電力系統運行中的電氣工程自動化技術研究

張四海

（安徽一天電能質量技術有限公司，安徽 合肥 230088）

1 電氣工程自動化技術概述

電氣工程自動化技術是將計算機技術、網絡通信技術、自動化控制技術等應用于電氣工程領域的一種技術。電氣工程自動化技術的核心是實現電氣系統的自動化控制，通過傳感器、執行器、計算機等設備的互聯互通，實現電氣系統的在線實時監測、控制和優化。它是一種涵蓋了多個領域的技術，包括電氣工程、自動控制、計算機科學等，是工業自動化、智能電網等的重要組成部分[1]。

（1）自動化控制技術是電氣工程自動化技術的核心技術。自動化控制系統是電氣工程自動化的核心，該系統由傳感器、執行器、控制器、計算機等多種設備組成，通過自動化控制系統可以實現電氣系統的在線實時監測、控制和優化。

（2）通信技術。電氣工程自動化技術需要廣泛應用通信技術，通過網絡通信和數據傳輸技術實現各設備之間的信息交互，實現電氣系統的互聯互通和智能化控制。

（3）數據采集和處理技術。電氣工程自動化技術需要廣泛應用數據采集和處理技術，通過傳感器和數據采集設備實時采集電氣系統的各種參數，再通過計算機進行數據處理和分析，實現電氣系統的自動化監控和優化。

（4）控制算法和優化技術。電氣工程自動化技術需要應用先進的控制算法和優化技術，通過模型預測控制、模糊控制、遺傳算法等技術手段實現電氣系統的自動化控制和優化。

（5）安全性和可靠性保障技術。電氣工程自動化技術需要應用安全性和可靠性保障技術，例如，通過應用備用設備、故障診斷和自動切換等技術，保證電氣系統的穩定性和安全性[2]。

2 電氣工程自動化技術在電力系統運行中的應用優勢

第一，在電力系統高效運轉的過程中，有效實現系統的自動化檢測與控制意義重大。而電氣工程自動化技術能夠在短時間內采集并同步電力系統的運行參數，借由數據分析和處理過程為電力系統的運行優化提供參考。第二，在物聯網發展迅速的當下，電力系統逐漸呈現出智能化的必然趨勢。電氣工程自動化技術在其中的應用能夠真正實現控制操作的智能化，通過更加超前的控制算法，完成電力系統的實時跟蹤。第三，高效始終是電氣系統運行的重要指標，由上述可知，應用自動化技術意味著系統的自動化，這將會顯著提高各個部件之間的協調度，對原有的運行模式進行調整和校正，進而實現系統運行的高效化[3]。

3 電力系統中電氣工程自動化技術的具體應用

3.1 電網調度自動化

電網調度自動化是電力系統中自動化技術的一個重要應用領域。隨著電力系統的發展和變革，電網調度自動化已成為電力系統管理和運行的關鍵技術之一。事實上，電網調度自動化的實現是基于一個分布式控制系統，通過現場終端設備、通信網絡和上層控制中心等組成部分相互聯接，其系統功能包括數據采集、數據傳輸、數據處理、控制指令下達等，通過自動化算法和優化策略，實現電力系統的自動化調度和控制[4]。

具體而言，電網調度自動化包括電網監測、預測、優化以及安全等多個方面。①電網監測：通過對電力系統的實時監測，可以及時發現電力系統的異常情況和故障信息，幫助調度員制定應急處理措施。②電網預測：通過對電力系統的負荷需求、供電能力和環境條件等因素進行分析和預測，可以提前做好電力系統的調度準備工作，以保證電力系統的穩定運行。③電網優化：通過自動化算法和優化策略，可以實現電力系統的優化調度。④電網安全：通過監測控制電力系統運行情況來對其進行自動化保護，如過流保護、過電壓保護、過載保護等，保證電力系統的安全穩定運行。

3.2 變電站自動化

變電站自動化系統一般由數據采集、數據傳輸、隨著電力系統的發展和變革，變電站自動化技術已成為電力系統管理和運行的重要技術，通過應用該技術對變電站進行自動監測控制可保證電力系統的穩定運行。

變電站自動化技術的應用包括變電站設備監測、控制、保護以及優化等幾個方面。①變電站設備監測：通過對變電站各個設備的實時監測，可以及時發現設備的故障信息，幫助調度員制定應急處理措施。②變電站控制：通過變電站自動化系統，可以實現變壓器的自動調節、高壓開關的自動控制等功能，從而保證電力系統的穩定運行。③變電站保護：通過對變電站的自動化保護，可以實現變壓器過載、短路等故障的自動檢測與維護。④變電站運行優化：通過自動化算法和優化策略，可以實現變電站的運行優化，包括電壓調節、電流平衡、節能降耗等方面，從而提高變電站的運行效率和供電質量。

3.3 繼電保護裝置自動化

繼電保護裝置也是電力系統的重要保護裝置，而自動化的繼電保護裝置則可以自動監測系統異常，可依據相關程序設定來自動采取保護措施。

在繼電保護裝置中，微機保護裝置就是建立在自動化技術應用基礎之上的，其由核心控制板、出口板、采集板、輸入輸出端子以及顯示屏等組成（見圖1）。現階段，微機保護裝置的型號較為齊全，基本可以滿足各種電力主設備的繼電器保護要求，包括微機發電機保護、微機線路保護、微機變壓器保護、微機電動機保護等。其硬件及算法的先進性和較強的抗干擾能力等，符合電力系統對微機繼電保護裝置可靠性、靈敏性、速動性的要求[5]。

圖1 微機繼電保護裝置組成圖

在實際應用中，基于自動化的微機繼電保護裝置可以實現實時監測，從而及時發現繼電保護裝置的故障信息，幫助調度員制定應急處理措施。此外，通過繼電保護裝置自動化系統，可以實現繼電保護裝置的自動控制和調節，包括故障的檢測和保護、斷路器的自動分合等功能，從而保證電力系統的安全穩定運行。再次，通過對繼電保護裝置的數據采集和處理，能夠了解和評估系統運行情況，進而有針對性做出優化調整。最后，通過遠程通信和控制技術，可以實現對繼電保護裝置的遠程監測和控制，從而提高電力系統的總體管理和運行效率。

3.4 電力系統智能化

電力系統智能化的應用主要體現在發電、輸電、配電以及用電的智能化。其中，發電智能化是指通過建立智能化的發電系統，實現對發電設備的自動化控制和優化，提高發電效率和運行質量。輸電智能化是指通過智能化的電力監測系統和故障診斷系統，實現對電力系統的實時監測和預警，及時發現并解決電力系統中的異常情況和故障，保證電力系統的安全穩定運行。配電智能化是指通過建立智能化的配電系統，實現對配電設備的自動控制和優化，提高配電系統的效率和可靠性。用戶側智能化則是通過智能電表和智能家居系統，實現對用戶用電的智能化管理和控制，提高用戶的用電體驗和節能效果[6]。

3.5 智能電網技術

智能電網技術是近年來電力系統中電氣工程自動化技術的重要應用方向之一，它以信息技術為支撐，通過實時數據采集、通信、計算、控制等技術手段，對電網各個環節進行集成優化，從而提高電網的安全性、經濟性、可靠性、可持續性等方面。智能電網技術的應用可以提高電網的自適應性、靈活性和可控性，使電網適應不斷變化的負荷和能源結構，同時也可以實現對電網運行狀態的全面監測和管理，保障電網的安全和穩定運行[7]。

從智能電網的應用優勢來看，首先，智能電網技術的應用可以提高電網的自適應性。其次，智能電網技術的應用可以提高電網的靈活性。同時，智能電網還可以實現對電力設備的智能控制和優化調度。最后，智能電網技術的應用可以提高電網的可控性。智能電網還可以實現對電力設備的遠程控制和智能調度，從而提高電網的可控性。

3.6 仿真技術應用

在電力系統中，電氣工程自動化技術的應用之一是仿真技術應用。仿真技術應用是指在計算機系統中對真實世界進行數字化模擬的過程，其能夠借助模擬程序來預測電力系統的性能與運行情況，從而為其優化和改進提供參考。從當前的發展狀況來看，電力系統中主要應用三種仿真技術，分別為物理仿真、數學仿真和混合仿真。其中，物理仿真是通過實際的硬件設備來模擬系統的行為。數學仿真是利用數學模型來對電力系統進行模擬。例如，在電網調度自動化系統中，可以建立數學模型對電網進行仿真分析，以提高電網調度的準確性和效率。而混合仿真是將物理仿真和數學仿真相結合，從而更為精準地模擬電力系統行為[8]。

如今，仿真技術在電力系統中的應用已經十分廣泛，如電網調度、電力市場、電力負荷預測、設備投入電網運行效果等。其中，在電網調度方面，仿真技術可以通過建立電力系統的數學模型，實現對電網的動態仿真和運行狀態的實時監測，以幫助系統運維人員做出更加準確的決策。在電力市場方面，仿真技術可以通過對市場機制進行建模，對市場競爭、價格等方面進行仿真分析，從而提升經濟效益。在電力負荷預測方面，仿真技術可以通過建立電力系統的負荷模型，實現對負荷的預測和分析，以便更好地規劃電力系統的運行和發展。在設備投入電網運行效果方面，仿真技術可以通過模擬設備的電纜參數與系統的參數，從而預測設備各種電參數是否符合標準，發現潛在的故障和問題，以提高電網的可靠性和穩定性，如圖2所示。

圖2 諧波電流系數-諧波次數仿真波形

4 結束語

總之，電氣工程自動化技術在電力系統中的應用已經十分深入和廣泛。本文主要從電網調度自動化、變電站自動化、繼電保護裝置自動化、電力系統智能化等方面探究了電氣工程自動化技術的應用場景及優勢，并基于新的時代背景闡釋了電力系統對電氣工程自動化技術的新要求，以期為新時期提升電氣工程自動化技術的應用廣度以及電力系統的高質量運作提供建議和參考。