電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用探析

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 樊雅文

電氣自動(dòng)化技術(shù)是運(yùn)用了自動(dòng)檢測(cè)功能和自動(dòng)控制功能的綜合性裝置體系，對(duì)電力系統(tǒng)能完成遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制和信息監(jiān)控等功能，在技術(shù)發(fā)展的背景下信息化技術(shù)會(huì)逐步滲透至原有的電力工程中，確保其工作效率持續(xù)有效提升。電氣自動(dòng)化技術(shù)需要自動(dòng)化的電腦配置和相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)在電氣工程的實(shí)際應(yīng)用中，電氣自動(dòng)化技術(shù)也要堅(jiān)持最大限度滿(mǎn)足生產(chǎn)的基本需求，要求具體的設(shè)計(jì)方案要盡可能簡(jiǎn)潔經(jīng)濟(jì)，要處理好結(jié)構(gòu)內(nèi)部的關(guān)系，最大程度的保證電力系統(tǒng)在高效穩(wěn)定安全的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)

1.1 電氣工程自動(dòng)化控制的主要設(shè)計(jì)理念

電氣工程自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)是為集中監(jiān)控服務(wù)，集中監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)在于它可將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一的整理和分析，對(duì)整體的運(yùn)行狀態(tài)能夠有一個(gè)完整的評(píng)估，由于設(shè)置了多種傳感器并同時(shí)運(yùn)行，所以當(dāng)相鄰部位的數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)就可互相驗(yàn)證，減少了由于機(jī)械故障而產(chǎn)生偶然數(shù)據(jù)波動(dòng)的情況，為系統(tǒng)做出正確判斷提供更多的依據(jù)和參考[1]。

由于是集中監(jiān)控所以能夠集中相應(yīng)的資源，對(duì)于出現(xiàn)問(wèn)題的區(qū)域和環(huán)節(jié)能夠做出更多有效的處理，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行方式和維護(hù)方式上的簡(jiǎn)易處理，在實(shí)際操作過(guò)程具有非常重要的意義。實(shí)現(xiàn)了對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并給出操作人員具體維護(hù)和控制的對(duì)象。集中監(jiān)控減少了由于監(jiān)控對(duì)象數(shù)量少產(chǎn)生的局限性影響，且不同監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)信息能夠互相佐證、互相借鑒，減少了偶然事件和外部環(huán)境影響所造成的干擾，讓系統(tǒng)的判斷更加全面準(zhǔn)確。與其他系統(tǒng)相比使得系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中集中化的理念始終會(huì)作用于具體的操作，同一處理器就能夠處理系統(tǒng)中所有的內(nèi)容，發(fā)揮了處理器強(qiáng)大的運(yùn)算潛力，也節(jié)約了資源避免了重復(fù)設(shè)置。

1.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控式應(yīng)用

電氣工程使用遠(yuǎn)程監(jiān)控從空間和時(shí)間上都具有非常重要的意義，首先從空間上可大幅降低電纜的占地面積，從而降低電纜采購(gòu)、安裝、維護(hù)的成本，而且安裝便捷、省時(shí)省力。遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備經(jīng)過(guò)多代的發(fā)展迭代已非常成熟，在執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一開(kāi)始就預(yù)設(shè)有遠(yuǎn)程監(jiān)控兼容模塊，能帶來(lái)更多功能的拓展，可廣泛應(yīng)用于電氣工程的自動(dòng)化控制，且能在空間和時(shí)間上為控制人員的具體工作內(nèi)容提供更多樣的方案，便于工作人員及時(shí)收集掌握全局的運(yùn)行狀態(tài)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控也具有一定的缺點(diǎn)或是限制，就是它對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)極為依賴(lài)，如通訊網(wǎng)絡(luò)速度不能達(dá)到系統(tǒng)應(yīng)用的正常水平，整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞就會(huì)非常緩慢，而且由于信息通信是及時(shí)進(jìn)行并實(shí)時(shí)處于在線(xiàn)連接狀態(tài)的，所以產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，對(duì)于如此大體量的信息進(jìn)行及時(shí)的收集、傳輸、處理、整理、分析是需要專(zhuān)業(yè)硬件設(shè)備和經(jīng)過(guò)優(yōu)化過(guò)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于一般體量較小的企業(yè)難以承接如此復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。所以一部分企業(yè)除了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)之外，還會(huì)選擇其他的輔助運(yùn)行系統(tǒng)用于解決一些具體的問(wèn)題[2]。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)監(jiān)控式的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)監(jiān)控式具有較強(qiáng)針對(duì)性的設(shè)計(jì)理念，根據(jù)不同的架構(gòu)和功能進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，該類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)具備的優(yōu)勢(shì)在于它既可兼顧遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，讓工作人員的工作環(huán)境和工作時(shí)間變得更加靈活，同時(shí)也可減少隔離設(shè)備數(shù)量，節(jié)約了安裝維護(hù)的成本和時(shí)間，所以整體設(shè)計(jì)安裝操作都較為方便，是一種理想的過(guò)渡階段選擇。

2 電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

2.1 綜合自動(dòng)化技術(shù)與智能保護(hù)

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化保護(hù)理論的不斷發(fā)展和相關(guān)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，電氣自動(dòng)化保護(hù)裝置在適應(yīng)性和人工智能技術(shù)的不斷加持下，也實(shí)現(xiàn)了更多功能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前綜合自動(dòng)化技術(shù)在綜合自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面都有了深入的發(fā)展，這些技術(shù)的不斷演進(jìn)和升級(jí)，使得電氣自動(dòng)化保護(hù)裝置擁有了更加智能的控制樞紐，實(shí)現(xiàn)了功能的拓展，電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定也有了更多的保障，提升了電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用范疇，能夠更加廣泛的應(yīng)用于不同電壓等級(jí)的電站，我國(guó)目前綜合自動(dòng)化控制技術(shù)和智能自動(dòng)化保護(hù)技術(shù)，已經(jīng)投入了一定規(guī)模的實(shí)踐應(yīng)用，在應(yīng)用過(guò)程中數(shù)據(jù)反應(yīng)良好，具體的管理模式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于國(guó)際的領(lǐng)先水平。

2.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

隨著電力系統(tǒng)中實(shí)時(shí)仿真建模和復(fù)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)相關(guān)研究工作的不斷深入和成果取得，電力系統(tǒng)逐漸引入了實(shí)時(shí)數(shù)字模擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大的特征在于具備實(shí)時(shí)性和混合性的特征，可為電力系統(tǒng)的暫態(tài)實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)提供同樣可靠真實(shí)的數(shù)據(jù)，也可與多種電力控制裝置間形成閉環(huán)系統(tǒng)，為研究人員對(duì)特定環(huán)境下裝置的實(shí)踐性能和測(cè)試提供相應(yīng)的條件。過(guò)去這樣的仿真系統(tǒng)由于技術(shù)的限制遲遲無(wú)法形成，導(dǎo)致研究人員想要對(duì)一些特殊課題進(jìn)行研究時(shí)只能通過(guò)理論推導(dǎo)的方式來(lái)進(jìn)行演算，而這種演算過(guò)程即使考慮再多的影響因素，在實(shí)際過(guò)程中也必然會(huì)出現(xiàn)偏差，影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性。而這種仿真建模的形式能幫助研究人員以近乎真實(shí)的狀態(tài)了解到該結(jié)構(gòu)在真實(shí)作用條件下的各類(lèi)影響和反應(yīng)，得出最為可靠的數(shù)據(jù)變動(dòng)記錄，并將這些記錄用于持續(xù)完善系統(tǒng)改進(jìn)過(guò)程，提升設(shè)計(jì)的完成度和準(zhǔn)確性。

2.3 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展，需進(jìn)行管理和控制的數(shù)據(jù)源數(shù)量以及規(guī)模在日漸膨脹，面對(duì)大體量數(shù)據(jù)運(yùn)算管理工作，傳統(tǒng)的人工機(jī)械管理方式已無(wú)法應(yīng)對(duì)當(dāng)前的控制規(guī)模。人工智能是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方式對(duì)某些特定的程序和邏輯進(jìn)行控制掌握，人工智能的加入對(duì)于電力系統(tǒng)的控制和管理會(huì)帶來(lái)顛覆性的影響。

首先人工智能會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)的人工干預(yù)控制，在實(shí)踐過(guò)程中，人腦由于受到精力和疲勞的雙重影響，工作一段時(shí)間后運(yùn)算能力和準(zhǔn)確性就會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降，而這種明顯的控制能力下滑會(huì)直接影響到對(duì)于電力系統(tǒng)的正常管理。由于電力控制工作是一種機(jī)械式的對(duì)照式管理，只要對(duì)其內(nèi)在的邏輯或是因果影響關(guān)系有一個(gè)認(rèn)識(shí)，就可在合適的時(shí)間以合適的指令完成適合的動(dòng)作，從而達(dá)到對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制的目的。人工智能在進(jìn)行電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制管理學(xué)習(xí)過(guò)程中并不需花費(fèi)太長(zhǎng)的時(shí)間，就可以掌握其中的邏輯關(guān)系，只要對(duì)各類(lèi)正常數(shù)據(jù)信息和異常數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)學(xué)習(xí)，然后再在其程序中加入不同編程，讓其能夠根據(jù)數(shù)據(jù)變動(dòng)情況進(jìn)行自我分析，達(dá)成對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的運(yùn)算表達(dá)判斷不同類(lèi)型數(shù)據(jù)波動(dòng)情況所代表的含義并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的控制。

人工智能的加入，使得電氣自動(dòng)化控制中心的運(yùn)算速度能夠得到進(jìn)一步的提升，且控制中心的管理權(quán)限和控制范圍會(huì)進(jìn)一步提升，原來(lái)由機(jī)械輔助管理控制的區(qū)域可以完全交由人工智能進(jìn)行，全面掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行分析、系統(tǒng)元?dú)饧墓收蠙z查和排除，以及系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)的判斷都可以由人工智能來(lái)進(jìn)行。隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展和升級(jí)，其自動(dòng)化水平會(huì)不斷提升，標(biāo)準(zhǔn)控制會(huì)越來(lái)越廣泛，人工智能控制理論的相關(guān)研究和實(shí)踐也會(huì)越來(lái)越多，未來(lái)電力系統(tǒng)的控制必然是以人工智能為主導(dǎo)。

3 電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

3.1 變電站及配電自動(dòng)化的應(yīng)用

變電站自動(dòng)化技術(shù)是采用通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)和信息處理技術(shù)，完成對(duì)正常工作信息的識(shí)別和判斷分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)，完成相應(yīng)的指令控制實(shí)現(xiàn)對(duì)二級(jí)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和組合，減少過(guò)程中人工控制的參與程度，提升內(nèi)部信息處理的效率，節(jié)約人力成本，保證系統(tǒng)運(yùn)行分析處理的連貫性，減輕配電站人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且提升了配電站人員的安全保障，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠在同一套控制體系下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)和監(jiān)督。

3.2 在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化中的應(yīng)用

在電力工程中，電網(wǎng)的總調(diào)度能夠通過(guò)顯示器和計(jì)算機(jī)服務(wù)平臺(tái)直觀展示出來(lái)，根據(jù)電力工程電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)波動(dòng)情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控電網(wǎng)的工作狀態(tài)，通過(guò)各自系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)信息對(duì)發(fā)電狀況進(jìn)行掌握，同時(shí)對(duì)整個(gè)電力工程的系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，減少電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的可能性，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)做出最快的判斷和干預(yù)。

綜上，電氣自動(dòng)化是我國(guó)電力工程未來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，我國(guó)的電力部門(mén)在未來(lái)還會(huì)強(qiáng)化電氣自動(dòng)化技術(shù)的投入和研發(fā)，為我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供扎實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。