探討電力系統(tǒng)電氣工程自動化中的智能化技術(shù)的運(yùn)用

國網(wǎng)重慶電力公司石柱供電分公司 梁繼軍

1 智能化技術(shù)簡析

智能化技術(shù)概念最早出現(xiàn)于20世紀(jì)五十年代，其建立在信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上，主要用于代替特定環(huán)境條件下的人工操作，可以幫助減少人工工作量，提高系統(tǒng)或業(yè)務(wù)運(yùn)行的穩(wěn)定性與并降低基礎(chǔ)成本。在現(xiàn)代社會背景下，智能化技術(shù)需要依靠模擬人工思維的方式，維持自身生產(chǎn)狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)，因此其技術(shù)復(fù)雜性出現(xiàn)了顯著提升趨勢，能夠通過自動、信息、指令等元素控制相應(yīng)功能，有效提高業(yè)務(wù)的執(zhí)行效率與質(zhì)量［1］。在智能化技術(shù)研究方面，語言、心理甚至哲學(xué)都屬于重要的分析方向，這些專業(yè)知識可以為智能化技術(shù)的革新帶來重要機(jī)遇，有利于推廣自動化應(yīng)用體系，使各行各業(yè)能夠享受到技術(shù)發(fā)展帶來的紅利加成，為社會經(jīng)濟(jì)體系革新提供有力支持。

2 電力系統(tǒng)應(yīng)用電氣工程自動化智能化技術(shù)的目標(biāo)探究

電力系統(tǒng)與常規(guī)工業(yè)系統(tǒng)存在一定程度的差異，在自動化框架理念下，采用智能化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與部署時(shí)，需要明確基礎(chǔ)工作目標(biāo)，確保相關(guān)需求能夠得到充分滿足，為實(shí)現(xiàn)理想的運(yùn)行效果創(chuàng)設(shè)優(yōu)良條件。常規(guī)情況下，電力系統(tǒng)智能化需要以低人工成本投入，獲得優(yōu)秀的自動化干預(yù)效果，包括智能分析電力設(shè)備狀態(tài)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)警，展開自動干預(yù)流程等。通過滿足此類目標(biāo)，有效降低電力網(wǎng)絡(luò)安全事故發(fā)生率，并幫助預(yù)防人身事故問題，提高電網(wǎng)數(shù)控的可靠性與穩(wěn)定性[2]。電力系統(tǒng)還需要落實(shí)融合建設(shè)目標(biāo)，使自動化技術(shù)可以與智能化技術(shù)相整合，保證電力網(wǎng)絡(luò)處于安全狀態(tài)下，避免在數(shù)據(jù)處理或運(yùn)行方面出現(xiàn)問題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的發(fā)展目標(biāo)，智能化應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能化應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)一覽Ⅰ如圖2所示。

圖2 技術(shù)架構(gòu)一覽Ⅰ

技術(shù)架構(gòu)一覽Ⅱ如圖3所示。

圖3 技術(shù)架構(gòu)一覽Ⅱ

在應(yīng)用方面，智能化技術(shù)可以部署在電力系統(tǒng)的發(fā)電端送出開關(guān)、輸電干線、變壓器、高中低側(cè)母線，以及相連的開關(guān)區(qū)域。通過采用智能化技術(shù)，電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)五防五遙、數(shù)據(jù)互聯(lián)；邏輯判斷、預(yù)警防范；自動調(diào)節(jié)、智能投切的功能效果，能夠?yàn)闈M足電氣工程自動化標(biāo)準(zhǔn)提供重要支持。

電力系統(tǒng)還需要滿足低碳環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。通過應(yīng)用智能化技術(shù)，可以使新能源機(jī)組的應(yīng)用占比得到顯著提升，有利于幫助電力網(wǎng)絡(luò)向新電氣化方向轉(zhuǎn)型，減少原本高污染機(jī)組的實(shí)際占比。在部署智能化技術(shù)方案時(shí)，電力網(wǎng)絡(luò)需要確立可控執(zhí)行目標(biāo)，并落實(shí)互聯(lián)發(fā)展需求，使電力系統(tǒng)的資源能夠在穩(wěn)定條件下共享，推動電力網(wǎng)絡(luò)向能源互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)，為未來社會的高新技術(shù)建設(shè)提供有力支持。

3 電力系統(tǒng)應(yīng)用電氣工程自動化智能化技術(shù)的途徑研究

3.1 故障排查與事故預(yù)演

電力系統(tǒng)在電氣工程自動化框架的支持下，可以利用智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障排查與事故預(yù)演目標(biāo)。常規(guī)條件下，電力系統(tǒng)與其他常見的工業(yè)系統(tǒng)不同，其復(fù)雜程度較高且魯棒性較低。若網(wǎng)絡(luò)內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，便容易導(dǎo)致整體系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，最終造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，電力系統(tǒng)需要利用智能化技術(shù)展開監(jiān)測，快速定位潛在的風(fēng)險(xiǎn)問題，在發(fā)出預(yù)警信號的同時(shí)嘗試自動化干預(yù)，有效降低電網(wǎng)出現(xiàn)故障的可能性，為維持穩(wěn)定安全的服務(wù)狀態(tài)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[3]。智能化技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各種電力系統(tǒng)設(shè)備，并通過專家系統(tǒng)對比其是否存在故障問題。若發(fā)現(xiàn)故障情況，則可以利用通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送警報(bào)信號，使工作人員可以及時(shí)介入，并在智能化系統(tǒng)指引下實(shí)現(xiàn)排障目標(biāo)。

除此之外，智能化技術(shù)還可以為電力系統(tǒng)提供事故預(yù)演支持。通過事故預(yù)演，電力系統(tǒng)可以有效定位諸如單相、兩相、三相接地等故障，同時(shí)也能夠?qū)收习l(fā)展初期情況進(jìn)行檢查，展開智能化分析與警戒，有利于降低故障擴(kuò)散的可能性。智能化技術(shù)還可以在電力系統(tǒng)周邊存在風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)快速發(fā)出警報(bào)，如人員或動物靠近等，能夠顯著降低出現(xiàn)事故的概率，幫助電力系統(tǒng)維持長期、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)[4]。綜合分析，電力系統(tǒng)智能化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)邏輯判斷、預(yù)警防范等多種功能，可以為自動化理念的合理落實(shí)提供優(yōu)良條件。

3.2 智能化控制與通信

在電力系統(tǒng)的智能化改造過程中，遠(yuǎn)程控制屬于至關(guān)重要的應(yīng)用方式之一。相對于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，智能化技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供優(yōu)秀的升級方案，使其能夠擺脫經(jīng)典體系的時(shí)間空間限制，為實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)的革新發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)際部署過程中，智能化技術(shù)可以借助PLC 方案，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程操作目標(biāo)[5]。PLC順序控制體系可以將電力系統(tǒng)工作流程分解為數(shù)個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都具有獨(dú)立的運(yùn)作特征，但同時(shí)也存在相互依賴的特性。通過依靠PLC 系統(tǒng)進(jìn)行控制，電力系統(tǒng)能夠結(jié)合狀態(tài)與初始情況展開自動化調(diào)節(jié)，使不同通道的輸出維持在平均級別，盡可能提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)過載等不良問題。在進(jìn)行遠(yuǎn)程控制改造過程中，通信屬于無法忽視的重要因素之一。在智能化技術(shù)的加持下，電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的自動化目標(biāo)，同時(shí)也可以為人工控制提供穩(wěn)定條件。但這種控制需要建立在有效的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，否則將無法達(dá)到理想效果，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)多種不良運(yùn)行問題。

常見的通信方案包括有線與無線兩種，在實(shí)際工作中，電力系統(tǒng)通常會融合兩種通信方式，確保實(shí)際運(yùn)行能夠達(dá)到穩(wěn)定目標(biāo)。有線通信主要以光纖或六類網(wǎng)線進(jìn)行部署，這些方案適用于遠(yuǎn)距離信號傳輸，可以使電力系統(tǒng)在穩(wěn)定條件下接收、發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)。無線通信主要以canBUS、workLong 等方案為主，這些方案可以適用于短距離數(shù)據(jù)傳遞場景，能夠有效提高部署靈活性，使電力系統(tǒng)智能化架設(shè)在理想條件下開展，盡可能降低基礎(chǔ)投入與運(yùn)維需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)與部署過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ乓?guī)劃方案。通過此類方式，確保電力系統(tǒng)能夠維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，為智能化技術(shù)的合理應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)條件。

3.3 數(shù)據(jù)互聯(lián)體系建設(shè)

數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)屬于電力系統(tǒng)智能化技術(shù)的重要應(yīng)用趨勢之一，通過建設(shè)完整、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，能夠使電力系統(tǒng)的資源應(yīng)用得到有效拓展，有利于提高數(shù)據(jù)分析匯總效率，為其他業(yè)務(wù)功能落實(shí)提供理想條件。例如，通過建設(shè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可以使電力系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)理念相結(jié)合，全面收集可用的資源信息，并挖掘其包含的基礎(chǔ)價(jià)值，使萬物互聯(lián)、人機(jī)交互、相互感知的原則得到有效落實(shí)，為未來電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)踐應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)互聯(lián)應(yīng)當(dāng)以智能化分散控制系統(tǒng)為核心，設(shè)計(jì)高度開放的應(yīng)用平臺，使用戶可以在平臺中完成組態(tài)環(huán)境調(diào)試與冗余機(jī)制處理，進(jìn)一步提高算法的運(yùn)行效率。同時(shí)，數(shù)據(jù)互聯(lián)還應(yīng)當(dāng)部署統(tǒng)一接口規(guī)范，并設(shè)計(jì)有效的冗余體系，使第三方應(yīng)用可以在電力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高服務(wù)的多元化程度。通過將智能化技術(shù)與數(shù)據(jù)互聯(lián)理念相結(jié)合，可以使相關(guān)系統(tǒng)的信息資源得到整合，能夠?yàn)榘踩?、精?xì)化管理理念落實(shí)提供有利條件。

3.4 新能源運(yùn)維建設(shè)

新能源屬于未來社會發(fā)展的重要能源之一，在這種趨勢背景下，電力系統(tǒng)也應(yīng)該落實(shí)相應(yīng)改革需求，從技術(shù)層面入手，探索支持新能源體系的主要途徑。智能化技術(shù)可以為電力系統(tǒng)提供有效的規(guī)模化運(yùn)營支持，其能夠幫助管理復(fù)雜、危險(xiǎn)的新能源機(jī)組，有利于提高運(yùn)行穩(wěn)定性，降低出現(xiàn)意外事故的概率。例如，海上風(fēng)力發(fā)電屬于新能源領(lǐng)域的重要趨勢。但是，與陸地環(huán)境相對比，海上環(huán)境面臨更加復(fù)雜多變的形勢，容易出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)問題。海上環(huán)境施工難度較高，后續(xù)運(yùn)營相對復(fù)雜，可能會受到諸多因素的局限。通過應(yīng)用智能化技術(shù)，可以有效解決這些痛點(diǎn)問題，使海上發(fā)電管理、運(yùn)維流程得到有效簡化，一定程度提高活動質(zhì)量。智能化技術(shù)可以部署故障預(yù)測、健康管理等一系列應(yīng)用模塊，并建立統(tǒng)一監(jiān)測平臺，使海上電力系統(tǒng)得到全面、科學(xué)的管理。除此之外，智能化技術(shù)也可以收集海上平臺的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫建立關(guān)鍵問題預(yù)測、預(yù)警模型，實(shí)時(shí)評析機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，為提高新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提供重要支持。

3.5 儲能技術(shù)支持

儲能屬于電力系統(tǒng)的發(fā)展問題之一，在社會能源需求逐漸增長的情況下，傳統(tǒng)僅包含發(fā)電的系統(tǒng)體系已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)階段工作標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步追加完整有效的儲能體系，為減少供應(yīng)緊張性提供有力支持。隨著鋰電池、壓縮空氣、飛輪等一系列儲能技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)配套體系的建設(shè)也開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。智能化技術(shù)可以為電力系統(tǒng)的儲能需求提供有利條件，其可以通過系統(tǒng)控制與優(yōu)化配置方式，有效處理能量轉(zhuǎn)換需求，并實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的調(diào)控目標(biāo)。通過應(yīng)用智能化技術(shù)，電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)共同調(diào)解的效果，有利于增強(qiáng)運(yùn)行靈活性，并為多種能源的互補(bǔ)應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)條件。除此之外，智能化技術(shù)還可以為電力系統(tǒng)提供拓展空間，使外部調(diào)節(jié)手段可以快速接入，無須進(jìn)行復(fù)雜、煩瑣的事先配置。

3.6 虛擬電廠部署規(guī)劃

虛擬電廠屬于新時(shí)代能源領(lǐng)域的重要發(fā)展概念之一，其整合了控制、計(jì)量與通信方面的多種專業(yè)技術(shù)，可以在電源、儲能、可控負(fù)荷等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性進(jìn)展。利用虛擬電廠概念，我國能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)能源與新能源的互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度，可以使電網(wǎng)得到有效優(yōu)化，為提高運(yùn)行效率打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但是，隨著虛擬電廠概念發(fā)展，相關(guān)控制需求開始對傳統(tǒng)方案提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過采用智能化技術(shù)，可以有效應(yīng)對相關(guān)挑戰(zhàn)，使新能源電力的隨機(jī)波動性得到合理抑制，同時(shí)提高電力系統(tǒng)基礎(chǔ)資源利用率，為虛擬電廠理念的拓展與落實(shí)提供有利條件。除此之外，智能化技術(shù)還可以幫助建立區(qū)域化輔助服務(wù)市場，能夠提高電力系統(tǒng)在虛擬電廠中的基礎(chǔ)價(jià)值，為電—碳聯(lián)合交易的探索創(chuàng)設(shè)優(yōu)良氛圍。

4 結(jié)語

智能化技術(shù)對電力系統(tǒng)具有重要的支持作用。在電氣工程自動化理念下，電力系統(tǒng)需要積極探索智能化技術(shù)的部署方式，并從戰(zhàn)略層面分析其發(fā)展方向，確保相關(guān)需求能夠得到合理落實(shí)，為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新目標(biāo)提供有利條件，收獲提高運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效益的最終成果。