電力系統(tǒng)及其自動化的發(fā)展方向研究

張明君

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

電力系統(tǒng)自動化隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和電力生產(chǎn)的要求逐步發(fā)展起來。目前，我國電力系統(tǒng)的自動化程度較低，大部分區(qū)域仍處于初級階段，主要表現(xiàn)為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理、運(yùn)行方式落后以及設(shè)備老化嚴(yán)重等。因此，在新的歷史時(shí)期，應(yīng)充分認(rèn)識到實(shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)需要依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，而現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)建立是其中重要的組成部分，需進(jìn)一步深化對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的認(rèn)識，把握其發(fā)展規(guī)律，明確其發(fā)展方向。

1 電力系統(tǒng)自動化的重要性

自動化是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)運(yùn)行方式也發(fā)生了巨大變化，從傳統(tǒng)的人工操作、人工控制，到現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)監(jiān)控和自動調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了由人力向智能化的轉(zhuǎn)變。因此，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性已成為當(dāng)前我國電力發(fā)展面臨的重要任務(wù)之一。

電力系統(tǒng)自動化的重要性包括以下幾點(diǎn)。一是降低故障率，提高供電可靠性。采用先進(jìn)的自動化技術(shù)可有效減少停電時(shí)間，縮短恢復(fù)時(shí)間。二是減少投資，節(jié)約資源。近年來，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對用電需求量不斷增加，但電源建設(shè)卻相對滯后。在這種情況下，如果繼續(xù)按照傳統(tǒng)的建設(shè)模式進(jìn)行大規(guī)模電源建設(shè)，則將給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大的負(fù)擔(dān)。三是支持電力市場化能源轉(zhuǎn)型。電力系統(tǒng)自動化可以支持電力市場化和能源轉(zhuǎn)型，為電力市場的交易和電力清潔能源的接入提供了技術(shù)支持和保障[1]。

2 電力系統(tǒng)概述

2.1 電力系統(tǒng)的組成

電力系統(tǒng)由多個(gè)不同的組件和設(shè)備組成，設(shè)備之間相互作用，具體如下：（1）發(fā)電設(shè)備，是電力系統(tǒng)的核心組成部分，包括各種類型的發(fā)電機(jī)、變壓器、逆變器等，用于將化石能源、可再生能源等轉(zhuǎn)換為電能；（2）輸電設(shè)備，主要包括各種類型的輸電線路、變電站等，用于將發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能輸送到用戶端；（3）配電設(shè)備，包括各種類型的配電變壓器、開關(guān)設(shè)備、電纜等，用于將輸電線路輸送到用戶終端，并進(jìn)行電能的分配和管理；（4）用戶設(shè)備，包括各種類型的用電設(shè)備，如電燈、電視、空調(diào)、電腦等，用于將電能轉(zhuǎn)換為各種形式的能量，提供生產(chǎn)、生活、娛樂等各種服務(wù)；（5）控制設(shè)備，主要包括各種類型的自動化控制、監(jiān)測和保護(hù)設(shè)備，用于對電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制與調(diào)度，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；（6）通信設(shè)備，包括各種類型的通信線路、通信設(shè)備等，用于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)部和外部的信息交流與數(shù)據(jù)傳輸；（7）輔助設(shè)備，主要包括各種類型的電池、發(fā)電機(jī)組、照明設(shè)備等，用于保障電力系統(tǒng)的備用電源和應(yīng)急電源等[2]。

2.2 電力系統(tǒng)的作用

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，其主要功能是將各種能源轉(zhuǎn)換為電能，為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了重要的能源支持；電力系統(tǒng)是將各種能源轉(zhuǎn)換為電能的重要手段，通過發(fā)電、輸電、配電等環(huán)節(jié)，將電能輸送到用戶終端，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、家庭等各個(gè)領(lǐng)域提供了必要的能源支持；電力系統(tǒng)為社會提供了各種生產(chǎn)、生活、娛樂等服務(wù)所必需的電能，提高了社會生活的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益；電力系統(tǒng)支持可再生能源和清潔能源的接入與利用，推動能源轉(zhuǎn)型和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展；電力系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，提高了能源產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的效益及貢獻(xiàn)。此外，電力系統(tǒng)是國家能源安全的重要組成部分，保障國家能源安全是電力系統(tǒng)的重要使命和責(zé)任。由此可見，加強(qiáng)電力系統(tǒng)的建設(shè)可以保證人們生產(chǎn)生活的電能需求、提升社會的經(jīng)濟(jì)效益、推動環(huán)保事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國電力系統(tǒng)及其自動化發(fā)展迅速，但總的來看仍然存在一些不足。其一是設(shè)備的專業(yè)水平有待提高。雖然我國的電力系統(tǒng)自動化已經(jīng)有了顯著提高，但是相比于其他發(fā)達(dá)國家，仍然存在著極大的上升空間，具體表現(xiàn)在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，容易受到外界因素的影響。例如，電力系統(tǒng)的核心裝置變壓器，它在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，但是如果變壓器在運(yùn)行時(shí)受到惡劣天氣、人工等因素的影響，容易出現(xiàn)短路、異常響聲、燒毀等故障問題，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其二是電氣化設(shè)備較為落后，特別是偏僻鄉(xiāng)村地區(qū)，其設(shè)備年久失修、故障率極高。其三是電力系統(tǒng)的安全性不高。由于我國城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同、教育水平不均衡，導(dǎo)致部分地區(qū)電力經(jīng)營者的專業(yè)知識匱乏、技能水平較低，在進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)時(shí)往往會采取不規(guī)范的操作，存在著較大的安全隱患。電力相關(guān)從業(yè)者應(yīng)加強(qiáng)對這些方面的重視，以長遠(yuǎn)的角度去看待，采取科學(xué)的手段去創(chuàng)新和優(yōu)化自動化技術(shù)[3]。

4 電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展方向

4.1 服務(wù)愈發(fā)人性化

隨著科技的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求也在不斷提高，電力系統(tǒng)自動化的服務(wù)已經(jīng)不再是簡單的機(jī)器控制和數(shù)據(jù)處理，而是更加注重與人的互動和用戶需求緊密結(jié)合，其服務(wù)方式正朝著人性化方向發(fā)展。

一方面，在電力系統(tǒng)自動化服務(wù)中，人性化的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)重要的點(diǎn)。例如，在電力系統(tǒng)監(jiān)測和控制方面，采用了直觀易懂的用戶界面，幫助用戶快速了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和異常情況，并提供智能化的預(yù)警和處理功能，提高了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。另一方面，在電力系統(tǒng)自動化服務(wù)中，用戶需求的考慮也越來越重要。例如，以LifeSmart 云起、UIOT 超級智慧家、小愛同學(xué)為代表的智能家居領(lǐng)域，其服務(wù)已經(jīng)開始關(guān)注用戶的生活習(xí)慣和需求，為用戶提供個(gè)性化的能源管理與控制方案，滿足用戶對舒適、便捷、節(jié)能、高效以及安全的要求[4]。此外，電力系統(tǒng)自動化服務(wù)也開始融合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)，打造專家系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)上國電App 等，以更高效、智能、便捷的方式服務(wù)用戶，可以讓客戶隨時(shí)隨地享受全業(yè)務(wù)的線上服務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)科技與人性的完美結(jié)合。

4.2 操作愈發(fā)簡單化

由于隨著電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，操作人員需要具備更高的專業(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)才能夠有效管理和操作電力系統(tǒng)。而自動化技術(shù)的發(fā)展可以通過減少人工干預(yù)、降低系統(tǒng)復(fù)雜性等方式來簡化操作，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

具體來說，電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展方向趨向于以下幾個(gè)方面：（1）基于數(shù)據(jù)的智能化和自動化，通過采集和分析大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的智能化和自動化控制；（2）云端智能化控制，利用云計(jì)算技術(shù)，將電力系統(tǒng)的控制中心移至云端，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的全局管理和控制；（3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，通過將各個(gè)設(shè)備、傳感器等連接在一起，實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制；（4）自主學(xué)習(xí)的自適應(yīng)控制，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)和自適應(yīng)控制，減少人工干預(yù)。總的來說，電力系統(tǒng)自動化的趨勢是朝著更加智能化、自動化、簡單化的方向發(fā)展，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低運(yùn)行成本，如開關(guān)柜的投退。隨著智能電表和微網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶側(cè)變電所內(nèi)的斷路器數(shù)量不斷減少，目前已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)單母線接線。因此，開關(guān)柜內(nèi)斷路器數(shù)量越來越少，而且隨著智能電表的普及，用戶側(cè)變電所內(nèi)僅需安裝一塊主令電器。所以可以對開關(guān)柜內(nèi)部進(jìn)行精簡，只保留必要的繼保裝置及測量儀表，其他控制回路全部取消，以此來簡化操作的流程，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

4.3 愈發(fā)高效化

隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的手動操作已經(jīng)無法滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理需求。因此，電力系統(tǒng)自動化需要更高效的方式來管理和運(yùn)行電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)自動化的高效發(fā)展不僅可以減少人工干預(yù)，降低了人為錯(cuò)誤的可能性，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，還能夠有效降低運(yùn)行成本和管理成本，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）通過對電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，可以快速識別與解決存在的故障問題，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）利用智能技術(shù)對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析和預(yù)測，能夠更好地掌握電力負(fù)荷的情況，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的調(diào)度管理，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。（3）自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用和維護(hù)可以減少人工不良操作的影響，降低人工的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低運(yùn)行成本和管理成本。（4）通過應(yīng)用人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化決策支持，幫助系統(tǒng)管理人員更好地制定決策，提高決策的準(zhǔn)確性和效率。（5）通過對電力系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的集成管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，如將電力系統(tǒng)的調(diào)度、運(yùn)行、維護(hù)等多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行集成，可以實(shí)現(xiàn)更加高效的電力系統(tǒng)管理[5]?？偟膩碚f，電力系統(tǒng)自動化的高效發(fā)展需要依靠先進(jìn)的技術(shù)手段，如實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制、數(shù)據(jù)分析和預(yù)測、自動化運(yùn)行和維護(hù)、智能化決策支持和集成化管理等。這些技術(shù)的應(yīng)用可以提高電力系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性以及可靠性，同時(shí)降低運(yùn)行成本和管理成本。

4.4 愈發(fā)小型化和遠(yuǎn)程化

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的控制中心可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。這種方式不僅可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的全局掌控與管理，還可以有效降低人工干預(yù)和管理成本。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制設(shè)備通常體積龐大、質(zhì)量重，導(dǎo)致大量的空間和資源被占用。而現(xiàn)在的控制設(shè)備體積小、質(zhì)量輕，可以在空間有限的環(huán)境中進(jìn)行安裝和部署，降低了系統(tǒng)的占地面積與運(yùn)行成本。因此，小型化和遠(yuǎn)程化是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一。

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的自動化控制，減少了人工干預(yù)的需求，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。而便攜式電力系統(tǒng)控制設(shè)備的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的便捷管理與控制，同時(shí)提高了設(shè)備的可靠性和靈活性。要使電力系統(tǒng)更加小型化和遠(yuǎn)程化，可以采取以下措施：首先，通過將電力系統(tǒng)的控制中心移至云端，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的全局管理和控制，從而達(dá)到遠(yuǎn)程化的目的；其次，通過將各個(gè)設(shè)備、傳感器等連接在一起，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，并將這些數(shù)據(jù)上傳到云端，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化控制；再次，采用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)，如基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的自動化控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的自動化控制，減少了人工干預(yù)的需求，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；最后，傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的精細(xì)化監(jiān)控，通過對電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的快速、準(zhǔn)確監(jiān)控與控制，可以最大限度地提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。此外，模塊化設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)控制設(shè)備可以更加輕便、小型化，并且容易組裝和維護(hù)。這種設(shè)計(jì)可以提高設(shè)備的可靠性和靈活性，同時(shí)可以降低運(yùn)行成本。

5 結(jié) 論

電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電力負(fù)荷的不斷增加，使電力系統(tǒng)自動化需要更加高效和智能的方式來管理與運(yùn)行。為此，電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展趨向于小型化、遠(yuǎn)程化以及高效化方向。在這個(gè)過程中，各種新技術(shù)的應(yīng)用，如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、自動化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和人工智能等，不斷推動著電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展，提高了電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性等，降低了運(yùn)行成本和管理成本。