電力自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的應(yīng)用

邱炳江

（廣東億能電力股份有限公司 廣東省廣州市 510663）

在社會(huì)用電總量增加和用戶需求多元發(fā)展的背景下，電力工程要想具備更加豐富的功能、提供更高質(zhì)量的服務(wù)，必須要推廣電力自動(dòng)化技術(shù)。從當(dāng)前的應(yīng)用效果來看，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、變電運(yùn)行自動(dòng)化等，為電力企業(yè)創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的效益。因此電力自動(dòng)化技術(shù)也越來越受到了企業(yè)管理者的重視。需要認(rèn)識(shí)到，電力自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，是建立在動(dòng)態(tài)發(fā)展、持續(xù)創(chuàng)新這一前提之下的。只有提供多方面的支持，保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，才能讓電力工程得到穩(wěn)定與可靠運(yùn)行。

1 電力工程中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

1.1 有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行

電力工程中包含了多種類型的電氣設(shè)備，通過線路相連形成了統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)在運(yùn)行期間，由于維護(hù)不及時(shí)或設(shè)備老化等因素的影響，有較大概率發(fā)生故障，對(duì)電力工程的安全與穩(wěn)定帶來不利影響。電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，一方面是利用數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)。只要是存在潛在故障，或者是出現(xiàn)異常工況，都可以被電力自動(dòng)化系統(tǒng)識(shí)別。另一方面，計(jì)算機(jī)基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在AI 技術(shù)的幫助下明確故障原因，并自動(dòng)生成解決對(duì)策。如果是軟件方面的問題，利用內(nèi)部程序加以解決；如果是硬件方面的問題，提供分析報(bào)告和解決方案，輔助技術(shù)人員進(jìn)行維修處理。在電力自動(dòng)化技術(shù)的幫助下，保障了電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

1.2 有利于提高電力能源的利用效率

對(duì)于電力企業(yè)來說，提高電能利用率除了與自身的經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)外，還可以在一定程度上減輕電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。在以往的電力工程建設(shè)與運(yùn)行時(shí)，由于系統(tǒng)規(guī)劃不合理、設(shè)備兼容性差，以及無功功率的存在，電力能源浪費(fèi)情況十分嚴(yán)重。在引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)后，構(gòu)建電力自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力工程的動(dòng)態(tài)管控，電力能源的利用效率也得到了大幅度的提升。例如，在配網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，利用自動(dòng)化技術(shù)可以優(yōu)化規(guī)劃方案，降低成本投入；在電網(wǎng)調(diào)度時(shí)，基于自動(dòng)化技術(shù)可以根據(jù)電力用戶的實(shí)際需求，進(jìn)行靈活供電，既滿足了用電需求，又防止了電能浪費(fèi)；在電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，依托自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，確保有故障隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)處理，保障電網(wǎng)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，避免因故障停電造成損失[1]。因此，電力自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，讓電力能源的利用率和電力企業(yè)的經(jīng)營效益均得到了提升。

2 電力工程中常用的電力自動(dòng)化技術(shù)

2.1 電力自動(dòng)化補(bǔ)償技術(shù)

近年來，除了用電總量持續(xù)增加，用電需求也呈現(xiàn)出多樣化、高質(zhì)量的特點(diǎn)。尤其是工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)這類用電集中的區(qū)域，電網(wǎng)運(yùn)行中負(fù)荷波動(dòng)明顯，無功功率明顯增加，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)維管理提出了嚴(yán)格要求和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。電力無功補(bǔ)償技術(shù)的主要作用就是通過抵消電感電流、消除無功功率的方式，降低電網(wǎng)運(yùn)行中的電能損耗，為電氣設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行環(huán)境，從而達(dá)到維護(hù)電力系統(tǒng)的目的。根據(jù)補(bǔ)償原理的不同，自動(dòng)化補(bǔ)償技術(shù)又可以分成低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償?shù)刃问?。在電力自?dòng)化技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)下，一種新型自動(dòng)化補(bǔ)償技術(shù)能夠在單相、兩相、多相等3 種補(bǔ)償模式下完成自動(dòng)切換，在減輕電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的基礎(chǔ)上，還能夠起到保護(hù)電力設(shè)備的效果，在維護(hù)電力企業(yè)效益方面效果顯著。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

電力工程中包含的各類電氣設(shè)備，需要利用線纜串聯(lián)起來形成統(tǒng)一體，然后在中央控制器的統(tǒng)一調(diào)度下，保證電力工程穩(wěn)定運(yùn)行。但是由于電氣設(shè)備類型多樣，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)并不相同，在協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)很有可能因?yàn)樾吞?hào)不匹配、系統(tǒng)不兼容，而導(dǎo)致電力工程的某些功能無法正常發(fā)揮。在推進(jìn)電力自動(dòng)化發(fā)展的過程中，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)構(gòu)建信息綜合管理系統(tǒng)，讓多種型號(hào)的電氣設(shè)備能夠執(zhí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，保證了運(yùn)行穩(wěn)定性和整體兼容性。在實(shí)踐中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）按照“分-總”模式，利用變送器將分布在電網(wǎng)各處的電氣設(shè)備的運(yùn)行信息收集起來。進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將不同格式的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式，方便計(jì)算機(jī)正常讀取和開展分析。

（2）在接收終端控制指令后，利用“總-分”模式，協(xié)調(diào)各種電力設(shè)備有條不紊的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集中管控，保證穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

2.3 主動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)

隨著電力自動(dòng)化系統(tǒng)功能的多樣化，以及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生海量化的數(shù)據(jù)。其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)具有留存價(jià)值，需要設(shè)立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。但是常規(guī)的數(shù)據(jù)庫容量有限，且數(shù)據(jù)檢索和調(diào)取程序繁瑣，影響了數(shù)據(jù)利用價(jià)值的發(fā)揮，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理造成了不便。主動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫技術(shù)，一方面是提供了超大容量的存儲(chǔ)空間，即便是后期電網(wǎng)和電力工程擴(kuò)建，也完全能夠滿足電力系統(tǒng)日常運(yùn)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要。另一方面，根據(jù)數(shù)據(jù)提供對(duì)象的不同，能夠在數(shù)據(jù)庫中提供專門的分區(qū)。例如變電站數(shù)據(jù)分區(qū)、繼電保護(hù)裝置數(shù)據(jù)分區(qū)等。后期在數(shù)據(jù)調(diào)用和分析時(shí)，降低了檢索難度，可以從對(duì)應(yīng)的分區(qū)中直接提取需要的數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)的利用價(jià)值得到了進(jìn)一步提升。

2.4 光互連技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，要求自動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)之間要相互配合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力工程運(yùn)行控制并保證其運(yùn)行流程。但是由于電網(wǎng)中諧波的存在，導(dǎo)致機(jī)電控制的靈敏性和時(shí)效性均會(huì)受到不同程度的干擾影響。光互連是近幾年在電力行業(yè)推廣使用的一種新型通信技術(shù)，特點(diǎn)是用光纖作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，傳輸速率最高可達(dá)10Gbit/s。在電力工程中，主要作用是提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)的交互性能，除了提高不同系統(tǒng)之間信息傳遞效率，而且提高了抗干擾能力，在保證信息質(zhì)量等方面也有明顯優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用光互連技術(shù)時(shí)，考慮到成本因素的影響，通常只在兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使用，而對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞，還是以無線通信模式為主。

3 電力自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的具體應(yīng)用

在電力自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的過程中，電力工程中的應(yīng)用功能也日益豐富，無論是對(duì)于電力系統(tǒng)自身的運(yùn)行，還是對(duì)電力企業(yè)的效益，均起到了促進(jìn)和提升作用。目前來看，電力自動(dòng)化技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)度、繼電保護(hù)和運(yùn)行監(jiān)測(cè)、無人值守等領(lǐng)域發(fā)揮了積極作用，具體應(yīng)用如下。

3.1 在電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)配中的應(yīng)用

電網(wǎng)的自動(dòng)調(diào)配和智能調(diào)節(jié)，一方面能夠滿足不同電力客戶的用電需求，提升了客戶的服務(wù)滿意度，進(jìn)而增加了電力用戶的粘性；另一方面有能夠最大程度上降低電網(wǎng)的運(yùn)行損耗，對(duì)節(jié)約電力能源和維護(hù)電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益均有幫助。電能智能調(diào)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)有2 種：

（1）電力自動(dòng)化技術(shù)；

（2）人工智能（AI）技術(shù)。

在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，在獲取用電需求的基礎(chǔ)上，依托AI 技術(shù)自動(dòng)生成智能調(diào)配方案；然后利用電力自動(dòng)化技術(shù)，將這一方案落實(shí)下去，保證了電網(wǎng)按照既定計(jì)劃完成運(yùn)行。相比于人工調(diào)配，基于電力自動(dòng)化技術(shù)的智能調(diào)配，具有響應(yīng)速度快、調(diào)控精細(xì)化、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)。

3.2 在多元繼電保護(hù)中的應(yīng)用

繼電保護(hù)裝置也是電力工程中一系列保護(hù)設(shè)備的總稱，常見的有電流保護(hù)、平衡保護(hù)、瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)等幾種，這些不同類型的繼電保護(hù)裝置共同維護(hù)了電力工程的正常運(yùn)行。繼電保護(hù)裝置具有速動(dòng)性、靈敏性等特征，但是由于工作環(huán)境惡劣，在受到強(qiáng)烈震動(dòng)或電磁干擾后，很容易出現(xiàn)靈敏度降低，或者是誤動(dòng)、拒動(dòng)的情況，從而失去了保護(hù)電力系統(tǒng)的功能。電力自動(dòng)化技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用，對(duì)維護(hù)其穩(wěn)定運(yùn)行、延長(zhǎng)其使用壽命有顯著作用。實(shí)現(xiàn)途徑有二：

（1）直接監(jiān)測(cè)繼電保護(hù)裝置，獲取輸出電壓、輸出電流等參數(shù)，判斷裝置是否存在異常工況；

（2）控制其他裝置加以保護(hù)，例如調(diào)節(jié)變壓器、穩(wěn)壓器，保證電力系統(tǒng)中電壓穩(wěn)定，減輕繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行負(fù)荷，對(duì)維護(hù)其穩(wěn)定運(yùn)行也有積極幫助[3]。

3.3 在電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

近年來，因?yàn)殡娏こ坛霈F(xiàn)突發(fā)故障而導(dǎo)致局部電力供應(yīng)中斷的情況時(shí)有發(fā)生，對(duì)電力用戶和供電企業(yè)均造成了嚴(yán)重?fù)p失。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)運(yùn)行中故障類型多樣，既有外部因素導(dǎo)致的，如雷擊等；更多的是內(nèi)部因素造成的，如電氣設(shè)備老化導(dǎo)致絕緣失效。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)、全面監(jiān)測(cè)，確保有異常狀況、故障隱患能夠被第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和處理，必須要應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)。其監(jiān)測(cè)原理為：電網(wǎng)中分布著大量諸如傳感器之類的信息采集裝置，以特定頻率采集電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)；利用無線通信裝置，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端控制中心，并在數(shù)據(jù)庫中暫時(shí)存儲(chǔ)；中央計(jì)算機(jī)運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行配對(duì)。配對(duì)成功，則說明電氣設(shè)備運(yùn)行正常；反之，則說明異常運(yùn)行，并根據(jù)數(shù)據(jù)來源鎖定故障源，提醒技術(shù)人員做進(jìn)一步處理。

3.4 在變電站無人值守中的應(yīng)用

在整個(gè)電力工程中，變電站通過發(fā)揮調(diào)壓、穩(wěn)壓功能，在滿足用電需求和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等方面意義重大。由于變電站的位置分散，周邊環(huán)境復(fù)雜，包含設(shè)備多樣，通常需要安排專人值班看守，人工成本較高。在電力自動(dòng)化技術(shù)的支持下，在各個(gè)變電站中安裝了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括音視頻監(jiān)控裝置、環(huán)境變量采集裝置、網(wǎng)絡(luò)通信裝置、終端監(jiān)控裝置等。能夠?qū)崟r(shí)采集并傳遞各個(gè)變電站的實(shí)時(shí)信息，如運(yùn)行工況、狀態(tài)參數(shù)等。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，技術(shù)人員隨時(shí)掌握整個(gè)電力工程范圍內(nèi)所有變電站的實(shí)際情況，以便于根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行需要，進(jìn)行靈活地遠(yuǎn)程調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)了無人值守、自動(dòng)運(yùn)行。在幫助電力企業(yè)節(jié)約人工成本的同時(shí)，利用中央計(jì)算機(jī)代替人工完成運(yùn)行監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，對(duì)于變電站自身運(yùn)行的穩(wěn)定性、高效率也有明顯幫助。

4 電力工程中電力自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 智能化

近幾年人工智能技術(shù)在推進(jìn)電力自動(dòng)化發(fā)展中，發(fā)揮了不可替代的重要價(jià)值。特別是專家決策系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等具有代表性的人工智能技術(shù)，在電力工程故障自檢、智能調(diào)度等方面展現(xiàn)出了強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但是我們也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，受到技術(shù)水平的限制，以及出于技術(shù)成本的考慮，現(xiàn)階段電力自動(dòng)化領(lǐng)域人工智能技術(shù)的融合度不高。未來一段時(shí)間內(nèi)，技術(shù)的成熟和成本的降低，將會(huì)推動(dòng)電力自動(dòng)化系統(tǒng)在智能化方向上有更加明顯的進(jìn)步。例如在輸電環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)輸電線路智能巡檢；在配電環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)調(diào)控一體化；在用電環(huán)節(jié)，推進(jìn)了現(xiàn)代智能樓宇的建設(shè)等等。

4.2 微型化

在電力工程應(yīng)用功能不斷豐富的背景下，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成也變得更為復(fù)雜，無形中增加了系統(tǒng)管理的難度，也影響了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。隨著電力自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化、微型化，將會(huì)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。相比于現(xiàn)階段電力自動(dòng)化系統(tǒng)中獨(dú)立分布的電氣設(shè)備，微型化的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，除了進(jìn)一步壓縮電氣設(shè)備的體積外，還能夠采用模塊化設(shè)計(jì)、集中化布置的方式，提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性[4]。除此之外，隨著電力工程規(guī)模的擴(kuò)大化，電力自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)量增加，在乘數(shù)效應(yīng)的影響下，每年產(chǎn)生的運(yùn)行能耗也不容小覷。未來電力自動(dòng)化系統(tǒng)朝向微型化發(fā)展，對(duì)降低系統(tǒng)能耗也有一定的幫助。

5 結(jié)語

電力行業(yè)的發(fā)展和同行競(jìng)爭(zhēng)的加劇，迫使電力企業(yè)不得不創(chuàng)新電力自動(dòng)化技術(shù)，并將其應(yīng)用到電力工程中，在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)和故障自檢，以及降低電力設(shè)備運(yùn)行損耗和提高電力能源利用效率等方面發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢(shì)。下一步，電力企業(yè)要從資金、人力等方面加大投入，為電力自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用提供必要的支持。以提升電力工程的智能化控制、可靠性運(yùn)行、多功能服務(wù)為基礎(chǔ)，讓電力企業(yè)能夠提升供電質(zhì)量、增加經(jīng)營效益，在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)自我的可持續(xù)發(fā)展。