技术来集成各大子系统，对系统实施综合性管控、优化调度，确保线路、设备得到及时地监测。

（2）灵活性。无论季节性负荷、网络扩容还是新能源接入，电力系统均可以灵活应对，作出必要的调整，使电力系统保持更高的响应速度，应对各个场景下的变化之需。

（3）可扩展性。系统可以适应迭代更替的环境，拓展服务范围，为用户提供更舒适的体验，为电力系统发展提供强大的保障。

（4）可视化。利用图形界面，使电力系统参数、数据信息得到可视化展示，以便操作人员更好地监控。由此，操作人员也可以直观把握电力系统的状态，做出正确的决策。

2 电力系统自动化的主要内容

2.1 电网调度自动化

电力系统自动化中，电网调度自动化占据核心的地位。表现如下：基于模拟计算分析的自动发电控制，提高调度管理效率，确保电网系统的运行安全。对调度中心进行设置时，我们应当保证计算机有着正常的读数、反馈和信号控制等多重功能，构建远程双向交换模式，以保证监测系统的有序性。同时，将自动发电控制（AGC）、数据采集（SCADA）两大系统予以统筹，构建能量管理系统，以适应系统在应用方面的需求[2]。对电网调度自动化来说，其特征在于统一调度，根据应用要求进行逐层控制。由于电力系统原本属于大型产销电能体系，电网内部的各个环节均需利用调度机构进行调配，以适应电荷变化的现实需求。为此，需根据机组控制标准，制定科学的管理方案，提升电网运行水平。

2.2 电厂自动化

电厂自动化中，调度控制模式有助于提高调度水平，满足电厂自动化方面的需求。自动化系统，涵盖了动力机械、自动发电量以及电压控制系统等部件，联合调度处理模式，能够大幅度提升应用效能。

（1）火电厂应当借助锅炉汽机等设备，构建应用约束平台，确保调度管理体系有序地落实。在自动控制环节，为确保容量较大的火力发电机组得到安全地运行，有必要控制计算机监视、管理系统，使其协调机炉主控、锅炉控制系统，提高系统运行水平，为电厂自动化提供可靠的保障，符合统一应用方面的需求。

（2）水电厂则是依托水轮机或是调速器等，建立科学的运行模式。在提升自动化水平的同时，保证调度管理的可靠性，促进自动化统一管理。

2.3 变电站综合自动化

近些年，智能变电站备受各界的瞩目。一方面，提升了管理水平；另一方面，对资源进行全力整合，为电力行业提供强有力的保障。依托自动控制、信息处理以及传输技术，以计算机硬件系统为主宰，建立控制模式，能够很好地取缔人工作业，在提高变电站运行效率的同时，整合自动化运维的有利资源，提高管理水平。同时借助微型计算机，变电站二次系统也可可以做到优化控制，确保监控处理、保护和可控化运行的协调性。基于联动处理，彰显技术的最大优势，建立兼容性强、又能单独运行的管理体系，促进资源的全方位整合。除上述外，综合自动化体系的构建，同时也可以为自动技术或是远动处理的协同控制提供可靠的技术平台，满足智能化处理的相关标准，促进变电站的长久、多元发展。如变电站运维云平台，依托互联网、大数据技术，能够较好地满足电力运维方面的需求，建立集线上运维、统一调度、双向联动为一体的控制体系。在提高管理水平的同时，对故障作出快速地响应，为集抄、增值服务提供强大的保障。

2.4 配电自动化

2.4.1 配电自动化的形式分类

在国内，配电自动化有如下3 种不同的应用模式：馈线（就地控制）、配电（集中监控）以及配电自动化+配电管理模式（集中监控）[3]。根据系统的功能需求，构建专门的控制方案，有助于提高配电自动化整体的运行水平。

2.4.2 配电自动化的功能

（1）配电自动化体系中，为确保配电网用户得到安全、持久的供电，有必要实时控制负荷，促进电源的供需平衡，确保负荷利用率符合行业的控制规范，减小能源损耗带来的负面影响。

（2）配电自动化体系，可以全面地把控配电网在各阶段的运行状态，调配设备的参数状态，使有功功率得到均衡、科学地分布，提高应用效能，促进协同控制。

（3）根据电网管理规范和具体要求，对功率补偿设备作出科学地控制。在不影响电压质量、运行安全的前提下，降低功率损耗对于整个配电线路带来的负面影响，促进配电网在安全、经济效益上的和谐统一。若电力系统陷入故障，此时配电自动化也会立即对信息进行汇总，确保事故得到规范、有序地处理，减少停电时长，提高供电管理水平。

3 电力系统自动化技术的应用

3.1 模糊控制技术

模糊控制技术，其优势在于随机性强、易于操作。电力系统中，模糊控制技术的引入有助于改进控制性能，降低自动化技术在实操方面的难度。在模糊控制技术下，以便对电力系统实施监测。得益于模糊技术，电网自动化也会更为清晰、明确。当若若干电网控制单元合并时，其覆盖的领域也会更宽泛，促进多类控制单元的全面融合，做到全面、统一地控制。

3.2 神经网络模型

伴随智能技术的创新，基于神经元算法的神经元模型随之诞生，利用若干神经元进行优化，对模型算法实施训练，以提高学习能力。如电力设备中，运用BP 神经网络方法，对电网的运行负载进行科学地预报，测定电网隐藏的缺陷，促使电网的良性运转。神经网络最早诞生于1943 年，迅速吸引很多人的瞩目。历经数十年的探索，人工神经网络如今已日趋完善，其建模、求解方法均得到大幅度地改进。

3.3 监控技术

监测技术，其目的在于完成监测任务，在诸多领域中得到广泛的应用。通过动态地监控，一旦电力系统遇到故障，立即会发出警告。同时，监控技术能够对系统问题作出粗略地分析，判断故障的根源点，将信息实时地传送至工作人员，确保其在第一时间了解情况，做好维修，节省精力、时间。相比过去，监控系统如今已有大幅度地更新。报错后，能够自动、初步地处理某些故障。对于轻微故障，基本不耽误系统运行。对于危险故障，监控系统会暂停运行，为维修人员争取宝贵的时间。利用实时监测，能够保证电网系统、人员的安全。

3.4 集成技术

传统电网是由多个部门来分管功能，各功能也会存在兼容方面的缺陷，如前期准备、检查维护，导致原电网未能成为完善的体系。受诸多因素的限制，系统运行水平不高，这就耗费较多的人员、物力，增加额外的成本。引进集成技术后，可以构建一个科学的管理体系，促进各项工作的良好衔接，与新技术融合，不仅追求效率，而且又要保证质量。由此，电网运行质量得到达到新的层级，提高国家电网整体的竞争力。

3.5 遗传算法

1970 年代，基因算法率先在美国被提出。作为新型的计算模式，遗传算法是以遗传学原理、自然选择为依托，借助计算机来提前对备选方案实施代码化。按照代码化原理，依次对各个备选方案作出求解，从中得出性价比最高的方案[4]。截至今日，在查找电网故障及其成因时都会运用该方法，促进电网容量、无功的优化分配，对电网系统中的图象做好处理。该方法有显著的优越性，在大规模、搜索空间中适用于自适应搜索，可以从中找到最优解。同时，该方法操作便利，适用广、对解法几乎毫无半点约束，不需要复杂的解法就可以成功得到最优解。不过，遗传算法也有自身的局限性：故障诊断尚未形成完善的理论体系，不利于快速诊断。

3.6 视觉技术

依托人工智能技术，能够提高数据信息的运算水平。将视觉技术引入至电网自动控制中，能够持续地改良、优化远程控制系统，提高电网运行质量。同时，对电力系统实施无人化监控，挖掘系统运行中潜在的隐患，确保系统的安全、持续运行。依托自动化技术实现无人操作，让操作更加精确。以红外图像监测技术为例，除了提高电力系统监测精度外，还可以简化电力系统的工作流程。在计算机的辅助下，利用视觉技术来采集各种有价值的图像信息，将其和标准图像作出对比。一旦结果存在差异，提示电力设备有故障，有必要做好全面地检查、维修。

3.7 柔性交流输电系统

自动化技术对于电力系统有一定的助推作用，除了提升管控能力外，还可以增强系统总体的安全性能。柔性交流输电系统，汇集了微处理、电力电子、微电子、控制以及通信技术在内，属于交流输电综合技术，轻松便捷、易于控制[5]。利用自动调节，有助于规避电力系统潜在的某些安全隐患，确保电源的产出，为供电功能提供更大的保障。可见，柔性交流输电系统有望颠覆以往的供电模式，提高电力自动化水平。

3.8 自动仿真技术

自动仿真技术，符合电力自动化的属性与特征，有助于提高运行质量，明确电力系统今后的方向。在电力及其自动化背景下，以仿真技术为载体，利用科研数据可以建立组件闭环系统，能得到更精准的分析结果。在分析阶段，依托自动仿真技术来建立专业的模型，收录电力系统有关的全部信息，提高数据整合效果，为电力系统建模提供有力的参考。拿到分析结果后，现场人员也要对模型反馈情况作出必要的修正，保证电力系统功能、结构的完整性。借助自动仿真技术，提高分析结果的价值。除上述外，自动仿真技术可以从中得到精准的数据，剔除其中价值偏低的数据，促进提质增效。

4 电力系统自动化发展趋势

4.1 注重人才培养

电力系统能否顺畅地运行，和管理机制有着紧密的相关。为彰显管理机制的价值，有必要培养优秀人才。电力系统管理中，应注重人才引进与培养，打造一支合格的自动化人才队伍。同时，要立足电力自动化的岗位之需，从社会上引进更多优质的电力管理人才。同时，将人才管理纳入电力系统管理的落脚点，对自动化体系中的关键部门进行优化管理，为电力自动化建设打下牢固的基础。

4.2 加大技术管理力度

电力自动化的核心在于技术，构建技术管理制度，彰显技术因素最大的功用。以技术为导向，优化电力系统内部的线路、生产设备的性能、质量。为了确保机械设备得到规范使用，有必要组织企业人员参加专门的培训，督促他们按要求进行操作。除上述外，注重对电力技术、各类设备进行研发与升级，依托技术升级来提高电力系统整体的性能。

4.3 优化电力调配体系

电网运行期间，应当确保电力的安全供应，为电力应用打下牢固的基础。电气自动化背景下，将电力调配统筹于自动化技术，必然会达到更显著的监控效果。电力调配涵盖了多种不同的设备，利用自动化模式来对电力调配实施监控，能够确保电力资源的安全调配，帮助电力企业减小消耗，为电网经济铺平道路。对电力企业来说，安全是前提。在管理实践中，有必要利用自动化技术，妥善解决电力调配中遇到的安全问题，拟定实施方案，确保电力调配的安全。