電氣自動化在電力系統中的應用及發展探討

上海電力大學 馬新然

1 引言

在數字技術不斷高速發展的背景下，以往的電力系統發展方式已經難以滿足社會的需求，使相關領域的發展受到了制約。因此，電力系統必須充分利用電氣自動化的技術，該技術的應用可以使相關企業在生產過程中節省大量的資源，同時也能夠減輕工作人員的工作負擔。本文在電氣系統自動化技術的發展及現狀的基礎之上，對電氣自動化技術未來發展方向進行總結概括，同時提出了相應的建議措施。

2 城市配電自動化系統的介紹

用電采集自動化系統與饋線自動化系統是城市配電自動化系統的主要構成成分。現代城市不僅需要大量的電力能源，對電力運輸水平的要求也極高，主流的城市配電自動化系統包含智能終端設備、子站系統、主站系統等。

首先是主站系統。主站系統往往會傾向于一體化的系統整體，在應用過程中，該系統能夠使總系統的性能得到更好的發揮，并且具有更高的安全性。從目前城市配電自動化系統的發展現狀來看，主站系統整體的運營已經達到了較成熟的階段，相關性能運行也較為流暢，主要負責管理和控制配電網的運行。不僅如此，主站系統可以實現對配電網的實時監測，如果配電網在運營過程當中出現缺陷，就可以及時上傳到控制系統，防止因為配電網出現問題而導致城市用電系統出現中止。

其次是子站系統。這一部分系統的主要功能就是輔助主站系統及時發現配電網的缺陷和不足，并且對配電網的運營實況進行嚴格監測。子站系統的另外一個功能就是能夠及時地將海量無序的相關信息和數據進行有效的整理和處置。

最后是智能終端設備。目前，應用比較普及的智能化設備主要有智能電流限制器、智能配電變壓器等，這些設備是電力系統運行的前提，數字技術的不斷升級也促進了設備的發展，智能化設備的發展越來越先進。

3 電氣自動化技術在電力系統中應用的要求

電力系統為了能夠適應目前社會經濟的高速發展，以及人們生活水平的提升，所以在利用電氣自動化技術的時候也有更高的標準和要求。

3.1 電力系統要提升數字化和智能化

當前，在數字技術應用在各行各業的背景下，電力系統的數字化和信息化的發展也越來越高標準，電力系統為了能夠實現更高的經濟收益和運行效益，也必須要在電力系統的運行過程當中實現自動化和智能化。

3.2 電力系統要提升安全穩定性

離開了電力能源的支持和供應，社會和經濟的發展會受到極大的影響，因此電力系統的運行必須要實現高度的安全和穩定，才能夠為社會和經濟的正常運行提供保障。首先，電力系統必須具備高效率的修護性能，一旦電力系統內的任何一個環節和部分出現問題時，能夠快速做出相應的應對措施，盡量避免造成影響過大的破壞，使電氣自動化技術與電力系統有效融合，不斷使電力系統進行升級優化，相關工作人員能夠更加輕松的去調控電力系統，對出現的緊急故障及時進行控制和調節，工作人員在進行操作時，流程比較簡化，減輕了工作人員的負擔，同時也節省了人力資源的成本。

在各行各業都推進自動化和智能化的背景之下，電力系統也要通過電氣自動化這一創新突破口，使電力系統的整體運行模式得到升級，并且使電力系統的發展逐漸滿足社會的需求和社會經濟發展的需要。

4 電氣系統運用電氣自動化技術的現實狀況

4.1 電氣系統中電氣自動化技術的主要內容

依托于計算機平臺和相關技術的發展升級，電氣自動化技術得到更加普及和廣泛的利用。下文對電氣自動化技術的主要內容進行介紹。

4.1.1 自動化仿真技術

目前，仿真技術廣泛地運用在電力系統當中，該技術能夠及時處置電力系統工作時上傳的海量無序信息，提供虛擬的操作場景和試驗環境，并且能夠對系統運行過程中出現的缺陷和不足進行虛擬和研究，可以實現多項操作同時進行，極大地促進了電力系統工作的效能，尤其對引入新的電力系統的設備進行檢測時發揮著關鍵作用。

4.1.2 智能控制技術

智能控制技術在目前電力系統中的應用還不夠普及，是新興的一項技術成果，主要運用在模型不明確和標準較高的系統當中。通過電氣自動化技術的運用，對電氣系統進行智能化的升級優化，通過互聯網平臺，實現對電力系統工作全過程以及各個環節的實時監管，一旦發現相關的安全隱患，可采取措施制定策略進行預防，避免因為電力系統的故障而造成社會經濟和人民群眾生活生產的不便，進一步提升電力系統運行的效率和質量，所以電力系統應該將智能技術進行廣泛普遍的運用。

4.1.3 動態監控技術

實現電力系統安全穩定的運營，必須進行相應的監控技術的運用。目前，大多數電力系統主要是通過數據搜集和動態監控技術的使用，實現對電力系統的實時監測。

發展最為先進的就是動態安全監控技術，這種技術發展的前提是地理信息定位系統技術的運用和scada 技術的運用。其運用過程主要是通過地理信息定位系統對相關數據資料進行搜集，通過通信系統對相關數據信息進行傳遞，為電氣系統的控制中心提供操作運營的信息依據。傳統的電氣系統當中，大多采用的是靜態監測的途徑，但是目前對于電氣系統的監控技術逐漸實現動態化，這意味著電力系統在對系統的安全監管的基礎之上，能夠進一步實現實時監測，在電力系統的運行模式和發展方向上發揮著不可取代的關鍵作用。

4.1.4 柔性交流電系統

該項技術的運用主要是在輸電環節當中，通過使用獨立性較強的相關裝置設備，實現對輸電過程當中相關參數的嚴格把控，保障了電氣系統工作的穩固性。該項技術的整體理論基礎比較扎實，技術水平也非常先進。

4.1.5 合成整合技術

這項技術的充分利用可以使多項技術實現整合，在對電力系統的操作運行過程當中實現一體化操作。這使電力系統的工作更具連貫性，能夠順應現在社會和群眾的相關需求，與傳統模式相比，節省了人力、物力以及資金預算的投入，在一定程度上增加了企業的利潤收入。

4.1.6 通用變頻器

從一般意義上講，人們所指的通用變頻器包括了批量化、系列化、市場占有量比較大的中小功率，比如400kVA 以下的變頻器。從產品來看，第一代的變頻器具有普通功能的，如UF 控制型多數采用的是16位的CPU，而第二代的變頻器主要是高功能的UF 型，這種類型的變頻器主要是采用了32位的DSP，或者是采用了雙16位的CPU 來進行控制，并且采用了轉差補償器、磁通補償器和電流限制控制器等，具有挖上機和“無跳閘”功能的變頻器通常也被稱作為“無跳閘變頻器”，目前，這類變頻器占據著較大的市場份額[1]。

4.1.7 集成電路、單片機及工控計算機的發展

以MCS-51為主要代表的8位機在目前雖然仍占據著主導地位，但其功能非常簡單，并且指令集比較短小，因其可靠性高，保密性好，從而適合大批量地用于生產PIC 系列的單片機以及GMS97C[2]。

4.2 電氣自動化技術在電力系統當中應用的相關領域

4.2.1 在變電站當中的運用

電氣自動化對變電站自動化的推動作用，是目前電氣自動化在電氣系統當中得到充分利用的一個主要環節。通過電氣自動化的充分運用，使傳統依賴于電磁系統的相關設備更加程序化、標準化，能夠更加輕松地對變電站內的相關設施進行高效操控，對設備進行全天候的實時監管，更好地促進了變電站內相關設備運營的穩定性和安全性，為電力系統進一步實現自動化和智能化起到了關鍵的促進作用。

4.2.2 在電網領域的應用

電網調度環節也是電氣系統工作過程當中非常重要的環節，是電力系統實現智能化和自動化的關鍵內容。通過電氣自動化技術的運用，使電網實現了自動化的控制和調度。對電網進行一體化的建設，能夠通過互聯網技術和信息平臺充分運用信息數據處置性能，達到對各個層級的變電站，以及相關環節和部門的實時監測和調整。在電力系統中，通過廣域網連接，對廣泛的范圍內的相關部門，以及設施運行都能夠進行高效的數據信息收集，及時對這些數據信息進行研究探索，從而辨別電網系統在運行過程當中的相關故障以及安全穩定性。

4.3 微網技術

該項技術主要運用于配電網的運行當中，并且對電力系統的升級和優化起到了關鍵的促進作用。該項技術的主要內容就是分布式發電技術的應用。根據當前電氣系統的整體發展實際情況能夠看出，該項技術已經得到了充分的利用和發展，在電氣系統的升級過程當中持續助推。微網技術的有效運用能夠使配電網系統實現一體化的整體構建。

該項技術的充分利用使電力系統的智慧化得到了極大的促進，同時電力行業的管理體制機制也更加符合當下的用電需求，有效地簡化了相關工作流程和工作內容的操作難度，減輕了工作人員的工作負擔。雖然目前該項技術的普及和發展程度還不夠，并且在我國的發展時間較短，仍然屬于電力領域的前沿技術。但是，在政府層面加大了對該項技術的投資和研發力度，我國也在積極建設微網系統，并且已經實現了較為顯著的成果，推進了全球范圍內微網技術研究開發的進展。

4.4 分布式能源接入技術

分布式能源接入技術的主要構成部分就是分布式儲能與分布式發電技術的相關運用。隨著風力發電和燃氣輪機技術等相關技術的運用越來越普及，分布式發電技術包括的相關內容也越來越多，在運用的過程當中，能夠發揮越來越先進的水平。分布式儲能技術主要包括多種形式的能量儲存裝置。相比較于傳統的發電技術，分布式發電技術在運用過程當中具有更先進的特色，其對周圍環境的破壞較小，并且能夠實現更高效的發電，出現故障和缺陷的可能性也較低。除了以上幾個優勢以外，分布式能源接入技術投入的資金也比較少，能夠為企業節省大量的成本，獲得更高的經濟效益。

尤其需要注意的一點是，在應用分布式能源技術的時候需要與技術水平較高的配電線路保護模式相配合，所以如果電氣系統要充分利用分布式能源接入技術時，必須要運用較為先進的配電系統保護模式，兩個系統相互配合才能夠實現更好的運行效能，同時保護配電線路的穩定安全。目前，我國已經對新型的配電網自動化系統進行了高度研發，這項系統能夠完全滿足分布式能源接入技術的應用，從而對配電線路實現較好的保障作用。

4.5 與用戶的互動技術

電力行業的長效發展要依賴于相關用電顧客的支持，因此電力系統的運行要以滿足用戶的生活生產需要為目標，使用戶能夠獲得最大效益。在傳統的配用電模式中，電力系統的自動化和智能化發展局限著相關用戶與電力系統互動的過程，但是目前在配用電的過程當中，用戶與電力系統之間互動技術的不斷升級是相關用戶能夠積極主動地參與電網互動，使用電管理系統更加先進。

用戶的用電方式途徑也在發生著巨大的變化。相關用戶能夠自由主動地參與到電氣系統的運行過程中，并且能夠響應電氣系統的相關行為和變革。當前，電力資源在我國仍然屬于比較緊缺的能源，所以相關企業必須保證電力資源的合理分配，使用戶能夠正常進行生活生產，用電高峰期能夠平穩供電，不會出現中斷的現象。大多數企業目前使用階段式電力收費模式，通過這種模式的使用，能夠使用戶最大限度保護自身的利益，并且實現用電的安全穩定性，避免了電力資源的浪費，實現電力資源的綠色發展。

5 電氣自動化技術在電力系統當中應用的未來發展方向

電氣自動化在電力系統中的充分利用，使電力系統的運營更加便捷，同時使電力行業實現更加高效的轉型升級，電力能源的供應也逐步轉向可持續化和綠色發展方向。但是，通過對目前電氣自動化技術在電力系統當中的利用實際現狀可以發現，電氣自動化的運用仍然沒有實現完善和一體化，在社會經濟和生產生活的不斷發展的背景之下，電氣自動化的運用和發展會有更高的標準和要求，所以相關企業必須強化對于這一技術發展的重視程度，并進一步加強其實際應用。

綜合概括，可以將電氣自動化技術在電力系統中的運用的未來發展方向總結為以下幾種：首先，電氣自動化技術要充分發揮對電力系統的操控和管理，要從過往的開環監測模式轉變為閉環監測模式的促進作用，如過往的模式是將電力系統的系統功率總和進行相加，而目前要通過電氣自動化技術實現自動發電控制。

其次，通過電氣自動化技術的運用要實現電力系統的低電壓等級，摒棄過往的能量管理系統，向配電管理系統方向發展。

再次，電力系統的性能運行中，要實現多功能一體化的發展，如電氣自動化技術對變電站自動化運行的關鍵作用。從某種角度來看，多個板塊、多種功能的一體化發展不僅有利于各項功能的實現，同時也便于后續的管理和維護，這對于從根本上提升電力系統的綜合性能無疑有著一定的積極影響。電氣自動化技術的運用助推電力系統實現智慧化發展，電力系統要不僅僅局限于追求經濟利益的發展方向，而是更多的實現社會效益，充分發揮服務意識。

最后，電力系統自動化將進一步在電力系統故障排查中得到廣泛應用，隨著通信技術及模糊控制技術的應用和發展，基于這兩項技術的電力信息數據采集整理功能將更加完備，這也意味著電力系統故障自動排查處理的精準化將進一步提升。

只有充分發揮電氣自動化技術在電力系統的不斷升級、優化中的關鍵地位和重要作用，才能夠使電力系統的整體運行更加穩定高效，進一步推動電力行業的自動化和智能化發展，利用電氣自動化技術，能夠使電力系統為社會經濟和人們生活水平的提高提供能源支持，實現電力系統運行效能的極大提升，電力能源實現節能可持續發展。