智能化技術在電力系統電氣自動化中的運用探討

吳成磊

（國網湖北省電力有限公司團風縣供電公司，湖北 黃岡 438000）

電力系統通常由電源、網絡以及負載中心三部分組成，整個系統需要長期維持安全、可靠運行狀態，進而為廣大用戶提供穩定可靠、高質量的電力服務。而隨著時代的不斷進步與發展，智能化發展將成為電力事業中電氣自動化發展的重要方向。

1 電力系統電氣自動化概述

對現代電力系統的運行管理而言，電氣自動化技術的應用十分重要，其能在多個維度促進電力系統的高質量、高水平運行。首先，穩定系統運行。電力系統的運行管理需要以安全、穩定、可靠為基本。在電氣自動化技術的支持下，電力系統的運行管理能實現變電站自動化操控與監視、電網自動化調度以及閉環過程控制、開關量控制等，從而減輕系統運行管理中工作人員的壓力和負擔，減少人為失誤導致的系統問題與故障等，大幅提升整個電力系統的穩定運行水平。其次，改善電力系統服務。電力系統作為面向全社會的超大規模系統，其需要向所有用戶提供優質服務。而在電氣自動化技術尤其是PLC 技術的支持下，電力系統中的數據處理、閉環過程控制以及開關量控制將變得更為可靠與有效，同時電網調度自動化、變電站管理自動化能進一步強化電力系統為用戶提供的可靠服務，進而保障用戶用電安全、穩定及可靠，確保用戶用電記錄可靠。[1]最后，強化系統運行監控和分析。在電氣自動化技術的支持下，電力系統的監控不僅可通過變電站自動化操控與監視、電網調度自動化等實現，還可通過虛擬模型實現。借助虛擬模型對電力系統運行情況進行分析，通過大量數據的實時更新準確反映系統運行狀態，既能強化對系統風險及故障的防范，又能及時發現系統問題并進行處理，有利于系統管理水平的綜合提升以及系統效率的持續提高。隨著現代電力事業以及技術的不斷發展，電力系統中電氣自動化技術的發展從整體上呈現出保護、控制以及測量一體化的發展趨勢，同時標準化與和智能化技術的推廣也將成為重點。

2 智能化技術在電力系統電氣自動化中的運用價值

2.1 無需建立控制模型

傳統電力系統中電氣自動化技術的應用對控制模型有著較強的依賴性，需要通過建模強化對系統中各種對象的有效操控。然而建模本身可能會出現一定的誤差，再加上隨著電力事業的發展，電力系統變得愈發復雜，通過傳統建模方式應用電氣自動化技術自然會同時面臨質量與效率方面的問題，導致自動化控制的可靠性以及其效率難以滿足電力系統運行管理的實際需求。而在智能化技術的支持下，電氣自動化技術在電力系統中的運用能有效擺脫對控制模型的依賴，可通過各智能控制設備實現無需建模的自動化控制，進而有效減少因建模本身問題所導致的各種誤差，同時也能更好地應對越來越復雜的電力系統所提出的控制需求，從而提高自動化控制的有效性與精密性。[2]

2.2 電氣系統參數調控自動化與精細化水平提升

在電力系統中大量應用智能化控制設備，能推動系統參數調控自動化與精細化水平的提升。電力系統中電氣設備的操控主要依賴于電氣自動化技術，往往需要現場人員進行操作和控制，這不但會明顯影響整個系統的統一化調整與控制，難以實現遠程調控，也會導致現場工作人員的人身安全受到一定威脅，存在一定的弊端與不足。而在智能化控制設備的支持下，電氣系統參數的調控可在計算機技術、傳輸技術的支持下實現遠程調控，工作人員無需再到現場進行值守和操作，只需在中央控制室便能完成對整個系統中各設備參數的實時監測與動態調控，同時控制系統會根據電力系統運行狀態實現對各設備參數的智能化調整，有效減少人工值守的壓力，同時能保障工作人員人身安全、提高調控效率、保障調控精細度，有利于整個系統自動化運行水平的提升。[3]

2.3 強化智能化控制設施的一致性

電氣自動化技術在電力系統中的運用，其自動化控制效果受數據分析和處理能力的差異影響較為巨大，難以實現統一控制。一方面，電力系統中包含大量不同的控制對象，這些對象本身存在一定的差異性，相應的電氣自動化控制往往會存在差異，最終的控制效果難以從整體上維持高度一致；另一方面，電力系統在長期運行過程中控制對象往往會發生變化，相應的控制效果也會發生變化，進而出現局部控制效果有所變化而影響整體控制效果的情況。在無法充分保障控制效果一致性的情況下，電力系統中電氣自動化控制的可靠性自然有所不足，可能會對電力事業的安全、穩定、良好發展帶來威脅。而在智能化技術的支持下，電力系統中大量智能化控制設備的運用既能促進數據同步處理能力的提升，也能基于系統調整與變化智能生成對應的控制調整策略，從而強化智能化控制設備的一致性，保障整個系統的穩定、可靠運行及控制。

3 基于智能化技術的電力系統電氣自動化發展要點

3.1 繼電保護智能計算和管理系統

繼電系統作為整個電力系統中極為重要的組成部分，需要全面加強繼電保護。對智能化技術進行合理運用，構建繼電保護智能計算和管理系統，全面整合圖紙一鍵智能繪制、圖紙一鍵智能校驗、短路電流一鍵智能計算、整定保護一鍵智能計算、整定計算一鍵智能分析、設計報告一鍵智能生成、定值單智能管理、開關及電纜智能校驗、云數據庫安全管理、總圖分段管理與分圖分段管理、啟動電壓智能計算、數據云共享與云備份、故障電流智能分析與計算、繼電保護定值診斷分析、開關保護定值智能計算、越級跳閘問題的微機保護等功能，配合電氣自動化技術能強化對整個電力系統的繼電保護。

3.2 智能化PLC 控制技術

PLC 控制技術是電力系統中電氣自動化得以實現的基礎技術。在該技術的支持下，電力系統中繼電器的反應時間會得到明顯縮短，相應的系統短路保護通斷控制延遲情況會有所改善，有利于整個系統運行效率的提升。而在智能化發展背景下，電力系統電氣自動化中PLC 技術的應用也逐步朝著智能化方向發展，著重體現為順序控制、開關量控制以及自動切換。其中順序控制的智能化體現在開關順序的調控將變得更為智能，可在接入信息模板的情況下實現自動化全流程調控，從而根據電力系統運行需要合理調控開關順序，有利于系統運行水平提升，尤其能起到良好的節能減排作用，減少系統電能浪費。[4]開關量控制體現為基于PLC 控制技術對傳統電力系統中的部分電磁元件加以替換，這樣既能減少電磁元件數量，又能簡化系統中元件和設備的接線情況，從而提高整個電氣自動化控制的穩定性、可靠性以及效率。自動切換體現為基于PLC 控制技術和智能技術實現電力系統中的自動切換功能，通過對整個系統運行狀態的實時監測和分析及時發現異常與故障，進而快速響應并完成自動切換，從而減少切換時間并減輕乃至規避各種異常與故障帶來的問題，有效提升設備及整個系統的運行穩定性。就目前來看，電力行業中PLC 控制技術的智能化應用主要體現于以下幾點：

1.電力PLC 芯片。PLC 電力系統通信芯片作為專門用于電力系統通信的芯片，其在整個電力系統中發揮著維持系統穩定運行和安全性的作用。隨著電力事業智能化發展水平的不斷提升，電力PLC 芯片的大量應用可謂是提升電力系統運行安全性與可靠性以及促進智能電網建設與發展的基礎。依靠PLC 線路驅動/放大器芯片、智能電網系列本地通信模塊、智能電網集中器與采集器、綜合能源管理軟件等合理調整智能電網的設計、建設與發展方向，能充分發揮電力PLC芯片在通信速度快、通信穩定、通信安全等方面的優勢，強化智能電網中數據采集、傳輸的質量以及可靠性，進而為整個電力系統的高質量建設與發展提供支持。[5]

2.交流供電系統智能化管理。交流供電系統中PLC 技術的應用極為廣泛，全面覆蓋變電設備、配電設備以及用電設備等領域，能實現變壓器的升降壓控制、變壓器電壓調節、斷路器與接觸器開關控制、開關柜的關閉、電流電壓等參數的監測、電氣設備的開關與運行控制等功能。在智能化技術的支持下，PLC 技術在交流供電系統中的應用需要同時獲得硬件和軟件的支持，既要依靠PLC 控制器、執行器、通信模塊、電源、電纜等硬件保障整個供電系統的正常運行以及PLC 技術、智能化技術的有效運用，又要通過PLC 編程軟件、上位機軟件、數據庫軟件、系統智能化軟件等支持自動化與智能化管理的實現。

3.電力保護系統。電力保護系統是維持整個電力系統安全、穩定、良好運行的基礎系統。在傳統繼電器控制模式下，電力保護系統對工作人員的專業素質要求極高，同時存在梯形編程難度大、無法進行在線控制修改等弊病，很難保障電力保護系統的有效運行。而PLC 控制技術在電力保護系統中的應用，則能大幅降低梯形編程難度，同時可實現在線控制修改、遠程通信、互聯網信息交換、上微機監控、模擬量控制等功能，可明顯改善電力保護系統的運行質量和效果，具備形成雙電源供電模式、實現全方位實時監控、簡化電力保護系統、改革編程模式等優勢。而在智能化技術的支持下，基于PLC 控制技術的電力保護系統將進一步得到改善。根據電力保護系統的實際需求對合適的單行圖加以選擇，確保模擬任務可順利完成，再基于此對電力保護系統主體的子組件、設備分布以及技術方案等加以設計，通過由總體到局部以及從局部到總體相結合的方式優化設計，從而保障電力保護系統設計的有效性。著重加強對開關量邏輯軟件的設計，依靠PLC 輔助機電控制，通過模擬程序的方式判斷控制器故障后PLC 控制器能否代替繼電器完成相應的控制程序與邏輯功能，同時利用人工智能技術實現對不同電力保護情況的模擬，進而根據實際情況實現靈活、自動控制。[6]

3.3 智能化故障診斷技術

在計算機、傳感器、通信技術等快速發展的情況下，電力系統故障智能化診斷技術逐漸成熟并在實踐中得到了有效應用。智能化故障診斷技術與傳統診斷技術相比，其特點與優勢在于能對電力系統的各種數據信息進行采集、處理、分析與利用，從而實現對整個系統的全面、實時監控，進而實現異常和故障預警、診斷及處理等功能。電力系統故障診斷的智能化發展能大幅提升故障診斷和處理的質量與效率，可在故障發生后快速定位故障位置與原因，甚至能通過系統本身進行自動化、智能化處理，另外還能在故障發生前進行預警，有效降低各種異常與故障對電力系統安全、穩定、高效運行的影響。目前電力系統智能化故障診斷技術主要可分為兩大類，其一為在線診斷技術，其二為離線診斷技術，前者是在電網運行過程中進行實時監測與動態分析并在故障發生后快速響應、及時診斷，后者則是依靠數據庫采集的歷史數據進行分析與診斷，發現系統運行中存在的不足、異常以及故障。在電力系統中合理配置各種傳感器，能實現對系統運行狀態數據的有效采集，包括電壓、電流、溫度、濕度等。而對包括神經網絡、遺傳算法、模糊推理等在內的人工智能技術進行合理運用，則能對采集到的數據進行有效利用，進而提升故障診斷的準確率與效率，為電力系統的穩定、良好運行提供支持及保障。

3.4 電氣設備智能化設計

電氣設備是支持電氣自動化的基礎和載體。進入智能化時代，對智能化技術手段加以應用能有效創新、改善和優化電力系統的電氣設備設計，進而推動設計質量和效率同步提升，同時降低設計難度與成本，更好地支持智能化的電力系統電氣自動化發展。在電網設計與建造中借助智能化技術加強功率預測、平抑新能源波動性、提升配網智能調度水平、強化智能巡檢及故障檢查、滿足虛擬電廠需求端響應、加強多負荷管理等，構建智能化的井網控制系統、新能源電站運營系統、電網新能源管理系統等，可為整個電網的智能化建設提供重要支持。在此基礎上引入智能化技術手段支持CAD 技術、設計軟件在電力系統電氣設備設計中的應用，能通過模擬程序實現電氣設備設計過程的直觀化與具體化，也能模擬分析設計的電氣設備能否滿足智能化電網需求，從而提升設計水平并推動電力系統智能化發展。

4 結語

綜上可知，合理運用智能化技術對電力系統電氣自動化水平的提升而言有著巨大的推動作用。新時期，電力企業需要高度重視數字化、智能化發展，明確電力事業智能化發展的重點和意義，并從實際出發積極探索電力系統電氣自動化的智能化發展路徑，進而實現高質量、高水平發展。