電氣自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)行電力系統(tǒng)中的應(yīng)用芻議

摘要：20世紀(jì)50年代以來，中國(guó)電氣自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)至今已經(jīng)經(jīng)過了近70年的建設(shè)與發(fā)展，在幾代科研人員的持續(xù)努力下逐漸得到完善，并且在不同行業(yè)領(lǐng)域中開展實(shí)踐應(yīng)用，適應(yīng)性得到了顯著增強(qiáng)。近年來，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中的廣泛應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供了助力，顯著改善了人民群眾的物質(zhì)生活條件。筆者在工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)展開分析，對(duì)其在電力系統(tǒng)中的深化應(yīng)用展開探索。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化技術(shù);電力系統(tǒng);生產(chǎn)運(yùn)行;實(shí)踐應(yīng)用

前言：電氣自動(dòng)化技術(shù)可以分為自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)兩個(gè)主要部分，二者都能在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)行自動(dòng)化管理。電氣自動(dòng)化技術(shù)從系統(tǒng)實(shí)用性的角度可以進(jìn)一步細(xì)分為現(xiàn)場(chǎng)總線自動(dòng)化技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化技術(shù)和集中型監(jiān)控自動(dòng)化技術(shù)，在發(fā)電廠控制系統(tǒng)、變電站系統(tǒng)、電力電網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)度等不同層面都可以根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行靈活應(yīng)用，促進(jìn)電力系統(tǒng)的完善和平穩(wěn)運(yùn)行。

一、自動(dòng)化技術(shù)的含義

自動(dòng)化技術(shù)是一種在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、電力工程等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的綜合性現(xiàn)代技術(shù)，發(fā)展至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效結(jié)合，對(duì)工作過程的科學(xué)性和便捷性進(jìn)行了有效提升。為了確保機(jī)械設(shè)備能夠始終按照預(yù)先設(shè)定的工作程序開展工作并最終完成工作任務(wù)，可以采用編程技術(shù)和電路設(shè)計(jì)改善機(jī)器設(shè)備和相關(guān)工作系統(tǒng)，從而改善工作過程。信息化時(shí)代為自動(dòng)化系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)技術(shù)水平的改革與創(chuàng)新，當(dāng)前需要對(duì)人類的生產(chǎn)力進(jìn)行進(jìn)一步解放。

二、電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方向

（一）智能自動(dòng)化保護(hù)技術(shù)與綜合自動(dòng)化技術(shù)

通過深入研究電力系統(tǒng)自動(dòng)化保護(hù)的全新理論，在電氣自動(dòng)化保護(hù)裝置中融入微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自適應(yīng)理論、綜合自動(dòng)控制理論和國(guó)內(nèi)外頂尖人工智能技術(shù)等能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)裝置的智能化發(fā)展，為電力系統(tǒng)的安全提供更高水平的保障。通過多年來在自動(dòng)化系統(tǒng)研究方面的積累，我國(guó)已經(jīng)成功研制出了能夠充分適應(yīng)各種電壓等級(jí)電站的分層式綜合自動(dòng)化裝置，將我國(guó)智能自動(dòng)化保護(hù)技術(shù)的研究水平提升到世界領(lǐng)先地位。與此同時(shí)，我國(guó)在綜合自動(dòng)化技術(shù)方面的研究也成功步入國(guó)際領(lǐng)先水平。

（二）自動(dòng)化實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

自動(dòng)化實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)特性，并且深入研究了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真建模，通過將數(shù)字模擬實(shí)施仿真系統(tǒng)引進(jìn)電力系統(tǒng)使實(shí)驗(yàn)室具備了混合實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，在仿真系統(tǒng)中開展多種穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電力系統(tǒng)試驗(yàn)，取得了豐碩的實(shí)驗(yàn)成果，并且與多種控制裝置共同形成了閉環(huán)系統(tǒng)，在新裝置的測(cè)試中為實(shí)驗(yàn)人員提供輔助，為智能保護(hù)、靈活輸電系統(tǒng)控制策略的研究創(chuàng)造了一流的實(shí)驗(yàn)條件。

（三）配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

在中低壓網(wǎng)絡(luò)數(shù)字、信息配網(wǎng)一體化、配網(wǎng)模型和高級(jí)應(yīng)用軟件等方面，電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)均取得了重大技術(shù)突破。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了載波接收器靈敏度的顯著提升，攻克了衰耗、路由等載波正在配電網(wǎng)上進(jìn)行應(yīng)用的技術(shù)難題。配電網(wǎng)理論算法和配電網(wǎng)的實(shí)際情況通過高級(jí)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)了有效結(jié)合，在最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公共信息模型中，潮流計(jì)算中采用了配網(wǎng)遞歸虛擬流算法，負(fù)荷預(yù)測(cè)采用了人工智能灰色神經(jīng)元算法。

（四）人工智能技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用與電力工業(yè)的發(fā)展需求充分結(jié)合，在電力系統(tǒng)及其原件的運(yùn)行分析、故障診斷、規(guī)劃設(shè)計(jì)的適用研究中應(yīng)用了專家系統(tǒng)、模糊邏輯、進(jìn)化理論等，并且以這些實(shí)用軟件研究為基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)智能控制理論及其應(yīng)用展開研究，希望能夠以此促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的智能化發(fā)展。

三、電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)生產(chǎn)與運(yùn)行中的應(yīng)用

（一）信息化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景之下，各行各業(yè)的發(fā)展都離不開信息化技術(shù)的參與，信息化技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。我國(guó)電力行業(yè)要在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中站穩(wěn)腳跟就必須加快信息化建設(shè)的步伐，加速提升自身信息化建設(shè)與發(fā)展水平，緊跟當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步，滿足時(shí)代發(fā)展對(duì)現(xiàn)代化電力系統(tǒng)建設(shè)提出的更高要求。與此同時(shí)，國(guó)家對(duì)電力行業(yè)建設(shè)的環(huán)保性能提出了更高要求，為了防止發(fā)生電力生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，電力生產(chǎn)過程中電能的過度消耗以及電能的浪費(fèi)等情況，對(duì)電力生產(chǎn)實(shí)施了更加嚴(yán)格的監(jiān)督與管理。

在當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)之下，電力企業(yè)必須審時(shí)度勢(shì)，通過在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)工作效率的提升，同時(shí)有效降低電能在電力生產(chǎn)過程中發(fā)生的損耗。通過在電力系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化性能水平較高的電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)控制，同時(shí)與其他控制系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)一致。由于信息化技術(shù)在數(shù)據(jù)的收集和分析中占據(jù)的優(yōu)勢(shì)，電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠有效提升電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，為電力系統(tǒng)工作優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮提供助力，為有關(guān)部門對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)督和管理創(chuàng)造便利條件。智能電網(wǎng)在電氣自動(dòng)化的作用下能夠迅速得到發(fā)展與完善，充分發(fā)揮智能電網(wǎng)功能與優(yōu)勢(shì)。

（二）變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用效果主要取決于自動(dòng)化電氣設(shè)備本身所能承受的最大負(fù)載。通常情況下，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)Τ贍顟B(tài)和低速狀態(tài)下的電氣設(shè)備起到保護(hù)作用，與此同時(shí)，這些設(shè)備能夠在點(diǎn)擊運(yùn)行時(shí)全程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，主動(dòng)對(duì)故障進(jìn)行報(bào)告，提示技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采取的控制措施。

1、自應(yīng)電機(jī)模型單元

自應(yīng)電機(jī)模型單元主要用于檢測(cè)點(diǎn)擊的電流和電壓，對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行清晰識(shí)別。電機(jī)模型能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)控制，因此成為電機(jī)模型單元中具有一定的重要性。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，轉(zhuǎn)矩的控制精度不得低于0.5%，變頻調(diào)速技術(shù)能夠在精度超過0.5%時(shí)通過閉環(huán)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋，從而達(dá)到控制目的。

2、深度指示器

在機(jī)電設(shè)備中，深度指示器是一種常見的保護(hù)裝置，能夠?qū)﹄娖髟O(shè)備的正常運(yùn)行起到重要的維護(hù)作用。發(fā)生故障以后，深度指示器不但無(wú)法為電氣設(shè)備提供保護(hù)，還會(huì)導(dǎo)致其他保護(hù)裝置失去作用。因此，深度指示器的設(shè)計(jì)必須以失效保護(hù)模式的設(shè)置為參考，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的保護(hù)作用。電機(jī)啟動(dòng)后，變頻調(diào)速技術(shù)能夠?qū)ζ渚幋a器接收到的全部脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，通過對(duì)比分析采樣數(shù)據(jù)確定數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，以此來判斷深度指示器是否能夠正常發(fā)揮作用，然后根據(jù)需要組織技術(shù)人員對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證。

3、脈沖優(yōu)化選擇器

應(yīng)用于自動(dòng)化電氣設(shè)備的脈沖優(yōu)化選擇器能夠通過芯片對(duì)信息進(jìn)行加工，然后設(shè)計(jì)PFDM對(duì)信號(hào)源進(jìn)行調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的緩沖模塊、插入循環(huán)前綴等功能。在對(duì)模塊的功能和作用進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，首先應(yīng)仿真信號(hào)源，然后對(duì)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于電解電容器的離散性非常高，對(duì)電壓的承受能力各不相同，因此應(yīng)當(dāng)提前采取措施對(duì)離散性問題做好妥善處理，防止對(duì)系統(tǒng)的有效運(yùn)行造成影響。例如，可以將并聯(lián)電阻設(shè)置在電容器旁邊，防止電路受到損壞，從而對(duì)浪涌電流產(chǎn)生有效的抑制作用，為電路運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性提供可靠保障。

（三）在電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

AI技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)既有電器自動(dòng)化控制能力和控制標(biāo)準(zhǔn)的有效提升，通過高效利用電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行成本的最大化控制，有效降低以人力資源為代表的各項(xiàng)運(yùn)行成本的消耗。電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用潛力和應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)前在模糊控制技術(shù)和專家控制技術(shù)等方面已經(jīng)取得了顯著的應(yīng)用成果。

1、模糊控制技術(shù)

模糊控制模式是一種借助計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的自適應(yīng)反饋控制系統(tǒng)，能夠以專家系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)在模糊推理語(yǔ)言等相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上展開模糊推理。在實(shí)踐應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)電器的自動(dòng)化控制和自動(dòng)化運(yùn)行，模糊控制能夠?qū)⒈豢刂茖?duì)象作為控制的標(biāo)準(zhǔn)與基礎(chǔ)，通過控制器對(duì)推理思路展開具體分析。

2、專家控制技術(shù)

專家控制技術(shù)在設(shè)備控制的具體應(yīng)用中具有較高的適應(yīng)性與靈活性，能夠在專家控制理論的基礎(chǔ)之上與相關(guān)理論和控制技術(shù)相結(jié)合，僅僅通過對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行微調(diào)就能夠適應(yīng)不同的外界控制環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動(dòng)化控制能力的提升，為電氣設(shè)備的運(yùn)行提供可可靠的保障。

（四）在變電站系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)變電站的電器自動(dòng)化，首先應(yīng)當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)完整的電氣系統(tǒng)為變電站的自動(dòng)化運(yùn)行創(chuàng)造條件、提供保障。與此同時(shí)，還需要操作各種電器設(shè)備為變電站的電壓處理提供協(xié)同輔助。變電站系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需求采用集中控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、線路控制和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控四種不同控制方式。

1、集中控制

變電站是我國(guó)電力行業(yè)當(dāng)前采用的主要變電裝置，通過變電站可以對(duì)電壓值的大小進(jìn)行轉(zhuǎn)變。集中控制下的變電站能夠?qū)Ω鱾€(gè)設(shè)備的運(yùn)行做好協(xié)調(diào)控制，為變電站的自動(dòng)化結(jié)構(gòu)創(chuàng)造系統(tǒng)的控制體系，為我國(guó)變電站電氣化控制系統(tǒng)的建立奠定了基礎(chǔ)。

2、遠(yuǎn)程控制

遠(yuǎn)程監(jiān)控需要在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行，以此控制變電站自動(dòng)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)減少電纜數(shù)量、節(jié)約變電站建設(shè)材料等自動(dòng)化操作。通過分析遠(yuǎn)程監(jiān)控上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，作業(yè)人員能夠詳細(xì)掌握變電中存在的缺陷，從而對(duì)變電計(jì)劃及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3、線路監(jiān)控

作為連接所有變電設(shè)備的載體，只有在不同線路的共同作用下，電氣自動(dòng)化控制方能得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)作用的不同，每條線路的連接方法也不同，例如隔離閘刀不得選用硬接線進(jìn)行操作閉鎖，否則可能會(huì)引發(fā)誤操作，因此工作人員需要在自動(dòng)化設(shè)計(jì)的過程中對(duì)線路的連接方式進(jìn)行充分考慮。

4、現(xiàn)場(chǎng)控制

電氣自動(dòng)化的生成過程可以通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控進(jìn)行全面查看，從而對(duì)這一過程中發(fā)生的異常及時(shí)采取針對(duì)性措施進(jìn)行補(bǔ)救，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)程序的規(guī)范化發(fā)展，推動(dòng)了電氣自動(dòng)化技術(shù)在變電站系統(tǒng)中的深入應(yīng)用與優(yōu)化。因此，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控變電站的生成過程已經(jīng)發(fā)展成為電氣自動(dòng)化在變電站系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

（五）在仿真中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠提升電力設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和記錄的能力，為數(shù)據(jù)分析開發(fā)出更多實(shí)用的軟件。運(yùn)行過程中，電力系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并實(shí)施仿真模擬，從而對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行工程中出現(xiàn)的破綻及時(shí)采取針對(duì)性措施進(jìn)行應(yīng)急處理。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)無(wú)法在工作狀態(tài)下控制動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用使電力系統(tǒng)具備了對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理的能力，并且通過模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)無(wú)法控制的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因進(jìn)行估計(jì)，然后采取措施進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)，以此來保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

結(jié)束語(yǔ)：

近年來，電力系統(tǒng)在現(xiàn)代化技術(shù)的帶動(dòng)下得到了迅猛發(fā)展，在人民群眾的生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。通過在電力系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)能夠保障供電的穩(wěn)定性，并且為電力系統(tǒng)的未來發(fā)展指明了道路，為現(xiàn)代電力提供了基本保障。當(dāng)前還須要進(jìn)一步完善電力系統(tǒng)，通過技術(shù)發(fā)展提高電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：張成金，2000.11，男，漢族，籍貫：山東省濟(jì)南市萊蕪區(qū)雪野鎮(zhèn)北雙王村，單位：臨沂大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2019級(jí)三班。