電力自動化技術在電力工程中的應用

邱炳江

（廣東億能電力股份有限公司 廣東省廣州市 510663）

在社會用電總量增加和用戶需求多元發展的背景下，電力工程要想具備更加豐富的功能、提供更高質量的服務，必須要推廣電力自動化技術。從當前的應用效果來看，電網調度自動化、配電網絡自動化、變電運行自動化等，為電力企業創造了實實在在的效益。因此電力自動化技術也越來越受到了企業管理者的重視。需要認識到，電力自動化技術應用優勢的發揮，是建立在動態發展、持續創新這一前提之下的。只有提供多方面的支持，保持技術領先優勢，才能讓電力工程得到穩定與可靠運行。

1 電力工程中自動化技術的應用價值

1.1 有利于電力系統的穩定與安全運行

電力工程中包含了多種類型的電氣設備，通過線路相連形成了統一、協調的電力系統。但是該系統在運行期間，由于維護不及時或設備老化等因素的影響，有較大概率發生故障，對電力工程的安全與穩定帶來不利影響。電力自動化技術的應用，一方面是利用數據采集與分析系統，實現了對電力系統實時運行工況的監測。只要是存在潛在故障，或者是出現異常工況，都可以被電力自動化系統識別。另一方面，計算機基于數據分析結果，在AI 技術的幫助下明確故障原因，并自動生成解決對策。如果是軟件方面的問題，利用內部程序加以解決；如果是硬件方面的問題，提供分析報告和解決方案，輔助技術人員進行維修處理。在電力自動化技術的幫助下，保障了電力系統實現穩定、可靠運行。

1.2 有利于提高電力能源的利用效率

對于電力企業來說，提高電能利用率除了與自身的經濟效益密切相關外，還可以在一定程度上減輕電力系統的運行負荷。在以往的電力工程建設與運行時，由于系統規劃不合理、設備兼容性差，以及無功功率的存在，電力能源浪費情況十分嚴重。在引進自動化技術后，構建電力自動化系統實現了對電力工程的動態管控，電力能源的利用效率也得到了大幅度的提升。例如，在配網規劃時，利用自動化技術可以優化規劃方案，降低成本投入；在電網調度時，基于自動化技術可以根據電力用戶的實際需求，進行靈活供電，既滿足了用電需求，又防止了電能浪費；在電網運行時，依托自動化技術進行動態監測，確保有故障隱患及時發現、科學處理，保障電網的可靠、穩定運行，避免因故障停電造成損失[1]。因此，電力自動化技術的應用，讓電力能源的利用率和電力企業的經營效益均得到了提升。

2 電力工程中常用的電力自動化技術

2.1 電力自動化補償技術

近年來，除了用電總量持續增加，用電需求也呈現出多樣化、高質量的特點。尤其是工業園區、商業區這類用電集中的區域，電網運行中負荷波動明顯，無功功率明顯增加，對電力系統的運維管理提出了嚴格要求和嚴峻挑戰。電力無功補償技術的主要作用就是通過抵消電感電流、消除無功功率的方式，降低電網運行中的電能損耗，為電氣設備提供一個穩定、安全的運行環境，從而達到維護電力系統的目的。根據補償原理的不同，自動化補償技術又可以分成低壓個別補償、低壓集中補償、高壓集中補償等形式。在電力自動化技術創新的推動下，一種新型自動化補償技術能夠在單相、兩相、多相等3 種補償模式下完成自動切換，在減輕電網運行負荷的基礎上，還能夠起到保護電力設備的效果，在維護電力企業效益方面效果顯著。

2.2 現場總線技術

電力工程中包含的各類電氣設備，需要利用線纜串聯起來形成統一體，然后在中央控制器的統一調度下，保證電力工程穩定運行。但是由于電氣設備類型多樣，執行標準并不相同，在協調運行時很有可能因為型號不匹配、系統不兼容，而導致電力工程的某些功能無法正常發揮。在推進電力自動化發展的過程中，基于現場總線技術構建信息綜合管理系統，讓多種型號的電氣設備能夠執行統一標準，保證了運行穩定性和整體兼容性。在實踐中，現場總線技術的價值主要體現在以下幾個方面：

（1）按照“分-總”模式，利用變送器將分布在電網各處的電氣設備的運行信息收集起來。進行格式轉換，將不同格式的數據全部轉化為統一格式，方便計算機正常讀取和開展分析。

（2）在接收終端控制指令后，利用“總-分”模式，協調各種電力設備有條不紊的運行，實現集中管控，保證穩定運行[2]。

2.3 主動對象數據庫技術

隨著電力自動化系統功能的多樣化，以及運行時間的延長，會產生海量化的數據。其中一部分數據具有留存價值，需要設立數據庫進行存儲。但是常規的數據庫容量有限，且數據檢索和調取程序繁瑣，影響了數據利用價值的發揮，對電力系統的運行和管理造成了不便。主動對象數據庫技術，一方面是提供了超大容量的存儲空間，即便是后期電網和電力工程擴建，也完全能夠滿足電力系統日常運行的數據存儲需要。另一方面，根據數據提供對象的不同，能夠在數據庫中提供專門的分區。例如變電站數據分區、繼電保護裝置數據分區等。后期在數據調用和分析時，降低了檢索難度，可以從對應的分區中直接提取需要的數據，讓數據的利用價值得到了進一步提升。

2.4 光互連技術

在電力系統中，要求自動控制系統和機電系統之間要相互配合，從而實現對電力工程運行控制并保證其運行流程。但是由于電網中諧波的存在，導致機電控制的靈敏性和時效性均會受到不同程度的干擾影響。光互連是近幾年在電力行業推廣使用的一種新型通信技術，特點是用光纖作為信號傳輸介質，傳輸速率最高可達10Gbit/s。在電力工程中，主要作用是提高了自動控制系統和機電系統的交互性能，除了提高不同系統之間信息傳遞效率，而且提高了抗干擾能力，在保證信息質量等方面也有明顯優勢。在應用光互連技術時，考慮到成本因素的影響，通常只在兩個系統之間進行大數據傳輸時使用，而對于系統內部的數據傳遞，還是以無線通信模式為主。

3 電力自動化技術在電力工程中的具體應用

在電力自動化技術創新發展的過程中，電力工程中的應用功能也日益豐富，無論是對于電力系統自身的運行，還是對電力企業的效益，均起到了促進和提升作用。目前來看，電力自動化技術在電網調度、繼電保護和運行監測、無人值守等領域發揮了積極作用，具體應用如下。

3.1 在電網自動調配中的應用

電網的自動調配和智能調節，一方面能夠滿足不同電力客戶的用電需求，提升了客戶的服務滿意度，進而增加了電力用戶的粘性；另一方面有能夠最大程度上降低電網的運行損耗，對節約電力能源和維護電力企業的經濟效益均有幫助。電能智能調節的關鍵技術有2 種：

（1）電力自動化技術；

（2）人工智能（AI）技術。

在電力自動化系統中，在獲取用電需求的基礎上，依托AI 技術自動生成智能調配方案；然后利用電力自動化技術，將這一方案落實下去，保證了電網按照既定計劃完成運行。相比于人工調配，基于電力自動化技術的智能調配，具有響應速度快、調控精細化、經濟性等優勢。

3.2 在多元繼電保護中的應用

繼電保護裝置也是電力工程中一系列保護設備的總稱，常見的有電流保護、平衡保護、瓦斯保護、差動保護等幾種，這些不同類型的繼電保護裝置共同維護了電力工程的正常運行。繼電保護裝置具有速動性、靈敏性等特征，但是由于工作環境惡劣，在受到強烈震動或電磁干擾后，很容易出現靈敏度降低，或者是誤動、拒動的情況，從而失去了保護電力系統的功能。電力自動化技術在繼電保護中的應用，對維護其穩定運行、延長其使用壽命有顯著作用。實現途徑有二：

（1）直接監測繼電保護裝置，獲取輸出電壓、輸出電流等參數，判斷裝置是否存在異常工況；

（2）控制其他裝置加以保護，例如調節變壓器、穩壓器，保證電力系統中電壓穩定，減輕繼電保護裝置的運行負荷，對維護其穩定運行也有積極幫助[3]。

3.3 在電網運行監測中的應用

近年來，因為電力工程出現突發故障而導致局部電力供應中斷的情況時有發生，對電力用戶和供電企業均造成了嚴重損失。統計數據表明，電網運行中故障類型多樣，既有外部因素導致的，如雷擊等；更多的是內部因素造成的，如電氣設備老化導致絕緣失效。為了實現對電網運行的動態、全面監測，確保有異常狀況、故障隱患能夠被第一時間發現和處理，必須要應用電力自動化技術。其監測原理為：電網中分布著大量諸如傳感器之類的信息采集裝置，以特定頻率采集電氣設備的運行數據；利用無線通信裝置，將數據傳輸到終端控制中心，并在數據庫中暫時存儲；中央計算機運用大數據技術，將電氣設備的實時參數和標準參數進行配對。配對成功，則說明電氣設備運行正常；反之，則說明異常運行，并根據數據來源鎖定故障源，提醒技術人員做進一步處理。

3.4 在變電站無人值守中的應用

在整個電力工程中，變電站通過發揮調壓、穩壓功能，在滿足用電需求和保證電力系統穩定運行等方面意義重大。由于變電站的位置分散，周邊環境復雜，包含設備多樣，通常需要安排專人值班看守，人工成本較高。在電力自動化技術的支持下，在各個變電站中安裝了遠程監控系統，包括音視頻監控裝置、環境變量采集裝置、網絡通信裝置、終端監控裝置等。能夠實時采集并傳遞各個變電站的實時信息，如運行工況、狀態參數等。利用遠程監控的方式，技術人員隨時掌握整個電力工程范圍內所有變電站的實際情況，以便于根據電力系統的運行需要，進行靈活地遠程調控，從而實現了無人值守、自動運行。在幫助電力企業節約人工成本的同時，利用中央計算機代替人工完成運行監測和智能調控，對于變電站自身運行的穩定性、高效率也有明顯幫助。

4 電力工程中電力自動化技術的發展趨勢

4.1 智能化

近幾年人工智能技術在推進電力自動化發展中，發揮了不可替代的重要價值。特別是專家決策系統、人工神經網絡等具有代表性的人工智能技術，在電力工程故障自檢、智能調度等方面展現出了強大的技術優勢。但是我們也應當認識到，受到技術水平的限制，以及出于技術成本的考慮，現階段電力自動化領域人工智能技術的融合度不高。未來一段時間內，技術的成熟和成本的降低，將會推動電力自動化系統在智能化方向上有更加明顯的進步。例如在輸電環節，可以實現輸電線路智能巡檢；在配電環節，可以實現配網調控一體化；在用電環節，推進了現代智能樓宇的建設等等。

4.2 微型化

在電力工程應用功能不斷豐富的背景下，電力系統的結構組成也變得更為復雜，無形中增加了系統管理的難度，也影響了系統運行的穩定。隨著電力自動化技術的創新，電力系統結構的簡單化、微型化，將會成為一種發展趨勢。相比于現階段電力自動化系統中獨立分布的電氣設備，微型化的電力系統結構，除了進一步壓縮電氣設備的體積外，還能夠采用模塊化設計、集中化布置的方式，提高了電力系統的運行穩定性[4]。除此之外，隨著電力工程規模的擴大化，電力自動化系統數量增加，在乘數效應的影響下，每年產生的運行能耗也不容小覷。未來電力自動化系統朝向微型化發展，對降低系統能耗也有一定的幫助。

5 結語

電力行業的發展和同行競爭的加劇，迫使電力企業不得不創新電力自動化技術，并將其應用到電力工程中，在實現電力系統運行監測和故障自檢，以及降低電力設備運行損耗和提高電力能源利用效率等方面發揮出技術優勢。下一步，電力企業要從資金、人力等方面加大投入，為電力自動化技術的創新應用提供必要的支持。以提升電力工程的智能化控制、可靠性運行、多功能服務為基礎，讓電力企業能夠提升供電質量、增加經營效益，在行業競爭中實現自我的可持續發展。