發(fā)輸電與用電系統(tǒng)信息化與智能化技術(shù)的研究與應(yīng)用

張 玉， 李 翠， 紀(jì)艷菊

（北京華聯(lián)電力工程咨詢有限公司， 北京 100071）

0 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電力的日益依賴和對(duì)電力質(zhì)量、效率、安全的不斷提高，電力系統(tǒng)正面臨著更高要求和更大壓力。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如電力供需失衡、能源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問(wèn)題，迫切需要引入先進(jìn)的信息化與智能化技術(shù)來(lái)解決。信息化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和分析，而智能化技術(shù)則能通過(guò)智能算法、人工智能等手段優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理，提高電力系統(tǒng)的可靠性、可用性和經(jīng)濟(jì)性。

1 信息化與智能化技術(shù)概述

1.1 定義和基本原理

信息化是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)，以及相應(yīng)的硬件、軟件設(shè)備，對(duì)各種信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、傳輸、共享和利用的過(guò)程。智能化是指借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬人類智能，使機(jī)器具有學(xué)習(xí)、推理、決策和問(wèn)題解決等能力。智能化技術(shù)的基本原理是模擬人腦的認(rèn)知過(guò)程，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，從而實(shí)現(xiàn)智能決策和行為。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1）人工智能包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等，致力于模擬人類智能行為的技術(shù)。

2）大數(shù)據(jù)分析。利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，從龐大、復(fù)雜的數(shù)據(jù)集中提取有價(jià)值的信息、模式和趨勢(shì)。

3）物聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)感知、識(shí)別、定位和互聯(lián)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理世界和網(wǎng)絡(luò)世界的連接，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)采集和交互[1]。

1.3 信息化與智能化技術(shù)的融合和互動(dòng)

信息化與智能化技術(shù)相互融合形成智能信息化系統(tǒng)，信息化技術(shù)為智能化提供豐富的數(shù)據(jù)和信息基礎(chǔ)，而智能化技術(shù)賦予信息化系統(tǒng)智能化的分析、決策和應(yīng)用能力。信息化技術(shù)為智能化提供數(shù)據(jù)和場(chǎng)景，智能化技術(shù)通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)、模式識(shí)別和自適應(yīng)分析，實(shí)現(xiàn)智能決策和行為。

2 智能電網(wǎng)與智能輸電系統(tǒng)概述

2.1 智能電網(wǎng)的概念和特點(diǎn)

智能電網(wǎng)是指利用先進(jìn)的信息化、通信、感知和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的全面感知、高效管理和智能運(yùn)行的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)。其特點(diǎn)包括高度自動(dòng)化、高度智能化、高度可靠性、高效能耗、可持續(xù)性和對(duì)新能源的高度整合。

2.2 智能電網(wǎng)技術(shù)組成和架構(gòu)

智能電網(wǎng)技術(shù)組成主要包括五大模塊：感知層，負(fù)責(zé)采集電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括傳感器、智能儀表等；通信層，用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)外的信息傳輸和通信，包括物聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)等；數(shù)據(jù)處理與分析層，用于對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和挖掘，包括大數(shù)據(jù)分析、人工智能等；決策與控制層，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能決策和遠(yuǎn)程控制，包括智能算法、控制策略等；應(yīng)用與服務(wù)層，提供各種智能化應(yīng)用和服務(wù)，包括能源調(diào)度、故障診斷、用戶側(cè)管理等。這些模塊共同構(gòu)成智能電網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)的全面感知、智能決策和高效運(yùn)行。

2.3 智能輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用

智能輸電系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，具有關(guān)鍵的技術(shù)和應(yīng)用方向。其中，關(guān)鍵技術(shù)包括高壓直流輸電技術(shù)（HVDC）、靈活直流輸電技術(shù)、電力電子技術(shù)、智能終端設(shè)備等。應(yīng)用方向主要集中在輸電網(wǎng)的運(yùn)行管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)與診斷、負(fù)荷預(yù)測(cè)和電能質(zhì)量管理等方面。

3 電能信息化與監(jiān)控系統(tǒng)概覽

3.1 電能信息化的概念和目標(biāo)

電能信息化是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)電能的產(chǎn)生、傳輸、分配、使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能系統(tǒng)的全面監(jiān)控、運(yùn)行優(yōu)化、智能調(diào)度和安全保障。

3.2 電能數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理技術(shù)

電能信息化的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理技術(shù)。數(shù)據(jù)采集包括現(xiàn)場(chǎng)感知設(shè)備（如傳感器、儀表等）采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)反映了電能系統(tǒng)的狀態(tài)、負(fù)荷、電壓、電流等信息。電能數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理技術(shù)的主要方面，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、數(shù)據(jù)安全以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與決策。本文歸納總結(jié)，展示電能信息化中起到關(guān)鍵作用，幫助提高電能系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性，具體如表1 所示。

表1 電能數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理技術(shù)

3.3 電能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

電能監(jiān)控系統(tǒng)是電能信息化的核心組成部分，其設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用系統(tǒng)等模塊。監(jiān)控中心作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整合各種數(shù)據(jù)、監(jiān)控設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能系統(tǒng)的綜合監(jiān)控和運(yùn)行管理。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。電能監(jiān)控系統(tǒng)的主要模塊及其功能，包括監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用系統(tǒng)。本文歸納整理，展示電能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、運(yùn)行管理和智能決策，具體如表2 所示。

表2 電能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

4 智能化電力調(diào)度與運(yùn)行概覽

智能化電力調(diào)度與運(yùn)行是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，其通過(guò)智能化技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的高效、安全、可靠運(yùn)行。智能化電力調(diào)度與運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，其核心目標(biāo)是在滿足能源需求的前提下最大程度地降低碳排放，提高能源利用效率[2]。

4.1 智能監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集

通過(guò)在電力系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、頻率、負(fù)荷等信息。這些數(shù)據(jù)形成了電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控基礎(chǔ)，為后續(xù)智能調(diào)度和運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

4.2 數(shù)據(jù)處理與大數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，識(shí)別潛在問(wèn)題和優(yōu)化機(jī)會(huì)。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測(cè)未來(lái)負(fù)荷、風(fēng)電、光伏等情況，為系統(tǒng)運(yùn)行決策提供依據(jù)。

4.3 智能調(diào)度與優(yōu)化

結(jié)合大數(shù)據(jù)分析結(jié)果和實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，通過(guò)智能調(diào)度系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃、輸電線路和配電方案。該系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)情況做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，最大程度保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 智能設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)

采用智能設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的智能化調(diào)控和自動(dòng)化運(yùn)行。例如，智能斷路器、智能變壓器等設(shè)備能夠自動(dòng)感知運(yùn)行狀態(tài)并做出適時(shí)調(diào)整。

4.5 人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)

運(yùn)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行模式和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建智能模型。這些模型能夠預(yù)測(cè)故障、優(yōu)化調(diào)度方案，提高電網(wǎng)安全和運(yùn)行效率。智能化電力調(diào)度與運(yùn)行的實(shí)施，對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)了顯著的優(yōu)勢(shì)：提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率：通過(guò)智能化調(diào)度和優(yōu)化，電力系統(tǒng)能夠更加高效地利用清潔能源，減少能源浪費(fèi)，降低供電成本[3]。

5 發(fā)輸電與用電系統(tǒng)信息化與智能化技術(shù)的研究與應(yīng)用方案

5.1 智能電網(wǎng)建設(shè)

中國(guó)在過(guò)去十年積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，采用先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度和運(yùn)營(yíng)管理。智能電網(wǎng)使得電力系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)清潔能源的大規(guī)模接入，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率和可靠性。

5.2 智能變電站

采用智能化設(shè)備和傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，提高了電網(wǎng)的可靠性和運(yùn)行效率。智能變電站能夠自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)、故障診斷以及智能化調(diào)度，有效降低了維護(hù)成本和提高了供電質(zhì)量。

5.3 智能電表和用電監(jiān)控系統(tǒng)

部署智能電表，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶用電情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程抄表。同時(shí)，通過(guò)智能用電監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行智能調(diào)度，優(yōu)化能源利用，降低用電成本，推動(dòng)能效提升。

5.4 大數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)

應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)電力需求、風(fēng)光能發(fā)電情況等，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。這樣的預(yù)測(cè)能力有助于更精準(zhǔn)地進(jìn)行調(diào)度和規(guī)劃。

5.5 智能調(diào)度與優(yōu)化系統(tǒng)

采用智能調(diào)度與優(yōu)化系統(tǒng)，能夠自動(dòng)化生成最優(yōu)的供電方案，充分考慮清潔能源、負(fù)荷需求等多方面因素，以確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)降低碳排放。這些信息化與智能化技術(shù)的應(yīng)用，使中國(guó)電力系統(tǒng)能夠更高效、更可靠地運(yùn)行，也為清潔能源的大規(guī)模接入奠定了基礎(chǔ)。這個(gè)案例凸顯了信息化與智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)用，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和、能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著積極作用[4]。

本文歸納總結(jié)，展示所述信息化與智能化技術(shù)，具體如表3 所示。

表3 發(fā)輸電與用電系統(tǒng)信息化與智能化技術(shù)的研究與應(yīng)用案例

6 結(jié)語(yǔ)

信息化與智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)安全中發(fā)揮著重要作用，可用于電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、智能電表、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷、預(yù)測(cè)分析等，提高了電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和效率。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，信息安全成為一大關(guān)切，尤其涉及用戶信息隱私和數(shù)據(jù)的安全。在應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊和風(fēng)險(xiǎn)方面，采取多層次的防御策略，加強(qiáng)安全意識(shí)培養(yǎng)、使用安全技術(shù)工具、實(shí)施安全監(jiān)控是至關(guān)重要的。