電力電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的運(yùn)用與分析

【關(guān)鍵詞】電力電氣自動(dòng)化；電力工程；智能電網(wǎng)；應(yīng)用策略

引言

電力工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，事關(guān)國(guó)計(jì)民生、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和社會(huì)穩(wěn)定。近年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)飛速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性提出了更高要求。電力電氣自動(dòng)化技術(shù)作為保障電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的利器，在提高供電可靠性、優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度、降低運(yùn)行成本等方面發(fā)揮著不可替代的作用。特別是在新一輪能源革命和智能電網(wǎng)建設(shè)的背景下，電力電氣自動(dòng)化技術(shù)與信息通信、人工智能等新興技術(shù)加速融合，為電力系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展注入了新動(dòng)能。把握電力電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，推動(dòng)其在電力工程中的融合創(chuàng)新應(yīng)用，對(duì)于提升電力系統(tǒng)現(xiàn)代化水平、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。為此，本文在分析電力電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)上，剖析技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出優(yōu)化對(duì)策，以期為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考。

一、電力電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力工程中的重要意義

（一）提升電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與安全性

電力電氣自動(dòng)化技術(shù)以其信息采集、控制調(diào)節(jié)、故障診斷等功能，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，各類傳感器、智能裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷需求優(yōu)化調(diào)度資源；一旦發(fā)生故障，故障錄波、保護(hù)測(cè)控裝置能快速診斷故障類型和位置，有效防止事故擴(kuò)大[1]。在輸電線路故障預(yù)警中，在線監(jiān)測(cè)裝置能捕捉導(dǎo)線弧垂度、氣象因素等狀態(tài)參數(shù)，智能算法實(shí)時(shí)評(píng)估線路安全狀況，識(shí)別故障隱患，從而避免線路斷裂、冰閃等事故。在配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，配電自動(dòng)化終端采集負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)備工況等，智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)合理安排電源，故障定位隔離技術(shù)縮短停電范圍，保障配電可靠性。可見電力電氣自動(dòng)化技術(shù)使電力系統(tǒng)具備自感知、自診斷、自愈合等智能特性，全面提升了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

（二）優(yōu)化電網(wǎng)資源配置與調(diào)度效率

電力工程關(guān)乎電力資源的優(yōu)化配置，事關(guān)國(guó)計(jì)民生。電力電氣自動(dòng)化技術(shù)為電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高能源利用效率提供了有力支撐。在電網(wǎng)規(guī)劃階段自動(dòng)化潮流計(jì)算、N1校驗(yàn)等先進(jìn)算法能夠模擬電網(wǎng)多種運(yùn)行工況，優(yōu)化輸電通道選徑、變電站選址，從全局視角實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)效益最大化。在電力調(diào)度領(lǐng)域，先進(jìn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型、機(jī)組組合優(yōu)化等智能應(yīng)用軟件大幅縮短調(diào)度決策周期，提高電力調(diào)度的精準(zhǔn)性和時(shí)效性，有效降低調(diào)峰缺口，減少棄水棄風(fēng)等資源浪費(fèi)現(xiàn)象。在新能源消納方面，風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)等自動(dòng)化算法能夠應(yīng)對(duì)新能源出力的間歇性、波動(dòng)性特點(diǎn)，配合自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)火電出力，從而顯著提高風(fēng)電、光伏等清潔能源的并網(wǎng)效率和利用水平。在需求側(cè)管理領(lǐng)域，需求響應(yīng)自動(dòng)化終端通過(guò)設(shè)定合理的電價(jià)政策、用電優(yōu)惠措施，引導(dǎo)用戶主動(dòng)轉(zhuǎn)移用電高峰，在削峰填谷、平衡電力供需中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在電力交易環(huán)節(jié)，自動(dòng)化交易撮合平臺(tái)、區(qū)塊鏈智能合約等新興技術(shù)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，極大提高了電力市場(chǎng)化交易的效率和透明度。由此可見，電力電氣自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度的各個(gè)環(huán)節(jié)，促進(jìn)電力資源的優(yōu)化配置，助力能源的清潔高效利用，在服務(wù)國(guó)家能源安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中彰顯出不可替代的重要價(jià)值。

（三）促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)與綠色能源發(fā)展

智能電網(wǎng)被視為新一輪能源變革和電力發(fā)展的重要方向，是應(yīng)對(duì)氣候變化、推進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。電力電氣自動(dòng)化技術(shù)是智能電網(wǎng)的核心支撐，對(duì)加快能源電力綠色低碳發(fā)展具有重要意義。智能變電站、配電自動(dòng)化、微電網(wǎng)等一大批智能電網(wǎng)場(chǎng)景的建設(shè)，離不開電力電氣自動(dòng)化裝置的廣泛應(yīng)用，正是在自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，電網(wǎng)正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)的被動(dòng)配送網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)的歷史性變革。具體而言，在發(fā)電、輸電、配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)大量部署傳感測(cè)量設(shè)備、通信聯(lián)網(wǎng)裝置、信息處理單元，構(gòu)建起覆蓋電力系統(tǒng)全貌的信息物理融合體系，形成全景感知、廣域測(cè)量、實(shí)時(shí)分析、快速控制的智能化技術(shù)架構(gòu)[2]。這為源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各個(gè)單元的協(xié)調(diào)互動(dòng)提供了前提，使得分布式電源實(shí)現(xiàn)了友好接入、電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)了雙向互動(dòng)、微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了靈活可控，進(jìn)而為風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的大規(guī)模消納創(chuàng)造了有利條件。與此同時(shí)，智能互動(dòng)終端、需求側(cè)管理系統(tǒng)等自動(dòng)化成果，正在深度賦能用戶側(cè)。通過(guò)智慧用電、能效管理、電價(jià)政策等一系列手段，引導(dǎo)和激勵(lì)廣大用戶優(yōu)化自身的用能行為，主動(dòng)參與需求響應(yīng)，在不影響電力使用體驗(yàn)的前提下最大限度地挖掘節(jié)能潛力，從而實(shí)現(xiàn)能源利用效率的系統(tǒng)性、整體性提升。由此可見，電力電氣自動(dòng)化技術(shù)正在推動(dòng)能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流的高度融合，為智能電網(wǎng)建設(shè)從發(fā)電側(cè)到用戶側(cè)的各個(gè)環(huán)節(jié)賦能，加速能源電力系統(tǒng)的綠色化、低碳化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，這對(duì)于應(yīng)對(duì)資源環(huán)境約束、建設(shè)清潔美麗世界具有重大而深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

二、電力電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

（一）自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)機(jī)制不完善

隨著電力系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平不斷提升，電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的依賴程度日益加深。一旦自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生故障或遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊，極易引發(fā)連鎖反應(yīng)甚至大面積停電。不少電力自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出安全防護(hù)機(jī)制薄弱、抗干擾能力不足的問(wèn)題，部分二次系統(tǒng)缺乏入侵檢測(cè)手段，數(shù)據(jù)傳輸和身份認(rèn)證等環(huán)節(jié)存在安全隱患。此外，一些自動(dòng)化終端的訪問(wèn)控制不嚴(yán)格，易受惡意程序侵入。更有甚者，自動(dòng)化裝置接口未嚴(yán)格隔離，上位機(jī)權(quán)限管理不當(dāng)，為網(wǎng)絡(luò)攻擊埋下了隱患。此外，供應(yīng)鏈安全管理不到位，個(gè)別設(shè)備在芯片設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)等環(huán)節(jié)預(yù)置后門，對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成威脅[3]。安全事件頻發(fā)不僅影響電網(wǎng)運(yùn)行的連續(xù)性，也損害用戶利益，影響電力企業(yè)公眾形象。因此必須從體系化、全方位入手，加強(qiáng)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，筑牢電網(wǎng)安全運(yùn)行的基石。

（二）技術(shù)集成與協(xié)同應(yīng)用水平不足

當(dāng)前云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，與電力電氣自動(dòng)化技術(shù)加速融合，催生了一批新的應(yīng)用模式。各智能感知終端海量異構(gòu)數(shù)據(jù)亟須借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行匯聚分析；算法推理、知識(shí)挖掘等智能應(yīng)用對(duì)云計(jì)算平臺(tái)性能提出了更高要求；泛在互聯(lián)場(chǎng)景需要5G等新型通信技術(shù)提供可靠支撐。然而，當(dāng)前電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合共享、跨系統(tǒng)的智能應(yīng)用協(xié)同等方面還存在短板。數(shù)據(jù)采集終端種類繁多，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺乏數(shù)據(jù)匯聚共享的統(tǒng)一平臺(tái)，數(shù)據(jù)價(jià)值難以充分釋放。不同廠家的自動(dòng)化子系統(tǒng)接口不兼容，信息壁壘嚴(yán)重，業(yè)務(wù)協(xié)同困難。自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各智能應(yīng)用相互割裂，缺乏橫向貫通和縱向集成，大數(shù)據(jù)分析、人工智能應(yīng)用等新技術(shù)嵌入不足，業(yè)務(wù)流程優(yōu)化空間巨大。可見尚未形成自動(dòng)化技術(shù)與新興技術(shù)深度融合的創(chuàng)新應(yīng)用生態(tài)，自動(dòng)化系統(tǒng)的整體效能發(fā)揮受到掣肘。這就要求加快構(gòu)建統(tǒng)一開放的數(shù)據(jù)共享體系，強(qiáng)化自動(dòng)化子系統(tǒng)的互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)協(xié)同，推進(jìn)“云-管-邊”端的一體化設(shè)計(jì)，打造智能協(xié)同的技術(shù)應(yīng)用新局面。

（三）專業(yè)技術(shù)人才儲(chǔ)備與培養(yǎng)滯后

電力電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既需要扎實(shí)的自動(dòng)控制理論功底，又要求較強(qiáng)的信息通信技術(shù)應(yīng)用能力，同時(shí)要深入理解電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，還需具備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施、應(yīng)急處置等實(shí)踐技能。然而，目前電力電氣自動(dòng)化專業(yè)人才存在數(shù)量不足、知識(shí)結(jié)構(gòu)不合理、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺等問(wèn)題。高校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)模有限，課程體系滯后于技術(shù)發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)薄弱，畢業(yè)生難以快速適應(yīng)崗位要求。電力企業(yè)對(duì)自動(dòng)化人才的招聘、使用、培養(yǎng)機(jī)制有待健全，人才發(fā)展通道不暢、創(chuàng)新激勵(lì)不足。從業(yè)人員知識(shí)更新不及時(shí)，對(duì)信息安全、智能運(yùn)維等新技術(shù)、新應(yīng)用的認(rèn)知和技能掌握不足。此外，缺乏產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合培養(yǎng)的機(jī)制，導(dǎo)致人才培養(yǎng)與企業(yè)需求脫節(jié)。專業(yè)人才短缺直接影響自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平，制約電力工程現(xiàn)代化的發(fā)展。因此，必須加快構(gòu)建多元協(xié)同的人才培養(yǎng)體系，創(chuàng)新人才發(fā)展機(jī)制，為自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用提供有力的智力支撐。

三、完善電力電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的有效策略

（一）“筑”安全屏障，強(qiáng)化系統(tǒng)防護(hù)能力

安全可控是電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的前提，應(yīng)以構(gòu)筑自動(dòng)化系統(tǒng)安全屏障為核心，從體系化和全方位的角度入手，全面提升系統(tǒng)防護(hù)能力。完善電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，細(xì)化智能電網(wǎng)信息安全等級(jí)保護(hù)、自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)、數(shù)據(jù)安全交換等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為安全防護(hù)提供明確的規(guī)范指引。加強(qiáng)供應(yīng)鏈安全管控，對(duì)自動(dòng)化裝置的選型采購(gòu)全流程實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)管，嚴(yán)把設(shè)備選型關(guān)、供應(yīng)商準(zhǔn)入關(guān)、到貨驗(yàn)收關(guān)，落實(shí)軟硬件安全檢測(cè)，杜絕“帶病”設(shè)備進(jìn)入電網(wǎng)[4]。在關(guān)鍵自動(dòng)化設(shè)備的芯片設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)等環(huán)節(jié)植入安全功能，從源頭防范預(yù)置“后門”。構(gòu)建自動(dòng)化系統(tǒng)安全防護(hù)“縱深梯次”，在系統(tǒng)邊界、內(nèi)網(wǎng)區(qū)域、設(shè)備層面形成層層防護(hù)。利用防火墻、入侵檢測(cè)、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)手段，對(duì)各層級(jí)實(shí)施嚴(yán)格的訪問(wèn)控制和異常監(jiān)測(cè)，并開展安全加固和漏洞修補(bǔ)。在智能運(yùn)維中引入態(tài)勢(shì)感知、安全編排等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警和快速處置。同時(shí)持續(xù)開展網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和等級(jí)測(cè)評(píng)，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)實(shí)施有針對(duì)性的整改，并定期組織網(wǎng)絡(luò)安全攻防演練，鍛煉應(yīng)急處置能力。總之要將網(wǎng)絡(luò)安全理念、方法、技術(shù)全面融入自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)維各環(huán)節(jié)，筑牢電網(wǎng)安全運(yùn)行防線。

（二）“融”技術(shù)于網(wǎng)，優(yōu)化集成應(yīng)用體系

電力電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是新一代電力系統(tǒng)的“數(shù)字底座”和“智慧大腦”。要主動(dòng)順應(yīng)能源電力領(lǐng)域數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展趨勢(shì)，以構(gòu)建開放互聯(lián)、智能協(xié)同的技術(shù)應(yīng)用體系為重點(diǎn)，推動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新技術(shù)的深度融合。依托云邊協(xié)同、數(shù)據(jù)中臺(tái)等技術(shù)，搭建統(tǒng)一的物聯(lián)數(shù)據(jù)匯聚共享平臺(tái)，打破不同業(yè)務(wù)域的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)“聚通用”，支撐各類大數(shù)據(jù)智能應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展。制定統(tǒng)一的接口規(guī)范、服務(wù)目錄等標(biāo)準(zhǔn)，建立健全統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和業(yè)務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)智能感知、邊緣計(jì)算、智能調(diào)度等各類自動(dòng)化應(yīng)用的互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)協(xié)同。強(qiáng)化自動(dòng)化技術(shù)與人工智能、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的深度融合。利用人工智能賦能設(shè)備健康診斷、智能巡檢等場(chǎng)景，提高運(yùn)行維護(hù)的智能化水平；結(jié)合區(qū)塊鏈開展自動(dòng)化設(shè)備安全接入、分布式能源交易結(jié)算等創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)高效協(xié)同[5]。此外，建立開放包容的自動(dòng)化創(chuàng)新應(yīng)用生態(tài)。推動(dòng)電力行業(yè)上下游、產(chǎn)學(xué)研用各方加強(qiáng)合作，共同開展智能感知、在線分析、自動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，形成自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的良性互動(dòng)機(jī)制。通過(guò)推動(dòng)“網(wǎng)-源-云”融合發(fā)展，打造設(shè)備全息感知、系統(tǒng)智能分析、業(yè)務(wù)靈活調(diào)度的智能協(xié)同格局，構(gòu)筑智慧能源的數(shù)字底座。

（三）“育”人才為本，提升技術(shù)支撐水平

電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)人才隊(duì)伍建設(shè)提出了新的更高要求。要堅(jiān)持人才強(qiáng)企戰(zhàn)略，著力打造一支融匯自動(dòng)化、信息通信、電力系統(tǒng)等多學(xué)科知識(shí)，具備過(guò)硬實(shí)踐技能、勇于創(chuàng)新創(chuàng)造的高素質(zhì)復(fù)合型人才隊(duì)伍。創(chuàng)新校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，強(qiáng)化與高校的合作，共同制定人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，注重強(qiáng)化自動(dòng)化、信息技術(shù)、智能算法等新興學(xué)科的交叉滲透。積極引導(dǎo)高校加大實(shí)踐教學(xué)比重，聯(lián)合共建實(shí)訓(xùn)基地、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，開展產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)，促進(jìn)人才培養(yǎng)與科研創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化的良性互動(dòng)。優(yōu)化人才發(fā)展環(huán)境。暢通自動(dòng)化人才成長(zhǎng)通道，完善以能力和業(yè)績(jī)?yōu)閷?dǎo)向的評(píng)價(jià)體系，加大對(duì)科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化的獎(jiǎng)勵(lì)力度，增強(qiáng)人才的獲得感。積極營(yíng)造尊重知識(shí)、尊重人才的良好氛圍，打造學(xué)習(xí)型、創(chuàng)新型企業(yè)文化，激發(fā)人才隊(duì)伍的凝聚力和戰(zhàn)斗力。強(qiáng)化人才教育培訓(xùn)。有針對(duì)性地開展自動(dòng)化、信息通信等專業(yè)技能培訓(xùn)，并融入數(shù)據(jù)分析、算法建模等新技術(shù)元素，促進(jìn)知識(shí)更新和能力提升。

結(jié)語(yǔ)

電力電氣自動(dòng)化技術(shù)是推動(dòng)電力工程現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)等新型電網(wǎng)形態(tài)的演進(jìn)，電力電氣自動(dòng)化技術(shù)必將迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用前景。在新時(shí)代電力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新征程上，電力工程建設(shè)要以提高供電可靠性、優(yōu)化能源資源配置、服務(wù)綠色低碳轉(zhuǎn)型為導(dǎo)向，加快電力電氣自動(dòng)化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用步伐。不斷推動(dòng)電力電氣自動(dòng)化技術(shù)邁上新臺(tái)階，為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)電力保障，以高水平科技自立自強(qiáng)譜寫中國(guó)特色電力現(xiàn)代化新篇章。

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