输配电及用电工程中自动化技术的运用研究

摘要：输配电及用电工程是电力系统中的重要组成部分，直接影响了电力系统的运行。为了能够提升电力系统运行的稳定性，增强运行效率，基于输配电及用电工程的实际情况，提出了构建电网，实现自动化分层供电；设计远程监控系统，加强输配电维修；建立虚拟模型，开展输配电仿真工作；加强自动化数据处理，合理分配用电时段；建设配电物联网，自动识别故障信息等措施，保证输配电及用电工程能够向自动化、智能化方向发展，为后续的电力施工提供基础。

关键词：输配电用电工程自动化技术电力系统

中图分类号：TM72

ResearchontheApplicationofAutomationTechnologyinPowerTransmissionandDistributionandPowerConsumptionEngineering

LIZhaowei

ShangheCountyPowerSupplyCompanyofStateGridShandongElectricPowerCompany，Ji’nan，ShandongProvince，250000China

Abstract：Powertransmissionanddistributionandpowerconsumptionengineeringisanimportantpartofthepowersystem，whichdirectlyaffectstheoperationofthepowersystem.Inordertoimprovethestabilityofthepowersystemandenhancetheoperationefficiency，basedontheactualsituationoftransmissionanddistributionandpowerconsumptionengineering，measureshavebeenproposed：Constructthepowergridtoachieveautomaticlayeredpowersupply;Designtheremotemonitoringsystemtostrengthenthetransmissionanddistributionmaintenance;Establishvirtualmodelsandcarryoutpowertransmissionanddistributionsimulationwork;Strengthentheautomaticdataprocessingandrationallyallocatethepowerperiod;ConstructanInternetofThingsforpowerdistributiontoautomaticallyidentifyfaultinformation，inordertoensurethattransmission，distribution，andpowerengineeringcandeveloptowardsautomationandintelligenceandprovidethefoundationforthesubsequentpowerconstruction.

KeyWords：Powertransmissionanddistribution;Powerconsumptionengineering;Automationtechnology;Powersystem

自动化技术是计算机科学中的一个重要组成部分，其主要具有高效性、快捷性、综合性等特点，把自动化技术运用到输配电及用电工程当中，可以实现输配电及用电工程的自动化运行，更好的利用了电力数据资源，为电力运输、系统监控、故障维修等工作提供了有利条件，保证电力行业正在向着自动化、智能化的方向有序发展。

1工程概述

截至2023年底，全国智能电网建设投资已经超过了1.2万亿元，智能电网的覆盖率也已经达到了70%以上。其中，对于智能配电网自动化的投资占比也达到了25%，自动化技术逐渐成为智能电网建设的一个重点领域。预计到2025年，智能电网将覆盖全国80%以上的地区，使得智能配电网的自动化水平进一步增强。以某输配电及用电工程为例，其在输配电线路及设备上都安装了传感器和监控设备，进行电力系统运行数据的实时采集。为保证电网数据传输更高效，建立了光纤通信网络，确保数据实时传输，同时升级了监控与数据采集系统，实现了对配电网的实时监控效果。为了降低电力系统故障发生的概率，利用大数据分析和人工智能的算法，预测输配电中潜在的故障情况，并对这一故障进行处理[1]。

2输配电及用电工程的自动化技术

2.1构建电网，实现自动化分层供电

在上述的工程案例中，为保证输配电与用电工程的自动化效果，采用了自动化技术，构建智能电网，实现了自动化分层供电。完善电力自动化运行终端，输配电的运行终端主要包括馈线终端单元、变压器终端单位两方面。第一，馈线终端单元（FeederTerminalUnit，FTU）通常都是安装在户外，主要位置是馈线开关的附近，能实时监控开关自身运行的状态。馈线开关的位置比较分散，一台馈线开关要配备一个馈线终端，能实现更好地监控，为后续的自动化供电提供基础保障。第二，变压器终端单位（TransformerTerminal ;Unit，TTU）是监控配电所内所有变压器的实际运行情况，主要是收集了低压侧的电压和电流数据。对收集到的数据每60～120s就要进行一次计算，进而得出了有功和无功功率等参数，具体计算如下：

式（1）、式（2）中：P表示有功功率；Q表示无功功率；I表示有效电流；U表示电压；和为功率因数。通过式（1）、式（2）进行计算，得出具体的有功和无功功率的参数，然后把这些参数存储到系统中，使其数据更加安全即便断电也不会丢失。在一段时间后，这些参数则会被输送到配网的主站中，进行详细分析，然后根据分析结果来判断变压器或线路是否存在故障，并对故障进行处理，使得电压质量、供电效率得到优化。与FTU相比，TTU的结构比较简单，其不具备FTU自身的实时监控功能，主要是进行数据采集、记录和传输。所以TTU不像FTU那样需要使用蓄电池供电，而是直接从低压侧获取电力，保证城市内每一个区域的发电站都要开展配电工作，不仅能做到自动化分层供电的效果，还可以降低成本[2]。

2.2设计远程监控系统，加强输配电维修

在输配电及用电工程中，为了实现监控的自动化效果，可以在输配电部分设备或者线路上安装传感器，利用传感器对其温度、压力、电流等数据进行实时有效的监测，并把这些数据通过无线或有线的方式传输到远程监控中心，达到远程监控的效果。当数据传输到远程监控中心后，监控中心就通过机器学习等自动化智能技术，预测出设备的故障情况，一旦发现存在故障趋势，提前进行预警。例如，在此次工程案例中，就是在输电线路上安装了温度传感器，对输电线路的运行温度进行数据监测和收集，温度监测的公式如下：

式（3）中：表示当前输电线的温度；表示环境温度；表示温度的变化量；表示角频率；t表示具体的时间；表示相位角。通过式（3）进行计算，可以得出具体的温度参数，然后通过无线网络把这一数据传输至远程控制中心。在远程控制中心，数据通过了预处理软件来进行清洗和格式化，然后输入到故障诊断模型中进行故障分析。在故障分析时，主要利用支持向量机等统计分析和机器学习算法，对采集的这部分温度数据进行分析，以识别正常的运行状态和异常状态。要设置阈值和判定规则，当监测到的温度参数已经超过了阈值时，系统就会触发故障预警装置，及时向人员进行预警。

2.3建立虚拟模型，开展输配电仿真工作

想要输配电自动化技术水平更完善，对其进行仿真工作，通过虚拟模型，对输配电过程进行模拟，了解输配电自动化的过程，保证输配电自动化技术得到提升[3]。首先，利用POWERCAD、DIgSILENTPowerFactory等电力系统仿真软件，建立一个详细的输配电系统虚拟模型。然后在模型内输入线路、变压器、开关设备、负载等具体的输配电运行参数，保证整个模型更加准确可靠。其次，根据实际的输配电自动化运行状况，设定各种仿真场景，主要是模拟出输配电自动化系统在正常运行、故障发生、设备切换等工作场景，能够评估系统在不同状态下的性能。通过仿真软件，监测系统在上述这些场景下的电压、电流、功率、稳定性等状态，对短路、过载能够进行故障模拟，从而观察到自动化系统的响应和解决能力，对系统进行充分评估。例如：在某输配电工程案例中，选取一个区域内的输电线路进行模拟仿真，在仿真系统中数据输电线路的长度、截面积、材料特性等参数，然后模拟出正常状态、极端天气等环境，计算出输电线路在这些环境中的电阻和电抗：

式（4）、式（5）中：R表示线路的电阻；X表示电抗；表示电阻率；L表示线路的具体长度；A表示其横截面积；表示磁导率；f表示系统的具体频率。通过对电阻和电抗的计算，可以了解输电线路在不同环境中的运行情况，对计算结果进行充分分析，识别出了输电线自动化系统内的弱点和潜在的故障点。根据这一仿真分析结果，对输电线路自动化系统进行优化设计，有效调整输电线路的参数，同时改进输配电设备的相关配置，提升输配电运行质量，降低故障发生概率。

2.4自动化数据处理，分配用电时段

在对输配电及用电工程的电力数据进行自动化处理时，需要利用自动化系统，对其电压、电流以及功率等数据进行采集，然后对采集到的数据进行详细分析，主要识别电网在运行中，高峰时段和低峰时段人们的用电需求，通过需求分析，为后期的电力调度提供依据。然后根据这一用电需求的预测，合理对用电时段进行分配，确保在高峰时段电力供应充足，在低峰时段也能避免电力资源的浪费。例如，在某市输配电及用电工程中，对各个区域的电流、电压等数据进行处理，分析其负荷情况，然后根据预测模型，预测未来城市内各区域的用电需求。一般在18：00—23：00为用电的高峰时段，24：00—次日7：00为低峰时段。在高峰时段，可以实施尖峰电价，调高高峰时段的用电价格，来引导用户减少非必要的用电；在用电低峰时段，为其提供较低的电价，通过这一优惠对策来增加用电[4]。根据系统自动化预测出来的用电需求，可以自动调整发电量和电网的运行状态，确保高峰时段的电力供应。同时，利用储能系统，在用电低峰时段存储多余的电力，然后在高峰时段进行使用，实现电力供应的平衡。

2.5建设配电物联网，自动识别故障信息

输配电及用电工程自动化技术中，需要在输配电系统中部署物联网传感器，对电网设备的运行进行实时监测。然后将传感器收集的数据通过无线或有线方式传输到物联网相关汇聚节点中，进行数据的汇聚和处理。在某输配电案例中，物联网主要采用无线网络，对数据进行传输，并利用机器学习算法，对传输后的数据进行故障诊断，识别出潜在的故障风险。系统故障检测的时间为：

式（6）中：T表示故障检测所用的时间；表示故障实际发生的时间；表示报警触发的时间，通过计算，可以了解系统故障的检测时间，一般是控制在10s以内。在利用机器学习算法时，主要是先进行模型的训练，将原始的数据集划分为训练数据集和验证数据集这两类，其中，80%的数据是用于训练，20%的数据则用于验证。计算出模型在训练中的损失函数：

式（7）中：S表示损失函数；N表示样本数量；表示第i个的真实故障标签；为模型预测出来的第i个故障标签。在模型训练完成后，用一部分未参与训练的数据来测试模型的性能。

根据计算出的测试数据集进行模型评估，了解其对故障检测的准确度。在评估完成后进行模型的调整，主要是根据训练和验证过程中的损失函数值，调整模型参数，实现最小损失。通过机器学习算法，实现了故障信息的自动识别和诊断，当诊断出故障风险后，就会自动触发报警，并通知运维人员及时处理[5]。

3结论

综上所述，对输配电及用电过程中自动化技术的运用进行详细的分析，不仅可以提升电力系统的运行效果，还能保证电力资源得到充分的运用，降低电力运行中出现故障的概率，使输配电更方便快捷。在运用自动化技术时，主要从分层供电、维修、仿真、数据处理等方面入手，让输配电及用电工程更加智能，扩大电力系统的影响力。

参考文献

[1] ZHAOJ，LINB，RENJ，etal.Enhancingsecuretransmissionandkeydistributionforultrahigh-orderQAMviadelta-sigmamodulationanddiscretememristive-enhancedchaos.[J].Opticsletters，2024，49（12）：3444-3447.

[2] 卢源文.基于改进YOLOx的输配电线路设备检测和缺陷识别[D].南昌：江西师范大学，2023.

[3] 杨凯，张宇，原菊梅，等.构建输电线路人工智能检测大系统[J].系统科学学报，2023，31（4）：120-125.

[4] 高丽萍，蔡国田，卢斯煜，等.海上深水区风电场并网的空间布局优化：以粤东地区为例[J].自然资源学报，2022，37（4）：910-923.

[5] 林柳清.探究自动化技术在输配电及用电工程中的应用[J].电气技术与经济，2023（8）：63-65.