電力工程輸配電與用電工程自動化運行技術研究

隨著高比例可再生能源接入以及新型電力系統建設不斷推進，傳統電網正面臨源荷雙側高度不確定性和運行控制復雜性的嚴峻挑戰。本文深入探討輸配電與用電工程自動化運行技術的關鍵內涵，著重聚焦于自適應保護、智能調度、故障排除等方向，推動電網運行模式從被動響應轉變為主動預測、智能防御，最終為構建韌性堅強、互動高效的數字能源基礎設施提供核心支撐。

1.輸配電及其用電工程自動化運行技術的作用

1.1提升電網運行的可靠性與經濟性

輸配電自動化運行技術的作用是搭建覆蓋發電、輸電、配電以及用電各個環節的“神經網絡”與“決策大腦”，通過廣域測量系統、數據采集與監控系統、高級量測體系，以及數量眾多的多類型傳感器，實現對電網頻率、電壓、潮流、設備狀態等大量運行參數的高速、同步且精準的采集，也就是“全景態感知”。此外，利用能量管理系統和配電管理系統中的高級應用軟件，如最優潮流計算、自動發電控制、無功優化等，針對電網運行方式實施在線、實時、閉環的優化計算與智能調控。在保證系統穩定、符合N-1安全準則的基礎上，最大程度降低網損、平衡區域間功率交換、提高可再生能源消納能力，最終實現電網安全運行與經濟效益最大化的統一。

1.2增強電網的供電韌性

自動化運行技術極大程度提高了電網面對各類擾動和故障時的響應速度和處理精度，是構建堅強智能電網和彈性電網的關鍵。其作用的原理是：當系統出現線路短路、設備異常等故障時，安裝在配電線路上的智能配電終端（DTU/FTU）和饋線自動化（FA）系統可在毫秒級的時間內檢測到故障電流，通過高速通信網絡把故障信息上傳到主站，主站系統通過分布式智能算法，綜合分析故障信息，迅速定位故障區段，并且自動執行系列遙控操作，如跳開故障點兩側開關、隔離故障區段、對非故障區段進行負荷轉供等，在秒級到分鐘級的時間內恢復非故障區域的供電，達成配電網的“自愈”。降低了用戶平均停電時間（SAIDI）和頻率（SAIFI），較大提升了供電可靠性以及用戶的用電體驗。

1.3服務新型電力系統建設

隨著高比例可再生能源和分布式電源如光伏、風電等接入電網，電網的波動性與不確定性明顯增大，自動化運行技術的功能拓展到整合與協調“源—網—荷—儲”各類資源方面，是構建以新能源為主體的新型電力系統的技術基礎。利用虛擬電廠（VPP）平臺、負荷聚合商系統、分布式能源管理系統，以及用戶側的智能用電交互終端，自動化技術可對數量眾多且分散的可調負荷如智能家居、工商業空調，以及分布式電源和儲能系統，進行精確聚合、建模、監測和柔性控制。自動化技術還可根據電網實時運行狀態如頻率偏差、線路重載或電價信號，自動發起或響應需求側響應（DR）指令，在秒級或分鐘級時間尺度上調節集群負荷的用電功率或啟動分布式儲能，平抑可再生能源發電的波動，緩解網絡阻塞，參與系統調峰調頻，達成削峰填谷，為電網提供珍貴的靈活性資源，保障高比例新能源接入情況下系統的安全穩定運行。

2.輸配電及其用電工程自動化運行技術措施

2.1加強使用自適應保護技術

自適應保護技術的作用是突破傳統保護裝置定值固定不變的局限，讓保護系統根據電網實時的運行方式、拓撲結構、負荷狀況和故障類型，動態調整保護策略、定值特性、動作邏輯。該技術的實施依靠高速且可靠的通信網絡，以及強大的就地或主站計算能力。具體做法：在配電線路里部署有自適應功能的智能終端（FTU/DTU），這些終端接收來自主站或者相鄰節點的信息，實時識別電網當前是處于環網運行、輻射狀運行，還是并網/孤島運行狀態。然后，保護算法根據實時采集的線路電流、電壓數據，動態計算并切換最為合適的電流速斷、過電流保護及重合閘定值。在配電網接入分布式電源（DG）時，自適應保護可有效處理雙向潮流帶來的保護配合難題，通過實時計算故障電流的貢獻度，精確調整動作時限和啟動值，保證多電源工況下保護的選擇性和可靠性，把故障隔離時間從傳統的秒級優化到百毫秒級，大幅提升復雜電網的保護性能。

2.2高效利用智能電網集成技術智能電網集成技術是實現電網全景感知、智能決策和協同控制的基礎，其核心是構建標準化的、開放的統一信息支撐平臺，將原本孤立的信息系統（如SCADA、EMS、DMS、GIS、AMI、WAMS）和各類智能電子設備（IED）進行深度融合與數據共享（如表1所示）。

智能電網集成技術的關鍵要點在于運用國際統一的標準體系，特別是IEC61850（用于變電站和配電自動化通信）和IEC61968/61970（Common Information Model-CIM，用于不同系統間的信息交互）。在實際操作過程中，需在變電站和配電線路上部署數量眾多的傳感器和智能終端設備，這些設備可采集每秒達數以萬計的各類數據，其中包括設備狀態數據、電量數據、電能質量數據等。然后，通過高速光纖網絡或無線專網（如LTE-230MHz）將采集到的數據傳輸至數據中心，基于CIM模型構建而成的企業服務總線（ESB）或數據中臺，會針對多源、異構的海量實時與歷史數據開展規范化處理和融合工作，以此消除信息孤島現象。運行人員可在平臺上獲取從超高壓輸電網絡到低壓用戶電表的全景運行視圖，并且可利用基于數據平臺的高級應用軟件進行協同分析，以及大規模電網的在線仿真計算工作，做出最優化的決策，實現對廣域范圍內能源資源的精準調度與控制。

端處理方式，而是演變成了智能化、系統化的流程，該流程覆蓋實時診斷、精準定位、快速自愈、深度分析等多方面，對前面提到的各項技術協同作業的依賴程度很高。其關鍵之處在于利用海量數據推動決策制定，盡可能減少人工干預，提高排除效率。當系統出現故障時，智能終端（FTU/DTU/PMU）會在100毫秒的時間內完成故障檢測和信息上傳工作，主站系統根據圖模數一體化的GIS平臺和實時拓撲，在30秒內實現故障區段的精準定位與隔離，并且把故障信息（位置、類型、相關電流電壓錄波數據）自動生成標準化故障報告，推送給運維管理平臺。平臺啟動智能化故障分析輔助模塊，該模塊內部設有專家知識庫，可自動對比歷史上相似的案例，根據故障錄波文件展開智能分析，推薦最有可能的故障原因（如絕緣子擊穿、樹障放電等）和置信度（如 85% ）。系統自動生成最優的處置方案和巡檢工單，通過移動終端精確推送給運維班組，提供導航坐標和處置建議。另外，所有故障數據都會被系統記錄下來形成知識庫，用于優化保護定值、改進網架結構、預測設備壽命，以此實現從“事后排除”到“事前預防”的閉環管理，提高電網資產的全生命周期管理水平，以及供電可靠性。

施是多層次且相互協調配合的復雜系統（如表2所示）。首先是基于廣域測量系統（WAMS）的穩定控制，在電網的關鍵節點布置相量測量單元（PMU），以每秒數十幀的速度進行高速同步采集電網的動態相量數據，這些數據包括電壓、相位角、頻率等，以此來實現對電網動態行為的精準監測。當系統檢測到功角失穩、頻率驟降或者電壓崩潰等緊急狀況時，廣域保護系統會執行預先設定的緊急控制策略，如集中式或分布式的切機、切負荷（Under FrequencyLoadShedding，UFLS;UnderVoltageLoadShedding，UVLS），防止事故擴大。其次是部署自適應孤島控制方案，當系統判斷出大電網即將解列時，會自動把電網分割成幾個預先定義好的、發電和負荷可自我平衡的孤島，借助其內部的電源和自動化系統維持獨立運行，避免出現全網性崩潰。最后在黑啟動電源的支持下，自動或者輔助調度員制定并執行從黑啟動到系統全面恢復的有序供電方案，構成了保證大電網不發生災難性事故的最后一道屏障，其動作準確率要求非常高，一般要達到99.9以上，動作時間在幾百毫秒到幾分鐘的范圍之內。

2.3故障排除

表2電網安全穩定控制系統層級與響應

在現代電網自動化系統，故障排除工作已不同于以往單純依靠人工經驗的后

2.4保護及安全控制

對于電網的保護和安全控制，著重于整體的安全穩定防御體系，其技術措

表1智能電網集成關鍵系統與數據指標

結語

本文全面且系統地闡述了電力工程中輸配電以及用電工程自動化運行的關鍵技術體系。研究顯示，自適應保護、智能集成、故障排除等核心技術，共同組成了現代智能電網運行的基礎，這項技術切實提高了電網面對高比例新能源接入以及復雜故障時的韌性，提高了供電可靠性與能源利用經濟性。未來隨著人工智能與數字孿生技術的深度融合，電網自動化運行會向主動預測、協同優化、自治決策的高級形態發展，為構建新型電力系統提供核心支持。

作者單位：國網漢陰縣供電分公司

作者簡介：鄭森，本科，助理工程師，317880850@qq.com，研究方向：輸配電及用電工程。