智能電網(wǎng)融合背景下電力計量機械自動化控制技術的多模態(tài)優(yōu)化及精準負荷調(diào)控應用

一、前言

隨著科技的飛速發(fā)展，智能電網(wǎng)已成為電力行業(yè)現(xiàn)代化轉型的核心驅動力。智能電網(wǎng)憑借其強大的兼容性、安全性和自愈性，構建起一個高度智能化、集成化的電力生態(tài)系統(tǒng)，從發(fā)電、輸電到配電、用電各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了能源與信息的深度融合、高效協(xié)同。在這一宏大變革中，作為電力系統(tǒng)監(jiān)測與管理的關鍵基礎設備，電力計量機械自動化控制技術的優(yōu)化升級以及精準負荷調(diào)控應用的深化拓展，具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義。

傳統(tǒng)電力計量機械在面對智能電網(wǎng)復雜多變的運行環(huán)境時，暴露出諸多局限性。計量精度受干擾因素影響較大，難以滿足智能電網(wǎng)對電力數(shù)據(jù)高精度、實時性的要求；自動化控制水平有限，無法快速響應電力系統(tǒng)的動態(tài)變化，制約了電力系統(tǒng)的高效運行。在負荷調(diào)控方面，缺乏精準性和靈活性，難以實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。在此背景下，對電力計量機械自動化控制技術進行多模態(tài)優(yōu)化，并深入研究精準負荷調(diào)控應用，成為破解當前電力系統(tǒng)發(fā)展瓶頸的關鍵所在。

二、智能電網(wǎng)與電力計量機械自動化控制技術概述

（一）智能電網(wǎng)架構與特點

智能電網(wǎng)架構涵蓋發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等多個關鍵環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)通過高速通信網(wǎng)絡與智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)同運作。發(fā)電環(huán)節(jié)可接入傳統(tǒng)能源和分布式能源，豐富電力來源。輸電環(huán)節(jié)運用特高壓技術，提高輸電距離和容量。變電環(huán)節(jié)借助智能設備，增強電能轉換效率。配電環(huán)節(jié)通過精細化管理，實現(xiàn)電力合理分配。用電環(huán)節(jié)滿足用戶多樣需求。調(diào)度環(huán)節(jié)統(tǒng)一協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)，保障電力供應的穩(wěn)定性和可靠性。

智能電網(wǎng)具備兼容性、安全性和自愈性等特性，可融合多種能源與設備，支持分布式電源無縫接入。依靠實時監(jiān)測和防護技術，保障電力和信息安全。借助故障自動檢測與隔離修復機制，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（二）電力計量機械自動化控制技術原理

電力計量機械基于電磁感應、電子測量等原理，將電路中的電流、電壓等電參量轉換為可計量的物理量，實現(xiàn)對電能的精確測量。在交流電路中，通過電壓互感器和電流互感器按比例變換電壓和電流，再經(jīng)測量機構將其轉換為機械轉動或數(shù)字信號，以直觀顯示電能數(shù)值。自動化控制技術在數(shù)據(jù)采集方面，利用傳感器實時獲取電參量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸依靠通信模塊，把采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線通信方式傳輸至處理終端；數(shù)據(jù)處理借助微處理器或計算機系統(tǒng)，運用特定算法對數(shù)據(jù)進行分析、計算和存儲。控制方面則依據(jù)處理結果，對電力計量機械的工作狀態(tài)進行調(diào)整，實現(xiàn)智能化操作。

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電力計量機械自動化控制技術存在應用局限。傳統(tǒng)電網(wǎng)架構相對簡單，通信基礎設施落后，導致自動化控制技術的數(shù)據(jù)傳輸速率低、穩(wěn)定性差，無法滿足實時監(jiān)測和快速控制的需求。而且，傳統(tǒng)電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的智能化管理平臺，電力計量機械自動化控制技術難以與其他電網(wǎng)設備實現(xiàn)高效協(xié)同，難以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，制約了電力系統(tǒng)的整體運行效率和智能化水平提升。

三、電力計量機械自動化控制技術的多模態(tài)優(yōu)化策略

（一）基于人工智能算法的控制優(yōu)化

在電力計量機械控制參數(shù)優(yōu)化進程中，機器學習和深度學習算法發(fā)揮著關鍵效能。以神經(jīng)網(wǎng)絡技術為典型代表，其獨特的非線性映射特性能夠對包含不同時段、季節(jié)、天氣狀況及各類用戶用電特征的海量歷史電力負荷數(shù)據(jù)，展開深度剖析與挖掘。經(jīng)過對這些復雜數(shù)據(jù)的學習訓練，神經(jīng)網(wǎng)絡得以構建出精準的負荷預測模型。該模型憑借實時采集的各類關聯(lián)數(shù)據(jù)，對未來電力負荷的變化趨勢進行科學預測。依據(jù)預測結果，可靈活地對計量機械采集頻率實施動態(tài)調(diào)控。當負荷波動劇烈時，提高采集頻率以精準追蹤電量變化。在負荷平穩(wěn)期間，適度降低采集頻率，減少資源損耗。

對于實際應用場景而言，神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練環(huán)節(jié)是影響其性能的核心要素。借助大量已標注的歷史負荷數(shù)據(jù)，對神經(jīng)網(wǎng)絡開展多次迭代訓練，持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡中的權重與閾值參數(shù)。通過這種方式，提升模型的準確性，增強其泛化能力，使神經(jīng)網(wǎng)絡能夠有效應對各類用電場景及復雜多變的電力負荷狀況[2]。

（二）多傳感器融合技術在電力計量中的應用

多傳感器數(shù)據(jù)融合技術是基于信息論、控制論等理論，通過對多種類型傳感器獲取的不同數(shù)據(jù)進行綜合處理，以獲取更全面、準確信息的技術。在電力計量中，電壓、電流、功率等傳感器分別從不同角度采集電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，但單一傳感器易受環(huán)境干擾，數(shù)據(jù)存在局限性。通過多傳感器融合技術，可將這些傳感器采集的數(shù)據(jù)進行融合處理。利用加權平均、卡爾曼濾波等算法，對不同傳感器的數(shù)據(jù)賦予合適權重，綜合計算出更精確的電力參數(shù)值，從而提高電力計量的準確性。同時，多種傳感器數(shù)據(jù)相互補充、驗證，能及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，提升電力計量的可靠性。

在復雜電力環(huán)境下，多傳感器融合技術可實現(xiàn)精準感知。不同傳感器對環(huán)境變化的敏感度和響應方式不同。例如，電壓傳感器對電網(wǎng)電壓波動敏感，功率傳感器能反映用電設備的負載變化。融合這些傳感器數(shù)據(jù)，能全面捕捉電力系統(tǒng)在復雜環(huán)境中的運行狀態(tài)變化，無論是諧波干擾、電壓驟變還是功率因數(shù)異常等情況，都能被精確感知，為后續(xù)的電力調(diào)度、故障診斷以及電力計量的優(yōu)化提供更可靠的數(shù)據(jù)基礎，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（三）通信技術優(yōu)化與數(shù)據(jù)傳輸保障

5G技術憑借其高帶寬、低時延和大連接特性，在電力計量機械數(shù)據(jù)傳輸中具有顯著優(yōu)勢。5G的高速率能夠滿足電力計量機械大量數(shù)據(jù)快速傳輸需求（如高精度的電能數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等）。5G低時延特性可實現(xiàn)數(shù)據(jù)近乎實時傳輸，使電力系統(tǒng)對計量數(shù)據(jù)的獲取和處理更為及時，有利于快速響應電力系統(tǒng)的異常變化。而大連接特性則能支持眾多電力計量機械同時接入網(wǎng)絡，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。電力載波通信利用電力線作為傳輸媒介，無需額外鋪設通信線路，降低了建設成本。通過特定的調(diào)制解調(diào)技術，將數(shù)據(jù)信號加載到電力線上進行傳輸。在電力計量機械分布廣泛的情況下，這種技術能夠有效覆蓋各個設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

優(yōu)化通信協(xié)議對提升數(shù)據(jù)傳輸性能起著決定性作用。調(diào)整數(shù)據(jù)編碼模式，能夠提升傳輸效率，在有限帶寬下傳輸更多有效數(shù)據(jù)，增加信道利用率。部署自適應重傳機制，一旦檢測到數(shù)據(jù)傳輸錯誤或丟包，便自動啟動重傳流程，確保數(shù)據(jù)完整無缺。運用擁塞控制算法，依據(jù)網(wǎng)絡擁塞狀況實時動態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡擁塞加劇，有效降低傳輸延遲與丟包率[3]。

（四）硬件設備升級與可靠性提升

隨著智能電網(wǎng)融合不斷深人，電力計量機械硬件設備升級已勢在必行。高性能芯片作為設備核心運算部件，其處理速度極快，能實時處理大量復雜電力計量數(shù)據(jù)，精確計算出電能消耗、功率因數(shù)等關鍵參數(shù)。憑借強大的并行處理能力，可讓設備并行處理多項任務，顯著提高運行效率。同時，高精度傳感器對提升電力計量精度至關重要，它能更精準地測量電壓、電流等電參量，有效減小測量誤差，為精準電力計量提供可靠數(shù)據(jù)支持，滿足智能電網(wǎng)對計量高精度的嚴格需求。

升級后的電力計量機械硬件設備在抗干擾與穩(wěn)定性上優(yōu)勢顯著。采用先進電磁屏蔽技術，有效抵御外界電磁干擾，維持設備穩(wěn)定運轉。優(yōu)化散熱結構，降低芯片等關鍵部件工作溫度，避免因過熱導致性能下降和故障，從多方面入手，切實延長設備的整體使用壽命。

四、電力計量機械自動化控制技術的精準負荷調(diào)控應用體系構建

（一）負荷預測模型的建立與優(yōu)化

構建智能電網(wǎng)融合下電力計量機械自動化控制技術的精準負荷調(diào)控應用體系，負荷預測模型的構建與優(yōu)化處于核心地位。需廣泛收集歷史電力負荷、氣象、經(jīng)濟等多源數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包含不同時間尺度的負荷波動、天氣對用電的作用以及經(jīng)濟活動引發(fā)的電力需求變化等關鍵要素。

以此為基礎，運用多種預測算法搭建模型。時間序列分析算法基于歷史負荷數(shù)據(jù)的時間特征進行預測，在把握數(shù)據(jù)趨勢和季節(jié)性規(guī)律方面優(yōu)勢明顯，然而對外部因素變動響應遲緩。神經(jīng)網(wǎng)絡算法雖能處理復雜多變量關系，具備強大的非線性映射能力，但訓練流程繁瑣，容易出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象，實際應用時需謹慎考量并優(yōu)化。

對比不同算法優(yōu)缺點后，需根據(jù)實際情況選擇或改進適合的模型。對于數(shù)據(jù)規(guī)律較為明顯、外部因素影響相對穩(wěn)定的場景，可選擇時間序列分析算法并進行適當改進（如引入外部變量進行修正）。對于數(shù)據(jù)復雜、影響因素眾多的情況，優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡算法，采用正則化技術防止過擬合，增加訓練數(shù)據(jù)多樣性提高模型泛化能力，以此提高負荷預測的準確性，為后續(xù)精準負荷調(diào)控提供可靠依據(jù)[。

（二）制定精準負荷調(diào)控策略

依據(jù)負荷預測結果制定精準負荷調(diào)控策略時，削峰填谷策略極具價值。在用電高峰削減非必要負荷，低谷時增加可調(diào)節(jié)負荷，以此優(yōu)化電力系統(tǒng)負荷曲線，合理調(diào)配工業(yè)、商業(yè)等可調(diào)控負荷。需求側管理聚焦于引導用戶改變用電行為，實施峰谷電價機制，刺激用戶在低谷期用電，實現(xiàn)電力資源的高效配置。

上述調(diào)控策略對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性與經(jīng)濟性影響非常大。穩(wěn)定性上，削峰填谷策略能降低高峰時段電力設備過載風險，減小電網(wǎng)電壓波動與頻率偏差，保障電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行。經(jīng)濟性方面，優(yōu)化負荷分布可提升發(fā)電設備利用率，降低發(fā)電成本。與自動化控制存在協(xié)同機制，電力計量機械借助自動化控制實時精確采集用戶用電數(shù)據(jù)，為調(diào)控策略制定提供可靠支撐。策略實施后，自動化控制動態(tài)調(diào)整電力計量機械的采集頻率與精度，精準監(jiān)測調(diào)控效果，形成閉環(huán)調(diào)控體系，實現(xiàn)電力系統(tǒng)高效穩(wěn)定運轉[5]。

（三）調(diào)控執(zhí)行與反饋機制

精準負荷調(diào)控執(zhí)行系統(tǒng)的設計圍繞智能開關和分布式能源管理系統(tǒng)等關鍵設備展開。智能開關作為執(zhí)行調(diào)控指令的關鍵設備，能夠快速響應控制信號，依據(jù)調(diào)控策略對電力回路進行精確的通斷操作。在負荷高峰時，智能開關可按照預設邏輯切斷部分非關鍵用電設備的供電，實現(xiàn)削峰功能。在負荷低谷時，則能恢復這些設備的供電，達成填谷目的。分布式能源管理系統(tǒng)則負責對分布式能源進行統(tǒng)一管理和調(diào)配，根據(jù)系統(tǒng)負荷情況靈活調(diào)整分布式能源的發(fā)電功率，提升能源利用效率。

達成閉環(huán)控制的關鍵在于構建完備的反饋機制，在電網(wǎng)各關鍵節(jié)點布置監(jiān)測裝置，實時采集電壓、電流、功率等電力參數(shù)以及設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，全方位監(jiān)測調(diào)控成效。這些實時數(shù)據(jù)被傳輸至調(diào)控中心與預設調(diào)控目標對比分析。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)表明調(diào)控效果未達預期，調(diào)控中心會依據(jù)偏差自動優(yōu)化調(diào)控策略，重新向智能開關、分布式能源管理系統(tǒng)等設備下達控制指令，保障精準負荷調(diào)控高效持續(xù)，維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運轉。

五、結語

綜上所述，電力計量機械自動化控制技術可借助多模態(tài)優(yōu)化策略實現(xiàn)性能躍升，運用人工智能算法、多傳感器融合技術、升級通信技術以及改進硬件設備，能夠提升其準確性、可靠性，增強抗干擾能力。構建精準負荷調(diào)控應用體系時，優(yōu)化負荷預測模型、科學制定調(diào)控策略并完善執(zhí)行反饋機制，能有效提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。后續(xù)應不斷推進技術創(chuàng)新，加大相關技術在復雜電力場景中的應用探索，為電力行業(yè)智能化轉型持續(xù)賦能。

參考文獻

[1]楊曉波，韓碩辰，劉巖，等.PCA和CNN的電力計量裝置斷流故障自動監(jiān)測方法[J].信息技術，2025（02）：110-115.

[2]鐘磊，姜雪嬌，吳民，等.基于改進FCM聚類的電力計量數(shù)據(jù)異常辨識研究[J].電子設計工程，2025.33（04）：142-145+150

[3]陳若蘭.基于特征向量的電力計量儀表誤差校正方法[J].粘接，2025，52（02）：146-149.

[4]仝霞，程鵬申，李雪城，等.數(shù)字化電力計量智慧實驗室構建與關鍵技術探討[J].電測與儀表，2025.62（01）：89-100.

[5]張浩宇.基于數(shù)據(jù)挖掘的電力計量異常檢測算法分析[J].集成電路應用，2025，42（01）：324-325.

作者單位：國網(wǎng)甘肅省電力公司營銷事業(yè)部計量中心

責任編輯：王穎振 楊惠娟