基于智能電網的電力系統自動化技術研究

【關鍵詞】智能電網；電力系統自動化；應用

引言

智能電網是指利用先進的信息技術、通信技術、控制技術等實現電力系統管理，保障可靠、經濟、環保、高效運行的現代化電網。和傳統電網相比，智能電網具有更高的供電可靠性、更優的電能質量、更強的電網互動性和更高的能源利用效率等優點。本文結合智能技術對智能電網自動化技術展開討論，分析了在智能化時代自動化電網的建設方式，探討了電網的建設方法。

一、電力系統自動化和智能電網概述

（一）電力系統自動化

電力系統自動化是使用自動化技術，對電力系統的生產、傳輸、分配、使用等環節進行實時監測、自動控制和最優調度，以實現電力系統安全、經濟、高效運行的技術。電力系統自動化建設中，會開展包括變電站自動化、配電網自動化、調度自動化、繼電保護和安全自動裝置等方面的建設。通過使用自動化電網技術，電力企業能夠根據設定好的參數進行電網控制，從而保證電網的穩定性和可靠性。

（二）智能電網

智能電網又稱智能電網系統，是集成了信息、通信和自動控制等多種先進技術的現代化電力網絡，具有自愈、互動、高效、兼容和安全等顯著特點。智能電網的核心優勢是智能化程度，它能夠實現電力流、信息流、業務流的有機融合，為客戶提供更加優質便捷的電力服務。和自動化控制技術相比，智能化控制技術對非線性問題的處理效果更好，能夠根據實際情況對電網的運行狀態和故障進行識別，以調節和優化電網系統的運行。[1]

二、智能技術在電力系統自動化的應用方向

（一）發電智能化

發電系統是電力系統的重要組成部分。在智能電網中，需要保證發電智能化控制，通過智能技術實現對發電過程的監測、控制和優化，以提高發電效率，降低運行成本和減少環境影響。在設備狀態監測和維護中，依托智能技術可以實時監測和使用發電設備的狀態參數。具體而言，可以通過計算機學習和大數據技術分析，預測設備的故障風險，實現對設備的預測性維護，減少停機時間和維護成本。同時，使用智能技術還能對發電過程中的能源消耗進行監控和優化，從而進行進一步的能源管理，實現能源的高效利用，減少運行成本和環境影響。比如目前的風力發電場會通過智能分析風電機組的運行狀態，優化風機開合和轉速，提高風能利用效率，減少能源浪費。[2]

（二）調度智能化

電力調度工作是電網智能化控制的關鍵環節，通過智能技術，它不僅能實現對電力系統運行狀態的實時監測、分析和調度，實現電力系統的安全、經濟、高效運行，還能實現電網調度的實時化。在電網調度中心，工作人員可以利用智能技術分析電網負荷預測數據和設備運行狀態，實時監測用戶用電行為，對需求響應策略進行優化并調整電網調度計劃，從而提高電網運行的經濟性和可靠性。隨著風能、太陽能被大量使用，當前出現了各種分布式能源，這大大增加了電網調度的壓力。為此，電力企業可以利用智能技術監測太陽能光伏板和風力發電機的運行狀態，并根據電網負荷需求，優化分布式能源輸出功率，提高系統運行效率和穩定性。

（三）用電智能化

用電智能化是智能電網技術的重要組成部分，它能夠通過智能技術實現對用戶用電行為的監測、分析和優化，以提高用電效率，降低用電成本和減少環境影響。例如，居民小區可以利用智能電表實時監測每戶居民的用電數據，并通過大數據分析技術預測用電負荷變化趨勢，從而優化用電調度，提高供電可靠性。智能化系統還能對用戶用電過程中的能效進行分析和評估，為用戶提供能效改進建議，幫助用戶降低用電成本和環境影響。特別是在工業生產中，智能系統可以利用智能技術監測生產線上的用電設備運行狀態，利用實時控制技術優化設備運行參數，提高設備運行效率和穩定性。[3]

三、智能電網技術在電力系統自動化技術中的應用

（一）模糊技術

模糊技術是一種處理不確定性和模糊性的數學方法，核心思想是將模糊的定性描述轉化為精確的定量計算，并通過模糊規則和模糊推理，實現對復雜系統的控制和優化。目前的智能電網中，該技術應用廣泛，不僅可以解決出路復雜的電網運行問題，還可以通過簡化計算提高控制效率，保證控制效果。

1.負荷預測

負荷預測是電力系統自動化中的關鍵環節。通常來說，利用模糊技術進行負荷預測時，會通過分析歷史負荷數據和周圍環境條件，利用模糊邏輯建立負荷預測模型，實現對未來負荷的預測。模糊技術能夠預測未來一段時間內的負荷需求，并針對負荷數據中的不確定性提高預測的準確性，從而為電網調度提供決策支持。在進行預測時，模糊技術會利用模糊規則和輸入變量（如溫度、濕度、日期等）的隸屬度，經過數據迭代過程獲得相對更為準確的模型，計算出負荷的預測值。

2.故障診斷

故障診斷工作中，模糊技術會提取設備運行過程中的特征參數，利用模糊推理建立故障診斷模型，實現對設備故障的快速識別和定位。具體來說，智能電網可以對采集設備的運行過程進行實時監測以分析設備運行過程中的特征參數與故障之間的模糊關系，并通過數據挖掘和模糊邏輯建立一組模糊規則來確定設備出現故障后的數據范圍，以此對設備運行狀態進行判斷，并確定設備是否存在故障。

3.實時化調度

使用模糊技術可以進行電網的實時化調度，具體而言，可以針對電網中不同發電機組的經濟運行區間、負荷需求的波動等不確定問題進行分析，制定出更加靈活和適應性更強的調度策略。調度過程可以進行綜合成本優化，通過利用模糊邏輯，分析發電成本、運行成本、燃料價格等方面，更好地建立經濟調度模型，實現成本的最優化。不僅如此，模糊技術還能結合電網的需求，在滿足經濟成本控制要求的同時，提高電網的服務水平。

（二）神經網絡控制技術

神經網絡控制技術是一種模擬人腦神經元結構和功能的人工智能技術，能夠利用大量簡單的神經元之間的相互作用來實現復雜的計算和決策。在智能電網建設中，神經網絡可以學習電網的歷史數據，建立控制模型，實現對系統的自適應控制。

1.發電機組控制

神經網絡可以用于預測發電機組的輸出功率，并根據電網負荷需求實時調整發電機組的工作狀態。通過監測發動機的溫度、振動、壓力、轉速等參數，神經網絡模型可以得到優化訓練，從而可以控制發電機組的啟停、負荷分配、頻率和電壓調節，并實現實時化控制。[4]

2.分布式能源控制

分布式電源通常安裝在如住宅、商業建筑、工業設施等各個電網節點上。這些位置相對分散，不易集中管理，且與傳統的集中式發電廠相比，發電能力通常較小，產生的電力有限。目前，已經發展出的很多種分布式電源都可以采用多種能源形式，如太陽能、風能、生物質能等有其獨特特性的能源。但由于地理位置和能源形式的多樣性，分布式電源的運行可能不夠穩定，為此，需要有效的控制策略來提高其運行的穩定性。

使用神經網絡可以分析分布式電源的運行狀態，學習歷史運行數據，建立分布式電源的控制模型，并結合電網的控制需求確定包括分布式電源的啟停控制、負荷分配、頻率和電壓調節等控制策略，并對分布式電源的控制策略進行實時調整，提高分布式電源的運行效率和電網的穩定性；同時，還能建立功能全面的能源管理系統，并通過實時監測和分析分布式電源的運行數據，根據電網的負荷需求和能源市場的價格波動，優化能源的分配和利用，發揮分布式電源的作用。

（三）線性優化技術

線性優化技術是一種基于數學規劃的方法，旨在在給定的約束條件下，找到最優解或近似最優解，以解決大規模、非線性的優化問題。為了提高求解效率，工作人員可以采用啟發式算法、并行計算等技術，提高控制效果，并將其應用于電力系統的資源配置、電網調度、需求響應等方面。在電網調度中，企業可以建立電網調度模型，并根據實際情況確定約束條件、優化發電計劃、調整負荷分配和提高線路傳輸能力，最終實現電網運行的經濟性和高效性。針對分布式能源和儲能系統，線性優化技術可以用于優化電源和負荷的配置，實現資源的最優利用，降低系統運行成本。

（四）智能化實時控制

智能化實時控制是指利用先進的信息技術、通信技術和控制技術，實現對電力系統運行狀態的實時監測、分析、預測和控制；通過實時監測電力系統的運行數據，可以利用人工智能技術分析異常信號，實現對故障的快速檢測和定位，以提高故障處理的效率。為了實現智能化實時控制，電力企業需要使用高速通信網絡、分布式計算等技術來保證系統的運行效果，同時需要建立專門的控制系統，滿足日常應用的需求。[5]

四、智能電網技術在電力自動化系統中的應用注意事項

（一）保證系統通信

智能電網技術依賴于高效的通信系統來實現數據的實時傳輸和共享，因此，在應用智能電網技術時，首先要確保系統的通信質量。為此，電力企業需要選擇合適的通信技術，構建穩定的通信網絡和采取安全的通信措施。系統一般使用無線公網或者以太網進行傳感器和主站之間的遠程通信，以保證數據傳輸通道的穩定性；對于具備光纖建設條件的地區，可以使用光纖通訊網絡遠程控制系統的功能和配電開關；針對工業園區進行建設時，需要保證系統支持“電力104協議”、MQTT等有關協議，確保采集數據的讀數和傳感器設備的讀數保持一致。生產控制區和管理區之間必須設置國家指定認證的電力專用橫向安全隔離裝置。

（二）建立智能化系統

為了進行遠程控制和實時化控制，企業需要專門進行智能化系統設計，以實現對各種場景的遠程監測，提供數據的可視化顯示，滿足規劃建設、運維管理等工作的需求，為電力系統控制提供有力的技術支撐。

為此，企業在構建系統時，要根據用電單位不同設備的狀況和自動化水平進行差異化的智能化改造，建立滿足資產管理要求、能統一運行維護管理的服務平臺，確保對電力系統安全隱患的全面感知。為此，企業需要給設備增加智能化裝置，或者對原有的自動化設備、具有接口的設備增加智能化模塊，滿足智能控制需求。智能化監控系統一般包括采集層、通信層和應用層，具體系統結構如圖1所示。

（三）合理使用電能計量裝置

電能計量裝置是電力自動化系統中的重要組成部分，能夠用于測量和計量電能的使用情況。企業在應用智能電網技術時，不僅需要選擇合適的電能計量裝置，實現電能計量裝置的遠程讀取，利用電能計量數據進行能源分析；還需要合理使用電能計量裝置，以提高電能管理的效率和準確性。為了保證增計量裝置與系統中的其他設備順利通信，企業要選擇支持所需通信協議和接口的電能計量裝置，以確保數據的有效傳輸和系統之間的互操作性；為了降低和控制維護成本，要在選擇過程中考慮維護控制的需求和計量設備維護工作的簡便性，選擇高性價比的計量設備；同時，可以通過遠程方式進行監控，及時發現計量設備的異常，以便盡快開展控制工作。[6]

（四）加強繼電保護

繼電保護是電力自動化系統的重要組成部分，用于檢測電網故障并采取措施防止故障擴大。應用智能電網技術時，需要加強繼電保護以提高電網的安全性和可靠性。為此，企業可以采用具有自適應、自學習能力的繼電保護設備，使其根據電網運行狀態實時調整保護參數。這些設備能夠更準確地檢測故障，采取措施，從而減少故障對電網的影響；并且，需要利用智能電網技術，建立故障模擬與測試平臺，通過模擬各種故障情況，對繼電保護設備進行測試和驗證，確保其在實際故障情況下的可靠性和準確性；同時，還需要將繼電保護與電網控制系統集成，以實現對電網的統一監控和管理，提高電網的整體性能，同時減少故障的發生。具體的繼電保護配置及方法見表1所示。

結語

企業使用智能電網時，做好對智能電力系統的建設，能夠提高系統性能。合理使用各種設備配置，優化管理體系，能夠保證系統的運行效果，從而滿足智能電網應用的需求，提高電網運行的穩定性。