基于电力系统及其自动化技术的应用探索

张青安 姚鸽

[摘    要]电力系统肩负能源供应职能，从电力生产，至运输、分配，无一不需要专业设备、人员的高度配合，当前伴随电能需求的激增，电力系统结构更是日趋复杂，亟须借助高效、智能的手段进行优化管理。文章聚焦自动化管理思维，简要分析了电力系统自动化的优势及意义，并从智能电网技术、PLC技术等几个方面，对电力系统中自动化技术的应用内容、优化策略进行了展开探讨。

[关键词]电力系统;自动化技术;应用探索

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–0–02

Application Exploration Based on Power System and Its Automation Technology

Zhang Qing'an， Yao Ge

[Abstract]The power system is responsible for the energy supply function. From power production to transportation and distribution， there is no need for the high degree of cooperation of professional equipment and personnel. With the current surge in power demand， the power system structure is becoming more and more complex， and it is urgent to rely on high efficiency， Intelligent means to optimize management. This article focuses on automation management thinking， briefly analyzes the advantages and significance of power system automation， and discusses the application content and optimization strategies of automation technology in power systems from several aspects such as smart grid technology and PLC technology.

[Keywords]power system; automation technology; application exploration

自動化技术拥有强大的控制能力，可以在自动检测、决策等装置的综合应用下，对复杂场景中设备的集成化运行进行远程调控，并借助现代通信技术实现信号传送和指令收发，在当代工业生产、建筑运营等项目中都有极其广泛的应用。现阶段伴随社会电力依赖性的上升，电力系统呈现出复杂化、规模化趋势，传统管理手段已远不能满足运维需求，亟需借助自动化技术进行机制改进和效率提升。

1 电力系统自动化的优势

电能是当今社会主导的能源利用形式。现阶段伴随城市建设脚步的加快，智能建筑、集成生产等概念不断涌现，各领域对电能都表现出了极大的依赖性，长时间、高负荷的运行场景对电力系统稳定性、高效性提出了更为明确的要求，电力系统自动化趋势正是在这种背景下应运而生的。

电力系统结构组成较为复杂，需要在动力装置、送变电线路等通力配合下，才能完成从电力生产至客户端供应的全过程，传统模式下设备状态监测、检修等环节对人工依赖极大，操作不规范极易引发安全事故，而采用自动化控制系统，所有设备都按照预定编程运转，极大削减了人为因素的干扰，有助于保障运行效率的提升，促进控制目标的实现。

维护保养工作对电力系统运行寿命、可靠性等都有较大制约效果，传统模式中常采用故障检修模式，由实际故障情况决定检修安排，即使融入状态检修元素，也需要依靠人力进行参数收集，滞后性较为明显，工作量也极大，在当前大系统运行网络下，很难保障工作质量。采用自动化管理模式，传感器会自动采集各种类型数据。并借助通信技术将之传送至终端计算机中，方便技术人员远程监控，PLC技术的使用，还能实现故障识别和自动停运，智能化手段也能满足故障快速定位需求，电力系统维修保养更加及时和科学，有助于降低故障损耗，保证经济收益。

2 电力系统中自动化技术的应用内容

2.1 人工智能技术

电力系统运作具有典型的非线性特征，其中很多问题都无法依靠单纯的数学模型解决，如机组优化搭配，电网无功补偿等。这给电力系统自动化进程的推进造成了一定困扰，因此必须借助灵活性更高的人工智能技术进行控制调节。当前较为常见的应用方式主要有以下几种。

（1）专家系统。其采用经典IF-THEN规则，主要用于复杂问题决策。数据库是其模拟决策的依据和基础，通过人机接口与外界建立联系。

（2）神经网络技术。其存储结构具有完全分布式特征，即使在大规模系统中也可以满足并行处理要求，尤其适用于非线性数据的分析。当前BP神经网络已经广泛应用于电网自动化进程中，在充足样本支撑下，可以对短期电力负荷做出准确预测[1]。在关联性分析机制下，还可以实现复杂故障的诊断，提升自动化检修效率。

（3）模糊理论。近似计算一直是传统计算机短板，这使自动化控制设备在面对电力负荷等不确定性较大的参数项时略显乏力，而人工智能技术的应用开辟了模糊理论思维，用模糊值来直观表示这类数值，解决现实中的无功补偿问题。通过DTU终端，人工智能可以实现故障自动汇报，更好地解决故障。

2.2 仿真技术

仿真技术是建立在虚拟模型基础之上的，可以将现实中的电力设备、线路等作为转化对象，结合数据库、监控技术等完成参数采集，最后以虚拟电站的形式进行管理维护。伴随时代变迁，电力系统仿真技术也经历了几次阶段性的变革，在20世纪60年代之前，主要采用全物理仿真系统，以电力设备原型为基础进行同比例缩小，通过微缩模型实验，对真实系统性能进行间接反馈。这种方式原理简单易懂，反映真实直观，但仿真系统布局对真实场地空间要求较高，当试验需求变更时，还必须重新切换电路，实现步骤较为烦琐。在计算机技术持续发展背景下，电力系统数模混合式仿真技术又登上了历史舞台，在该技术方案中，电动机组等设备以数字虚拟模型的形式存在;交流输电线路、变压器等则以物理模型形式存在，其糅合了两种仿真思路的优势，可以在缩减物理模拟规模的同时，保障反馈试验的真实性。但其局限性也十分明显，即只能满足实时状态下的仿真模拟需求，同时接口技术攻克难度也相对较大。进入20世纪90年代，全数字仿真技术开始占据主导地位，该技术方案中所有设备元件都以数字模型形式呈现，具有成本低、易扩展等优势。在仿真系统中，电厂员工可以进行模拟化的短路器操作、保护投停操作等常规训练，还可以进行母线、隔离开关等的故障演练[2]，从而提升专业水准，保障电厂运行秩序。

2.3 PLC技术

PLC实际上是可编程逻辑控制器的简称，可以以内嵌形式放置于电力设备内部，在通信技术的支撑下，与其他设备建立联系，从而形成整体化的运行系统，达成自动化控制目标。旧有自动化进程中，继电器控制占据主导地位，操作难度较低，但面对复杂系统时，继电器设计、安装难度就会直线上升，系统运行时，设备振动等状况还会增加机械触点的故障率。但PLC技术采用的是单片机，内部集成度相对较高，组态灵活，还能满足差异化的编程需求，运行速度极快。其在电力系统中的应用主要可见以下几个方面。

（1）顺序控制。在PLC装置的加持下，电力设备可以按照预定流程完成供电、输变电操作，与现场总线配合，还可以协调整个系统的运行，能够有效降低继电器控制下产生的损耗情况，优化电力系统效益成本构成。

（2）断路器控制。当电力系统出现突发紧急事故时，PLC可以满足自动跳闸需求，并伴随声光警报提醒工作人员注意，与继电器控制模式相比，它不会受机械触点制约，整体可靠性更高。同时，由于PLC集成化特征显著，因此线路布局时相对灵活，可以简化电力系统线路结构，降低断路器故障概率。

（3）闭环过程控制，主要面向电力系统中温度、压力等参数的变化情况，可以在模拟量I/O模块的辅助下，完成闭环PID控制，实现D/A、A/D之间的转化[3]。

（4）数据处理。涵盖电力系统运行中的数据采集、分析等过程，借助通信技术，还能够将数据排序、转换等可视化成果传送到其他智能设备当中，当数据比对发现异常时，该系统也能迅速做出响应和反馈。

2.4 柔性交流输电技术

柔性交流输电技术简称FACTS，应用场景主要为电力输电系统，其可以在综合电子装置的辅助下，有效控制电压、电抗等参数，改善交流系统运行状况，使之更加适应当前远距离传输场景。可控串补设备（TCSC）是该技术中关键的组成部分，核心元器件为串联电容器组，在氧化锌非线性电阻、旁路断路器等器件的配合下，可以有效提升输电能力，改善阻尼低频振荡，优化电压条件等。静止无功补偿设备（TCR-SVC）同样是其中关键构成部分，在电容器组的基础上，增加空心电抗器，采用并联技术联接，对感性无功进行改造[4]。柔性交流输电技术的优势十分明显：①能够提升交流系统稳定性，它的出现改变了旧有的机械控制模式，是对缓慢、间断性控制的一种彻底变革，精准性有效提升，潮流功率输送明显优化，可以有效规避区域故障问题下，系统连续反应的问题，从而降低大规模停电概率。②该技术经济性能也极好，可以与原输电方式相适应，在极小的功率输出环境下，也能实现快速调节。同时该技术支撑下，线路输送能力也實现了质的飞跃，线路与发电机都能够得到充分利用，故障概率也被有效控制。

2.5 动态监控技术

电力系统设备种类繁多，结构复杂，在当前长时间、高负荷运行需求下，极易发生故障事件，影响送变电流程的推进，因此动态监控技术也被纳入了自动化进程范畴。现阶段电力系统监控体系构建过程中，主要可以从3个方面进行考量。

（1）主站监控中心，以电子地图系统为支撑，可以全面呈现监控信息，为内部调度决策提供依据。

（2）站端，主要负责系统设备、线路等信息的收集，与遥感技术、通信技术配合，可以实现数据的远程发送和接收。

（3）网络客户端，主要以Web形式存在，以密码账号形式管理，电力系统客户通过网页界面登录后，可以实时查看电力系统对外公开的监控信息。在动态监控技术的支持下，电力系统内部自动化调度成为可能，当系统设备出现振动、噪声等异常时，监控系统也可以实时完成数据采集和传送，并将异常信息记录在册，便于后期分析保养，有利于预防故障隐患的发生，提升电网检修效率。

3 电力系统自动化应用的优化策略

伴随信息技术、网络技术的高度发达，电力系统自动化控制已经具备了充分成熟的理论基础，自动化技术也日益多样，为避免应用中各执一词，互不协调的情况，应建立起与国际接轨的技术标准体系，在应用现状客观分析的基础上，对PLC、柔性交流输电等技术中涉及的设备生产、设计安装等环节进行标准化规范，电网系统内部也要以该标准为统一要求，使设备检修、调度管理等有依据可循，从而提升各电力子系统运行协调性，促进电网的高效运营。同时自动化技术具备明显的新兴产业特征，其发展日新月异，电网系统的自动化应用也不能处于停滞状态，而是要积极丰富自动化技术内涵，加强以太网、对象数据库等技术的探索和引进，实现设备信息在子系统之间的交流共享，对分散信息进行整合利用，发挥其实际功能效用。

4 结束语

自动化技术在电力系统中的普及应用是大势所趋，可以显著降低系统运营难度，提升调度和运转效率，保障稳定性。当前仿真技术、现场总线及PLC技术、动态监控技术等都是较为常见的应用类型，应用时要厘清思路，从电能生产、调度等环节入手，进行针对性分析，选取适宜的技术类型，构建系统化的技术标准，统一技术管理，丰富自动化内涵，促进电力系统的高效运行。

参考文献

[1] 冯川.电力系统运行中电气自动化技术应用分析[J].冶金管理，2020（23）：61-62.

[2] 刘雪优.电力系统自动化技术的应用及发展分析[J].科技创新与应用，2020（33）：164-165.

[3] 沈洲.电力系统运行中电气自动化技术的应用研究[J].花炮科技与市场，2020（3）：275.

[4] 凤瑞.电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用[J].价值工程，2020，39（20）：189-190.