張青安 姚鴿

[摘? ? 要]電力系統(tǒng)肩負能源供應職能，從電力生產，至運輸、分配，無一不需要專業(yè)設備、人員的高度配合，當前伴隨電能需求的激增，電力系統(tǒng)結構更是日趨復雜，亟須借助高效、智能的手段進行優(yōu)化管理。文章聚焦自動化管理思維，簡要分析了電力系統(tǒng)自動化的優(yōu)勢及意義，并從智能電網技術、PLC技術等幾個方面，對電力系統(tǒng)中自動化技術的應用內容、優(yōu)化策略進行了展開探討。

[關鍵詞]電力系統(tǒng);自動化技術;應用探索

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–0–02

Application Exploration Based on Power System and Its Automation Technology

Zhang Qing'an， Yao Ge

[Abstract]The power system is responsible for the energy supply function. From power production to transportation and distribution， there is no need for the high degree of cooperation of professional equipment and personnel. With the current surge in power demand， the power system structure is becoming more and more complex， and it is urgent to rely on high efficiency， Intelligent means to optimize management. This article focuses on automation management thinking， briefly analyzes the advantages and significance of power system automation， and discusses the application content and optimization strategies of automation technology in power systems from several aspects such as smart grid technology and PLC technology.

[Keywords]power system; automation technology; application exploration

自動化技術擁有強大的控制能力，可以在自動檢測、決策等裝置的綜合應用下，對復雜場景中設備的集成化運行進行遠程調控，并借助現(xiàn)代通信技術實現(xiàn)信號傳送和指令收發(fā)，在當代工業(yè)生產、建筑運營等項目中都有極其廣泛的應用?，F(xiàn)階段伴隨社會電力依賴性的上升，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出復雜化、規(guī)?；厔?，傳統(tǒng)管理手段已遠不能滿足運維需求，亟需借助自動化技術進行機制改進和效率提升。

1 電力系統(tǒng)自動化的優(yōu)勢

電能是當今社會主導的能源利用形式?，F(xiàn)階段伴隨城市建設腳步的加快，智能建筑、集成生產等概念不斷涌現(xiàn)，各領域對電能都表現(xiàn)出了極大的依賴性，長時間、高負荷的運行場景對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、高效性提出了更為明確的要求，電力系統(tǒng)自動化趨勢正是在這種背景下應運而生的。

電力系統(tǒng)結構組成較為復雜，需要在動力裝置、送變電線路等通力配合下，才能完成從電力生產至客戶端供應的全過程，傳統(tǒng)模式下設備狀態(tài)監(jiān)測、檢修等環(huán)節(jié)對人工依賴極大，操作不規(guī)范極易引發(fā)安全事故，而采用自動化控制系統(tǒng)，所有設備都按照預定編程運轉，極大削減了人為因素的干擾，有助于保障運行效率的提升，促進控制目標的實現(xiàn)。

維護保養(yǎng)工作對電力系統(tǒng)運行壽命、可靠性等都有較大制約效果，傳統(tǒng)模式中常采用故障檢修模式，由實際故障情況決定檢修安排，即使融入狀態(tài)檢修元素，也需要依靠人力進行參數(shù)收集，滯后性較為明顯，工作量也極大，在當前大系統(tǒng)運行網絡下，很難保障工作質量。采用自動化管理模式，傳感器會自動采集各種類型數(shù)據(jù)。并借助通信技術將之傳送至終端計算機中，方便技術人員遠程監(jiān)控，PLC技術的使用，還能實現(xiàn)故障識別和自動停運，智能化手段也能滿足故障快速定位需求，電力系統(tǒng)維修保養(yǎng)更加及時和科學，有助于降低故障損耗，保證經濟收益。

2 電力系統(tǒng)中自動化技術的應用內容

2.1 人工智能技術

電力系統(tǒng)運作具有典型的非線性特征，其中很多問題都無法依靠單純的數(shù)學模型解決，如機組優(yōu)化搭配，電網無功補償?shù)取＿@給電力系統(tǒng)自動化進程的推進造成了一定困擾，因此必須借助靈活性更高的人工智能技術進行控制調節(jié)。當前較為常見的應用方式主要有以下幾種。

（1）專家系統(tǒng)。其采用經典IF-THEN規(guī)則，主要用于復雜問題決策。數(shù)據(jù)庫是其模擬決策的依據(jù)和基礎，通過人機接口與外界建立聯(lián)系。

（2）神經網絡技術。其存儲結構具有完全分布式特征，即使在大規(guī)模系統(tǒng)中也可以滿足并行處理要求，尤其適用于非線性數(shù)據(jù)的分析。當前BP神經網絡已經廣泛應用于電網自動化進程中，在充足樣本支撐下，可以對短期電力負荷做出準確預測[1]。在關聯(lián)性分析機制下，還可以實現(xiàn)復雜故障的診斷，提升自動化檢修效率。

（3）模糊理論。近似計算一直是傳統(tǒng)計算機短板，這使自動化控制設備在面對電力負荷等不確定性較大的參數(shù)項時略顯乏力，而人工智能技術的應用開辟了模糊理論思維，用模糊值來直觀表示這類數(shù)值，解決現(xiàn)實中的無功補償問題。通過DTU終端，人工智能可以實現(xiàn)故障自動匯報，更好地解決故障。

2.2 仿真技術

仿真技術是建立在虛擬模型基礎之上的，可以將現(xiàn)實中的電力設備、線路等作為轉化對象，結合數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控技術等完成參數(shù)采集，最后以虛擬電站的形式進行管理維護。伴隨時代變遷，電力系統(tǒng)仿真技術也經歷了幾次階段性的變革，在20世紀60年代之前，主要采用全物理仿真系統(tǒng)，以電力設備原型為基礎進行同比例縮小，通過微縮模型實驗，對真實系統(tǒng)性能進行間接反饋。這種方式原理簡單易懂，反映真實直觀，但仿真系統(tǒng)布局對真實場地空間要求較高，當試驗需求變更時，還必須重新切換電路，實現(xiàn)步驟較為煩瑣。在計算機技術持續(xù)發(fā)展背景下，電力系統(tǒng)數(shù)?；旌鲜椒抡婕夹g又登上了歷史舞臺，在該技術方案中，電動機組等設備以數(shù)字虛擬模型的形式存在;交流輸電線路、變壓器等則以物理模型形式存在，其糅合了兩種仿真思路的優(yōu)勢，可以在縮減物理模擬規(guī)模的同時，保障反饋試驗的真實性。但其局限性也十分明顯，即只能滿足實時狀態(tài)下的仿真模擬需求，同時接口技術攻克難度也相對較大。進入20世紀90年代，全數(shù)字仿真技術開始占據(jù)主導地位，該技術方案中所有設備元件都以數(shù)字模型形式呈現(xiàn)，具有成本低、易擴展等優(yōu)勢。在仿真系統(tǒng)中，電廠員工可以進行模擬化的短路器操作、保護投停操作等常規(guī)訓練，還可以進行母線、隔離開關等的故障演練[2]，從而提升專業(yè)水準，保障電廠運行秩序。

2.3 PLC技術

PLC實際上是可編程邏輯控制器的簡稱，可以以內嵌形式放置于電力設備內部，在通信技術的支撐下，與其他設備建立聯(lián)系，從而形成整體化的運行系統(tǒng)，達成自動化控制目標。舊有自動化進程中，繼電器控制占據(jù)主導地位，操作難度較低，但面對復雜系統(tǒng)時，繼電器設計、安裝難度就會直線上升，系統(tǒng)運行時，設備振動等狀況還會增加機械觸點的故障率。但PLC技術采用的是單片機，內部集成度相對較高，組態(tài)靈活，還能滿足差異化的編程需求，運行速度極快。其在電力系統(tǒng)中的應用主要可見以下幾個方面。

（1）順序控制。在PLC裝置的加持下，電力設備可以按照預定流程完成供電、輸變電操作，與現(xiàn)場總線配合，還可以協(xié)調整個系統(tǒng)的運行，能夠有效降低繼電器控制下產生的損耗情況，優(yōu)化電力系統(tǒng)效益成本構成。

（2）斷路器控制。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)緊急事故時，PLC可以滿足自動跳閘需求，并伴隨聲光警報提醒工作人員注意，與繼電器控制模式相比，它不會受機械觸點制約，整體可靠性更高。同時，由于PLC集成化特征顯著，因此線路布局時相對靈活，可以簡化電力系統(tǒng)線路結構，降低斷路器故障概率。

（3）閉環(huán)過程控制，主要面向電力系統(tǒng)中溫度、壓力等參數(shù)的變化情況，可以在模擬量I/O模塊的輔助下，完成閉環(huán)PID控制，實現(xiàn)D/A、A/D之間的轉化[3]。

（4）數(shù)據(jù)處理。涵蓋電力系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)采集、分析等過程，借助通信技術，還能夠將數(shù)據(jù)排序、轉換等可視化成果傳送到其他智能設備當中，當數(shù)據(jù)比對發(fā)現(xiàn)異常時，該系統(tǒng)也能迅速做出響應和反饋。

2.4 柔性交流輸電技術

柔性交流輸電技術簡稱FACTS，應用場景主要為電力輸電系統(tǒng)，其可以在綜合電子裝置的輔助下，有效控制電壓、電抗等參數(shù)，改善交流系統(tǒng)運行狀況，使之更加適應當前遠距離傳輸場景?？煽卮a設備（TCSC）是該技術中關鍵的組成部分，核心元器件為串聯(lián)電容器組，在氧化鋅非線性電阻、旁路斷路器等器件的配合下，可以有效提升輸電能力，改善阻尼低頻振蕩，優(yōu)化電壓條件等。靜止無功補償設備（TCR-SVC）同樣是其中關鍵構成部分，在電容器組的基礎上，增加空心電抗器，采用并聯(lián)技術聯(lián)接，對感性無功進行改造[4]。柔性交流輸電技術的優(yōu)勢十分明顯：①能夠提升交流系統(tǒng)穩(wěn)定性，它的出現(xiàn)改變了舊有的機械控制模式，是對緩慢、間斷性控制的一種徹底變革，精準性有效提升，潮流功率輸送明顯優(yōu)化，可以有效規(guī)避區(qū)域故障問題下，系統(tǒng)連續(xù)反應的問題，從而降低大規(guī)模停電概率。②該技術經濟性能也極好，可以與原輸電方式相適應，在極小的功率輸出環(huán)境下，也能實現(xiàn)快速調節(jié)。同時該技術支撐下，線路輸送能力也實現(xiàn)了質的飛躍，線路與發(fā)電機都能夠得到充分利用，故障概率也被有效控制。

2.5 動態(tài)監(jiān)控技術

電力系統(tǒng)設備種類繁多，結構復雜，在當前長時間、高負荷運行需求下，極易發(fā)生故障事件，影響送變電流程的推進，因此動態(tài)監(jiān)控技術也被納入了自動化進程范疇?，F(xiàn)階段電力系統(tǒng)監(jiān)控體系構建過程中，主要可以從3個方面進行考量。

（1）主站監(jiān)控中心，以電子地圖系統(tǒng)為支撐，可以全面呈現(xiàn)監(jiān)控信息，為內部調度決策提供依據(jù)。

（2）站端，主要負責系統(tǒng)設備、線路等信息的收集，與遙感技術、通信技術配合，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程發(fā)送和接收。

（3）網絡客戶端，主要以Web形式存在，以密碼賬號形式管理，電力系統(tǒng)客戶通過網頁界面登錄后，可以實時查看電力系統(tǒng)對外公開的監(jiān)控信息。在動態(tài)監(jiān)控技術的支持下，電力系統(tǒng)內部自動化調度成為可能，當系統(tǒng)設備出現(xiàn)振動、噪聲等異常時，監(jiān)控系統(tǒng)也可以實時完成數(shù)據(jù)采集和傳送，并將異常信息記錄在冊，便于后期分析保養(yǎng)，有利于預防故障隱患的發(fā)生，提升電網檢修效率。

3 電力系統(tǒng)自動化應用的優(yōu)化策略

伴隨信息技術、網絡技術的高度發(fā)達，電力系統(tǒng)自動化控制已經具備了充分成熟的理論基礎，自動化技術也日益多樣，為避免應用中各執(zhí)一詞，互不協(xié)調的情況，應建立起與國際接軌的技術標準體系，在應用現(xiàn)狀客觀分析的基礎上，對PLC、柔性交流輸電等技術中涉及的設備生產、設計安裝等環(huán)節(jié)進行標準化規(guī)范，電網系統(tǒng)內部也要以該標準為統(tǒng)一要求，使設備檢修、調度管理等有依據(jù)可循，從而提升各電力子系統(tǒng)運行協(xié)調性，促進電網的高效運營。同時自動化技術具備明顯的新興產業(yè)特征，其發(fā)展日新月異，電網系統(tǒng)的自動化應用也不能處于停滯狀態(tài)，而是要積極豐富自動化技術內涵，加強以太網、對象數(shù)據(jù)庫等技術的探索和引進，實現(xiàn)設備信息在子系統(tǒng)之間的交流共享，對分散信息進行整合利用，發(fā)揮其實際功能效用。

4 結束語

自動化技術在電力系統(tǒng)中的普及應用是大勢所趨，可以顯著降低系統(tǒng)運營難度，提升調度和運轉效率，保障穩(wěn)定性。當前仿真技術、現(xiàn)場總線及PLC技術、動態(tài)監(jiān)控技術等都是較為常見的應用類型，應用時要厘清思路，從電能生產、調度等環(huán)節(jié)入手，進行針對性分析，選取適宜的技術類型，構建系統(tǒng)化的技術標準，統(tǒng)一技術管理，豐富自動化內涵，促進電力系統(tǒng)的高效運行。

參考文獻

[1] 馮川.電力系統(tǒng)運行中電氣自動化技術應用分析[J].冶金管理，2020（23）：61-62.

[2] 劉雪優(yōu).電力系統(tǒng)自動化技術的應用及發(fā)展分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2020（33）：164-165.

[3] 沈洲.電力系統(tǒng)運行中電氣自動化技術的應用研究[J].花炮科技與市場，2020（3）：275.

[4] 鳳瑞.電氣工程自動化技術在電力系統(tǒng)運行中的應用[J].價值工程，2020，39（20）：189-190.