电力自动化技术及其在电力系统中的应用分析

宋卫红

（中国电建集团湖北工程有限公司，湖北 武汉 430000）

1 电力系统中电网供配电控制涉及的主要方向

1.1 电网供电、配电的运行控制方向

面对电力系统中输变电传输的安全稳定性问题，通常会在了解电网供配电需求、各节点电网负荷压力的情况下，利用远程电力传输、电网负荷调节的控制技术，采取分列运行的供电模式，并选取多个电源、环网柜进出回路线，对电力网络的配电作出设置[1]。

为提高电网供电的安全稳定性，利用综合保护器、协调器、电度表等装置，可进行系统内多种设备定位、参数收集以及控制独立供电的并行线路，并提供多个电源为一次回路电网供电，一旦某一电源出现异常，另一电源就会快速切入，使得对外网电力供应的线路不出现中断。

1.2 电力设备继电保护的运维控制方向

电力系统对电网设备的继电保护通常包括对发电机组、变压器以及线路接地等装置的保护，其中发电机组设备为继电保护的核心器件[2]。发电机定子组匝间短路、内部绝缘层失效是电力系统运行过程中所面临的重要问题之一，定子组匝间设备短路使得发电机组的温度持续升高，当发动机内部绝缘层受高温影响逐渐脱落或失效后，发电机本身可能将无法正常运行。为避免这一问题的发生，通常采取在发电机中安装继电保护设备的方式，控制发电机单相接地电流、运行负荷的大小，同时在内部电流过大、绝缘层失效或发生击穿故障前，继电保护可及时切断电源并发出警告信号。

在电力变压器继电保护过程中，通常根据变压器容量、电压等级、绝缘材料等设备参数信息选择合适的继电保护装置，对自接地系统的变压器零序电流进行保护，或者对电路的零序电压进行保护。而当变压器绝缘材料发生电弧作用，或者变压器发生故障、短路的情况下，则要第一时间切断变压器电源，从而避免油箱出现瓦斯爆炸、变压器设备损坏等严重后果。

2 电网供配电控制中使用的主要电力自动化技术

2.1 自动化电网供配电监控技术

电力系统的自动化电网供配电监控技术整合了监控中心、监控分站、综合保护器以及远程通信设备等装置，建立起自动化供配电运行监控系统。该电网供配电监控系统利用Internet网络、传输控制/网络协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）、视频监控等，作为电力供电、配电数据信息的传输通道，形成发电装置、供电中心、配电线路之间的有效连接[3]。具体自动化电网供配电监控运行的执行流程如图1所示。

图1 自动化电网供配电监控运行的执行流程

2.1.1 监控中心、监控分站

电力系统一次回路、供配电设备运行状态的监测，通常是由监控中心、监控分站等负责，经由TCP/IP通信协议、视频监控设备的渠道搜集与整合系统运行的电路问题、设备故障信息。其中，监控中心用于系统运行故障统计、故障点定位监测，通过数据日志、图像、报表等信息收集，精准区分与识别高压电系统的正常运行信息和故障信息。而监控分站是利用网络处理器、后台数据库传递与处理不同节点监控信息，从而完成现场数据信息的识别、转换工作。

2.1.2 综合保护器

综合保护器作为电网供配电的保护装置，可通过多种电度表、远程遥测装置的使用，监测电力系统中不同回路的电流、电压等参数信息，采集不同电力设备的运行状态信息，包括设备定位信号、设备故障信息，并根据电力系统的运行情况调节设备参数，为低压、高压电网配电操作提供全方位保护。

2.1.3 远程通信

采用非对称加密和对称式加密相结合的方式，对视频监控、摄像机拍摄、通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）定位等设备监测到的系统故障数据作出全方位加密。由监控中心主站的安全服务器负责管理通信密钥、发送与接收系统故障信息的控制指令，同时辅助管理电力设备、继电保护元器件，缩短故障信息响应的通信时间，提高远程监控，为检修人员的系统调试、设备维修提供支持。

2.2 RPA自动化电网异常告警技术

机器人流程自动化(Robotic Process Automation，RPA)作为一种新型自动化信息监测技术，被用于电力网络告警数据、异常故障数据的获取过程中，通常包含数据抓取、分析、处理等执行流程。针对线路停电/复电、电力线损监控、电力计量采集等监控管理方向，采取“RPA机器人+调控云系统”的方式，可每天自动抓取、计算、转换电网的电力数据，包括电网负荷、台区线损、闭环配电以及设备故障等的安全数据，并自动读取不同电力设备终端的运行状态数据[4]。同时，使用RPA自动化电网异常告警技术可优化基层供电的业务流程，从根本上解决电力数据分散、容错成本高等问题。

3 电力自动化技术在电力系统中的应用研究

3.1 继电保护控制技术在电力系统中的应用

依托于大数据挖掘技术、云服务平台以及继电器、互感器、断路器、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、Access数据库等硬件装置，可建立起电力网络的继电保护管理系统，实时采集有关电网一次回路的异常数据、继电保护设备故障数据，包括异常电流、电压等参数信息以及电力设备的运行环境信息、老化或损毁信息、绝缘信息，还包括继电保护设备的告警信息、动作时间、复归时间等[5]。电力网络继电保护管理系统的功能结构如图2所示。

图2 电力网络继电保护管理系统的功能结构

3.1.1 数据统计

利用网络大数据挖掘技术、关联分析技术，收集电力系统的一次回路运行状态数据、电力设备历史数据、继电保护设备故障数据，整合为台账数据、设备故障数据、告警数据，对得到的不同类别数据资源作出清洗、筛选、转换、去重、分类及存储操作，并设置出运行环境温湿度、一次回路电流与电压、设备故障类型、故障部位、故障原因等的字段说明信息。

3.1.2 设备故障数据的关联性分析

根据以上搜集与整合到的电力设备、继电保护设备故障数据，在继电保护控制管理系统中，借助Apriori算法开展相关故障数据的关联规则挖掘分析，扫描Access后台数据库中存储的故障数据项目集，找出大于最小支持度阈值的K频繁项集，作为设备异常或故障原因、故障结果关联性的分析依据。具体的Apriori算法关联性分析执行步骤如下：第1步，设定设备故障数据项集的最小置信度为Cmin、最小支持度为Smin，扫描Access数据库的电力设备、继电保护设备故障数据，将其分类整合为频繁项集CK1、CK2；第2步，遍历频繁项集CK1、CK2的数据表字段，删除支持度小于Smin的频繁项集数据信息，并将筛选后的频繁项集整合为LK1、LK2；第3步，如果LK1、LK2不为空、则令K=K+1并跳转至第2步重新执行，否则跳转至第4步执行；第4步，删除置信度小于Cmin的频繁项集数据信息，得到符合强关联规则的频繁项集集合。而后在设定电力系统最小置信度、支持度的值分别为Cmin=70%、Smin=15%情况下，在继电保护控制管理系统中点击“开始运算”按钮，对电力设备、继电保护设备故障数据的频繁项集集合开展关联性分析计算，得到设备异常或故障的原因，作为电网一次回路断开、故障装置切断与设备维修的依据。

3.1.3 数据显示

在得到电力回路运行状态、设备异常或故障的结果后，由管理人员、检修人员根据不同区域的电能需求量，统计分析电网历史运行数据、设备状态水平数据、告警预警数据是否客观准确，记录下电力设备误判、误动、拒动等异常问题，同时前端网络控制面板中显示电力网络控制数据的处理结果。

3.2 RPA电网异常告警技术在电力系统中的应用

UiBot RPA自动化服务平台中，主要存在着用户登录、电力数据抓取、异常数据分析、数据分类保存、短信或邮件告警等功能模块。其中，自动登录模块是由用户在登录界面输入管理员“system Admin”的用户名、密码，在目标元素文本框中输入需要访问的模块，点击登录按钮，即可登录至电网数据抓取的后台页面。进入到电力系统网页平台，由管理人员设置Input的值为arrayData，批量抓取电力回路正常数据、设备异常或故障数据的执行流程如图3所示，抓取完毕后输出至arrayData阵列数据库中。

图3 RPA自动化电网异常告警数据的抓取流程

随后使用已建立的关联规则，读取挖掘到的电网数据表、数据文档，读取数据库中不同模块的文件内容，进行电网数据表文件的条件筛选，输出sRet返回指令至objDatatable，保存有异常的数据信息（见图4），以便为后续的电路异常告警、设备告警、检修追溯等工作提供支持。

图4 电网数据表、数据文档的异常数据读取与保存

最后，将得到的电力网络异常数据信息汇总，以短信或邮件形式发送至管理人员、检修人员的网络维护端，连接指定简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP），输出到bRet。由审查管理人员检查每天爬取的电力网络信息，得到电力运行环境的温湿度、一次回路电流与电压、线路接地、设备故障类型、故障部位以及故障原因等的数百条告警信息，帮助检修人员及时找到电网一次回路、电力或继电保护设备的异常位置，并提出针对性的解决处理措施，进而实现电力系统运行状态保护、继电保护的安全稳定性。

4 结 论

依托于自动化供电、自动化配网、智能控制等电力自动化技术，针对现有电力系统设备运行、电网传输情况，运用多种电网调度与控制技术，可完成电力系统中一次回路、二次回路的配电与变电控制以及电力设备、继电保护设备的异常或故障状况分析，明确找出供电故障出现的原因，从而完成电力网络运行状态的实时监测与控制。