變電站電力系統(tǒng)自動(dòng)化智能控制分析

戴欣欣

（南京南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

作為電力供給的樞紐，變電站是電力網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的一環(huán)。為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，更好地滿足人民美好生活對(duì)電力供應(yīng)的需求，必須改革傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制技術(shù)。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，充分應(yīng)用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，以促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行水平的提升。

1 變電站電力系統(tǒng)自動(dòng)化智能控制作用

1.1 確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定

變電站電力系統(tǒng)負(fù)責(zé)不間斷地電能輸出，當(dāng)前變電站電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電能供應(yīng)穩(wěn)定性的要求也越來越高，需對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行有效管理。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)管理采取人工控制方式，雖然能做到具體問題具體處理，但管理低效且人力成本過高。而自動(dòng)化智能控制技術(shù)的引入支持進(jìn)行全過程性的無人化操作，各類電力系統(tǒng)運(yùn)行中的頻發(fā)問題得到了智能化的監(jiān)管，大大降低電力系統(tǒng)安全隱患，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 提升操作安全性

對(duì)于電力企業(yè)來說，變電站電力系統(tǒng)管理帶有一定的危險(xiǎn)性。長(zhǎng)期工作的設(shè)備一旦出現(xiàn)線路老化和損耗等問題，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的故障，而檢修人員需要深入現(xiàn)場(chǎng)，探明故障，解決故障，在故障查找與處理的過程中面臨較大的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。而引入自動(dòng)化智能控制能及時(shí)自動(dòng)地對(duì)電力系統(tǒng)所有設(shè)備線路狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理及分析，若發(fā)現(xiàn)異常問題就會(huì)自動(dòng)警告提示，協(xié)助工作人員迅速處理或者進(jìn)行自動(dòng)化處理，降低損耗，也大大提升管理操作的安全性。

1.3 提高電力系統(tǒng)管理效率

變電站電力系統(tǒng)的故障原因很多，而發(fā)生故障后需要工作人員盡快查明故障源頭，做好故障的緊急處理，這對(duì)于工作人員專業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)要求較高，且需要相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備做輔助。故障源頭的排查需要多方面入手，整個(gè)排查工作既復(fù)雜又漫長(zhǎng)，故障問題往往得不到及時(shí)的控制，產(chǎn)生更大的安全隱患。在電力系統(tǒng)中引入自動(dòng)化智能控制技術(shù)，其自動(dòng)地對(duì)電力系統(tǒng)中的設(shè)備層、站控層以及間隔層狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)視，且定期對(duì)這些構(gòu)件的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集與整理，進(jìn)行有效地分析預(yù)警，提醒工作人員查看故障點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)管理更簡(jiǎn)單，電力系統(tǒng)管理效率明顯提升。

2 變電站自動(dòng)化智能控制發(fā)展的幾種模式

2.1 集中式

20世紀(jì)80年代及以前，變電站處于“四遙”發(fā)展階段，也就是遙測(cè)、遙信、遙控以及遙調(diào)。其中，基于RTU的遠(yuǎn)動(dòng)裝置及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控是電力系統(tǒng)的主要組成部分。在常規(guī)裝置上加入RTU能夠支持遙信、遙測(cè)、遙控以及遙調(diào)，該系統(tǒng)又被稱為集中式自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)。集中式自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都有成熟的應(yīng)用，屬于最為常見的結(jié)構(gòu)方式，在計(jì)算機(jī)的輔助下擴(kuò)展I/O接口，準(zhǔn)確采集信息。就模擬量采集來說，準(zhǔn)確采集信息后進(jìn)行信息的有效處理，并由計(jì)算機(jī)對(duì)信息參數(shù)進(jìn)行分析，監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行。集中式結(jié)構(gòu)需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)發(fā)力，不同的計(jì)算機(jī)任務(wù)也不同，其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)控，同時(shí)也要對(duì)電流斷路器進(jìn)行應(yīng)急操作處理，這是變電站電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制的初級(jí)階段。

2.2 分布式

20世紀(jì)90年時(shí)代初，基于單元式微機(jī)和依照功能需求設(shè)計(jì)的分布式微機(jī)測(cè)控裝置得到了開發(fā)與應(yīng)用，其能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，并且可以通過通信管理系統(tǒng)將所采集信息輸送到后臺(tái)。繼電保護(hù)與測(cè)控裝置的獨(dú)立運(yùn)行基于總線與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了所得數(shù)據(jù)信息的交換應(yīng)用，但其不足是系統(tǒng)數(shù)據(jù)存在冗余，二次功能缺乏優(yōu)化。對(duì)比集中式結(jié)構(gòu)，分布式結(jié)構(gòu)擴(kuò)展功能更強(qiáng)，能與更多的處理單元相聯(lián)系，使得任務(wù)分配更精細(xì)。各個(gè)處理單元獨(dú)立完成各項(xiàng)工作，并最終在監(jiān)控主機(jī)上進(jìn)行處理單元數(shù)據(jù)的匯總，這樣不會(huì)對(duì)處理單元的運(yùn)行產(chǎn)生影響。分布式結(jié)構(gòu)模式能夠支持同一時(shí)間段內(nèi)海量數(shù)據(jù)的高效處理，對(duì)比集中式結(jié)構(gòu)，它的處理效率更高，這也意味著如果短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)也不會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)宕機(jī)的情況，如果其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)其他模塊產(chǎn)生影響。

2.3 分層分布式

20世紀(jì)90年代中期以后出現(xiàn)了分層分布式結(jié)構(gòu)模式，其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物?；谛录夹g(shù)發(fā)展起來的分層分布式系統(tǒng)應(yīng)用配置更靈活，擴(kuò)展更方便。分層分布式系統(tǒng)將整個(gè)變電站自動(dòng)化控制分為監(jiān)控層和間隔層兩大部分，在一些個(gè)別情況下可以分為3層，即增加了過程層[1]。變電站一個(gè)斷路器間隔需要用到的數(shù)據(jù)采集和控制功能主要由智能化采集單元完成，智能化采集單元多裝在斷路器或者其間隔的周圍，通過光纜實(shí)現(xiàn)通信，進(jìn)行信息傳輸。

3 自動(dòng)化智能控制技術(shù)應(yīng)用

3.1 半自動(dòng)化智能控制技術(shù)

半自動(dòng)化智能控制技術(shù)是相對(duì)于全自動(dòng)化智能控制技術(shù)來講的，其在電力行業(yè)中有廣泛應(yīng)用，主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、整理及傳輸，但操作較為被動(dòng)。目前自動(dòng)化智能控制常見的控制方式有就地控制、交互式控制以及遠(yuǎn)程控制[2]。其中交互式控制是通過工作人員進(jìn)行指令操作來控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的交互操作，在執(zhí)行過程中不需要人為干預(yù)。就地控制分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，手動(dòng)控制需要人員操作，自動(dòng)控制可以在計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的輔助下執(zhí)行相關(guān)的裝置開關(guān)控制工作。遠(yuǎn)程控制主要對(duì)應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)控制，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的執(zhí)行行為，對(duì)應(yīng)的是成本的節(jié)約和管理效率的提升，其不足是使用時(shí)必須確保和變電站處于網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)，如果變電站網(wǎng)絡(luò)有故障，則會(huì)影響其控制效果[3]。

3.2 自動(dòng)化智能控制

3.2.1 線性最優(yōu)控制

分析受控對(duì)象的規(guī)律，通過已有的知識(shí)庫(kù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，以確定影響控制效果的因素，對(duì)其加強(qiáng)控制，達(dá)到控制目的[3]。例如，對(duì)于智能控制分布結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，如果電路中出現(xiàn)低壓電流不斷減少的情況，則可以通過線性最優(yōu)方式采集電流信息，明確低壓電流的原因，再對(duì)比以往的經(jīng)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)問題的高效解決。

3.2.2 模糊邏輯控制

模糊邏輯控制具有高效處理的優(yōu)勢(shì)，能夠完成應(yīng)急處理需求，如果變電站出現(xiàn)特定性故障，則可以對(duì)出現(xiàn)問題的地方實(shí)現(xiàn)信息快速采集[4]。其主要工作原理是將傳統(tǒng)電壓無功控制方法與九區(qū)圖法對(duì)應(yīng)的分區(qū)與輸入變量的模糊語(yǔ)言變量相結(jié)合，根據(jù)變電站的運(yùn)行狀態(tài)確定解耦控制手段或綜合控制方式，由模糊控制算法得出控制策略，使得電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，也規(guī)避了電力系統(tǒng)功能受限的風(fēng)險(xiǎn)。在一些重大事故處理中，應(yīng)用效果明顯，但控制不全面，結(jié)果不確定。邏輯模糊控制方法對(duì)應(yīng)的是快速解決問題的情形，是模糊化的控制與處理。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制組成內(nèi)容多，因此能儲(chǔ)存較多的知識(shí)模型，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以解決一些棘手的問題。多數(shù)情況下應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，完成適用各種情況的建模工作，結(jié)合對(duì)應(yīng)算法中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化控制。神經(jīng)控制中包含有多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且每個(gè)都是獨(dú)立關(guān)系，每個(gè)模塊也不相同[5]。例如，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，克服了傳統(tǒng)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)中的識(shí)別困難、適應(yīng)性不強(qiáng)以及數(shù)據(jù)量大等缺陷，表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力和學(xué)習(xí)能力，支持各種模型的建立及存儲(chǔ)，也支持經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)。

4 自動(dòng)化智能控制實(shí)現(xiàn)舉措

針對(duì)自動(dòng)化智能控制技術(shù)的應(yīng)用，工作人員應(yīng)當(dāng)充分考慮電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。在保證電力系統(tǒng)操作與控制可靠性的基礎(chǔ)上，借用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與監(jiān)控。

智能控制技術(shù)應(yīng)支撐變電站二次保護(hù)、控制功能的優(yōu)化以及設(shè)備的整合，促進(jìn)變電站更智能、更經(jīng)濟(jì)。智能控制技術(shù)提高了設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和健康預(yù)警，雖然使得變電站可以實(shí)現(xiàn)無人值班運(yùn)行，但也存在設(shè)備故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的隱患。對(duì)此應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)型管理人才的培養(yǎng)，讓管理人才參與到自動(dòng)化建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確了解相關(guān)設(shè)備操作方法和操作規(guī)范，讓管理人員可以憑借自身所掌握的知識(shí)和技能有效分析收集到的信息數(shù)據(jù)，及時(shí)維護(hù)與更新監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)，使得智能監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)不斷優(yōu)化，讓終端操作更人性，自動(dòng)化智能化控制效果更理想。

5 結(jié) 論

變電站作為電力系統(tǒng)的重要構(gòu)成，其在電力資源供給方面發(fā)揮重要作用。變電站電力系統(tǒng)的有效控制問題值得關(guān)注，特別是當(dāng)前變電站電力系統(tǒng)自動(dòng)化智能控制技術(shù)應(yīng)用更為成熟，為變電站電力系統(tǒng)的高效運(yùn)作和穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支持。在實(shí)際的變電站電力系統(tǒng)控制管理中，要求工作人員掌握自動(dòng)化智能控制技術(shù)，響應(yīng)電力企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，提升變電站的自動(dòng)化控制水平，實(shí)現(xiàn)一體化的電力控系統(tǒng)控制目標(biāo)，保證電力資源供應(yīng)穩(wěn)定，更好地推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。