電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用探析

周 冕

（廣東粵電花都天然氣熱電有限公司，廣東廣州 510800）

1 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用價值

電力系統(tǒng)的運行成本與效率直接掛鉤，所以如何在保證基礎(chǔ)運行成本的情況下提高運行效率一直是該技術(shù)突破的主要難點。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)備運行效率受成本管理影響極大，并限制了該技術(shù)的發(fā)展速度。尤其在部分投入回報比期望較低的區(qū)域，其技術(shù)更新效率更是難以想象[1]。同時，運行效率提升還與其他系統(tǒng)的運作情況有直接聯(lián)系，比如人員管理、系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整能力等因素也會間接轉(zhuǎn)化為管理成本，并影響到設(shè)備實際運行效率。而電氣自動化技術(shù)本身可以優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)備的運行模式，并能夠減少部分設(shè)備在運行過程中所產(chǎn)生的額外成本消耗。比如在電力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)組件中，電氣自動化技術(shù)能夠代替63.27%的額外成本管理。當然，電氣自動化技術(shù)本身也可以調(diào)整成本在電力系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)組成，一來能夠有效降低系統(tǒng)運行中的額外效率損耗，二來也能夠通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計來提高設(shè)備運行效率上限。

2 電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用

2.1 智能控制應用

在智能化控制應用中，電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應用主要體現(xiàn)在三個方面，即分別為發(fā)電智能控制、調(diào)度智能控制、用電智能控制。電力系統(tǒng)依靠電氣自動化技術(shù)將上述三方面進行統(tǒng)一整合，并將發(fā)電、調(diào)度、用電控制中的電力損耗調(diào)整至最低水平。與傳統(tǒng)供電模式相比，發(fā)電智能控制能夠有效提高現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)對于新能源的支持，并能夠更加直觀地展示出新能源的電力供給曲線。而用電智能化則是從電力消耗末端入手，通過優(yōu)化與服務對象的互動模式來提高最終的電力服務質(zhì)量。同時，部分智能用電控制系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)庫來對發(fā)電控制、調(diào)度控制進行調(diào)整，從而實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的電力供給自動化[2]。

2.2 仿真技術(shù)應用

仿真技術(shù)應用主要體現(xiàn)在電力系統(tǒng)的前、后臺控制系統(tǒng)中，功能實現(xiàn)主要依靠PC 機來連接前后端，并保持兩端的數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)中前端控制作用較大，其數(shù)字信號接收、操作命令反饋等功能直接影響了其他試驗設(shè)備的具體表現(xiàn)。而為了提高仿真技術(shù)的應用效果，部分區(qū)域也會采用功率放大器來實現(xiàn)大功率輸出的基本負載需求。從嚴格意義上來講，該類型設(shè)備已屬于特種設(shè)備，并能夠與模擬阻斷器共同應用至該系統(tǒng)中。而隨著電力系統(tǒng)的不斷完善，仿真技術(shù)的應用空間也更加廣闊。

2.3 技術(shù)集成應用

技術(shù)集成應用主要由兩部分構(gòu)成，分別為計算機控制技術(shù)和自動控制技術(shù)，兩技術(shù)的混合使用滿足了變電站的大多數(shù)功能，尤其是在二次系統(tǒng)的控制中，其優(yōu)勢體現(xiàn)的十分明顯。在具體應用中，電力系統(tǒng)會根據(jù)電網(wǎng)的具體需求來調(diào)整自動化控制體系，并將其細分為繼電保護、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集、電源系統(tǒng)穩(wěn)定三大控制區(qū)域。而與傳統(tǒng)電力技術(shù)控制系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)在通信控制和主計算機控制中體現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，同時對二次設(shè)備的管理也遠超過傳統(tǒng)管理能力[3]。另外，該集成方式也優(yōu)化了二次系統(tǒng)的控制邏輯，并大大降低了模擬運算的誤差率。總而言之，該操作模式體現(xiàn)出了較大的靈活性優(yōu)勢，并調(diào)整了電力系統(tǒng)的維護、擴展空間，極高擴展了系統(tǒng)上限。

2.4 變電運行控制

電網(wǎng)變電運行控制受相關(guān)設(shè)備的影響，而電氣自動化技術(shù)極大地提升了變電運行控制能力，并使得其能夠具備以下幾種基礎(chǔ)能力：①通信能力。通信能力直接保證了變電運行控制中的獨立性，從而使通信過程中的軟件相互獨立，并降低該系統(tǒng)運行中的干擾。在現(xiàn)階段，該技術(shù)的優(yōu)化使得通信本身對特殊工藝的依賴性降低。②異常預警能力。該能力保證了變電運行控制中的設(shè)備自檢能力，并能夠針對設(shè)備的高負載運行進行管理。尤其是在特殊運行環(huán)境下，其自檢能力能夠為電力系統(tǒng)的故障排除提供信息支持。同時，該能力也能夠使操作人員擁有一定的故障預防能力。③設(shè)備自檢能力。電力系統(tǒng)的設(shè)備較多，且連接方式也不具備統(tǒng)一性，而這也大大增加了設(shè)備的檢修壓力。不過，變電運行控制中的設(shè)備自檢能力能夠有效輔助檢修人員進行系統(tǒng)檢修，并擁有與其他電氣控制系統(tǒng)聯(lián)動的能力。

2.5 故障診斷應用

在故障診斷處理中，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的故障排除滯后性較強，并且排查活動本身也會受到多種因素限制。多數(shù)變電站二次設(shè)備會受到外界環(huán)境影響而出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，但傳統(tǒng)過程監(jiān)管很難及時發(fā)現(xiàn)二次設(shè)備所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常。在現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)自動化技術(shù)已經(jīng)是能夠?qū)崿F(xiàn)與二次設(shè)備的直接鏈接，并且其本身的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能也能夠完整收集二次設(shè)備運行中的設(shè)備數(shù)據(jù)[4]。而在此能力加持下，操作人員也能夠及時判斷電力系統(tǒng)中的故障類型，并迅速形成故障應對方案。而在輸電線路的故障排查中，故障排除人員也能夠擺脫傳統(tǒng)的人工檢查以及無人機作業(yè)檢測。

2.6 人工智能技術(shù)應用

從本質(zhì)上來講，人工智能技術(shù)是對傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)應用的整合，其主要優(yōu)勢是通過人工智能來代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)中的部分功能，因此在實際應用分布上，人工智能技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的體現(xiàn)更加多樣性，比如操作整合、自動化控制、故障排除等領(lǐng)域都有人工智能技術(shù)的分布。同時，人工智能技術(shù)在自動化控制技術(shù)中表現(xiàn)出了更大的優(yōu)勢區(qū)間，所以該領(lǐng)域也會成為未來人工智能技術(shù)發(fā)展的主要區(qū)間。

3 案例分析

為了清楚展示電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應用情況，文中將江蘇南京某地區(qū)電力系統(tǒng)的建造情況作為實例進行詳細情況分析。

3.1 變電站應用實例

在功能體現(xiàn)上，變電站在電壓變換、電力流向控制、電能分配中作用極大，并且作業(yè)中人工作業(yè)占比較高，也是電力系統(tǒng)人工作業(yè)的主要集中區(qū)域。在變電站管理中，自動化控制能夠有效替代管理中的人工作業(yè)占比，并能夠有效縮短基礎(chǔ)作業(yè)周期。比如在電力流向控制和電壓變換中，大部分地區(qū)都實現(xiàn)了自動化管理覆蓋，而管理效果也遠超傳統(tǒng)的人工作業(yè)。而對于復雜度較高的電能分布，當代電力自動化技術(shù)雖然不能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化，但依然能夠與電氣設(shè)備進行協(xié)同工作，并生成運行記錄[5]。同時，對于變電站中的故障應對，自動化電氣技術(shù)也能夠通過與控制系統(tǒng)相連來監(jiān)視變電站的運行數(shù)據(jù)，并擁有對異常數(shù)據(jù)進行分析的條件。而在與全微機化裝置的聯(lián)動中，部分區(qū)域甚至能夠?qū)崿F(xiàn)定點監(jiān)控，從而能夠有效提高變電站的故障處理的針對性。

3.2 電力系統(tǒng)建造應用實例

在現(xiàn)階段，智能控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)建造中的應用主要為以下幾個部分：①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。以該地區(qū)的電力系統(tǒng)建造為例，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)以神經(jīng)元控制為最低單位，其本身具備較強的控制學習能力和線性處理能力。而在經(jīng)過深層學習后，該控制系統(tǒng)能夠靈活調(diào)節(jié)權(quán)值，并能夠明顯增加控制系統(tǒng)中各基礎(chǔ)硬軟件的一體性，并實現(xiàn)基礎(chǔ)的控制功能?？梢哉f在該模式下，電力系統(tǒng)的智能檢測、故障排除等基本功能才有了應用環(huán)境[6]。②模糊控制?？刂颇Ｊ娇梢詫碗s的電力系統(tǒng)控制原理進行模糊化，從而降低控制對象與控制系統(tǒng)的控制依賴。這一該控制模式可以有效提高控制系統(tǒng)的兼容性，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)對其基本故障的排除。另外，在具體的實際應用中，可以發(fā)現(xiàn)模糊控制在部分復雜環(huán)境下的應用優(yōu)勢十分明顯，同時控制邏輯的改變也避免電力系統(tǒng)控制陷入與控制對象的依賴。另外，模糊控制邏輯的使用也能夠與上述所提到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制進行聯(lián)動，從而能夠?qū)δ繕说貐^(qū)的電力環(huán)境進行學習分析，從而為智能用電調(diào)配提供基礎(chǔ)條件。③智能系統(tǒng)監(jiān)控。在監(jiān)控系統(tǒng)的提升上，智能監(jiān)控技術(shù)主要提高了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，并能夠?qū)崿F(xiàn)針對性的監(jiān)控動作。同時，智能控制系統(tǒng)還降低傳統(tǒng)電力系統(tǒng)對于監(jiān)測行為的限制，并使得傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的故障得以統(tǒng)一整合。另外，智能監(jiān)測系統(tǒng)還利用了現(xiàn)代圖形化結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，并擁有電力系統(tǒng)運作數(shù)據(jù)曲線圖繪制能力。該能力在系統(tǒng)中不僅能夠為模糊控制邏輯提供監(jiān)測對象的基本限制，還能夠為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的深度學習提供支持。另外，現(xiàn)階段智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能也不僅僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)記錄，其本身擁有的圖形化結(jié)構(gòu)模式也能夠幫助電力人員快速實現(xiàn)故障判斷。在一些復雜區(qū)域的故障排除中，該監(jiān)測的效率要遠遠高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控。而在快速應急控制技術(shù)的配合下，電力系統(tǒng)的緊急風險控制也得到了有效保證。④專家系統(tǒng)建設(shè)。該系統(tǒng)主要是通過專家經(jīng)驗支持來提高控制系統(tǒng)自身判斷穩(wěn)定性。在具體表現(xiàn)上主要分為兩種形式，即專家直接技術(shù)支持與專家經(jīng)驗的學習控制。在該系統(tǒng)中，該控制模式提前預留了專家對接控制接口，并通過操作經(jīng)驗來對電力系統(tǒng)進行部分干預，尤其是在電力系統(tǒng)的初期建設(shè)中，其作用體現(xiàn)明顯。而在電力系統(tǒng)構(gòu)建后期，該系統(tǒng)能夠有效輔助模糊控制系統(tǒng)進行供電末端的數(shù)據(jù)控制，同時也能為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)提供技術(shù)支持。

3.3 電氣自動化技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)模式設(shè)計

在具體模式設(shè)計中，電氣自動化系統(tǒng)集成一般以三種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)：①集中式。在計算機的功能支持下，利用I/O接口的擴展來采集變電站的數(shù)字量與模擬量，并通過該數(shù)據(jù)完成基本的自動控制、微機監(jiān)控以及保護功能[7]。在線階段，集中式結(jié)構(gòu)模式已不再依賴于單一計算機，多數(shù)情況下會采用多臺計算機聯(lián)合作業(yè)方式來實現(xiàn)基本功能。另外，該結(jié)構(gòu)中也利用到了大量微型計算機，且計算機的任務處理壓力也遠超以前。②分布式。在該結(jié)構(gòu)類型中，變電站的大致功能都已具體分布給對應計算機，而對應計算機的數(shù)量也具有擴充功能。在多數(shù)情況下，該系統(tǒng)以CPU 系統(tǒng)為工作核心，并通過多CPU 系統(tǒng)來提高不同環(huán)境下的故障應對能力。而針對時間應用過程中的CPU 處理瓶頸，本地區(qū)也通過多CPU 串行方式?jīng)_破了CPU 處理瓶頸。另外在擴展性上，分布式結(jié)構(gòu)確實表現(xiàn)出了其優(yōu)勢。比如在故障處理中，局部故障并不會對該系統(tǒng)造成嚴重影響，而且能夠為故障排除爭取更多空間。另外，分布式結(jié)構(gòu)還能夠依靠分層與集中錄屏方式快速擴展其結(jié)構(gòu)功能，并能夠在中低壓變電站的應用中表現(xiàn)出更多的優(yōu)勢。③分布分散混合結(jié)構(gòu)。在實際應用中，該設(shè)計邏輯也會將傳統(tǒng)的變電站邏輯分為兩層，即分別為間隔層與變電站層。而在本地區(qū)的應用中，為了提高該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還通過加入通信層來調(diào)節(jié)上述兩層的平衡關(guān)系。在該操作邏輯中，集成化的測控單元能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的大部分工作，甚至能夠通過智能化控制來將控制、保護、數(shù)據(jù)采集等基礎(chǔ)功能進行整合。在位置選擇上，測控單元受位置空間限制較小，并能夠通過通信電纜提高各測控單元間的連接能力。而在具體的優(yōu)點表現(xiàn)上，該結(jié)構(gòu)直接提高了電力系統(tǒng)控制的自動化水平，并將結(jié)構(gòu)中的各組件的連接升級為軟件控制，而這也意味著該結(jié)構(gòu)在未來將會表現(xiàn)出更加靈活的結(jié)構(gòu)調(diào)整能力。

4 結(jié)束語

總而言之，未來的電氣自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用會更加廣泛，各子項的聯(lián)系也會更加緊密。比如智能控制系統(tǒng)能夠為其他的控制方式提供學習支持，而其他控制方式也能夠為智能控制和人工智能技術(shù)提供新的控制邏輯，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的整體優(yōu)化。