电力系统及其自动化的发展方向研究

张明君

（国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

电力系统自动化随着现代工业的发展和电力生产的要求逐步发展起来。目前，我国电力系统的自动化程度较低，大部分区域仍处于初级阶段，主要表现为电网结构不合理、运行方式落后以及设备老化严重等。因此，在新的历史时期，应充分认识到实现我国现代化建设目标需要依靠先进的科学技术，而现代化的电力系统建立是其中重要的组成部分，需进一步深化对现代电力系统的认识，把握其发展规律，明确其发展方向。

1 电力系统自动化的重要性

自动化是电力系统发展的必然趋势。随着电力工业的快速发展，电力系统运行方式也发生了巨大变化，从传统的人工操作、人工控制，到现在的计算机监控和自动调节，实现了由人力向智能化的转变。因此，实现电力系统的智能化，提高电网运行的稳定性和安全性已成为当前我国电力发展面临的重要任务之一。

电力系统自动化的重要性包括以下几点。一是降低故障率，提高供电可靠性。采用先进的自动化技术可有效减少停电时间，缩短恢复时间。二是减少投资，节约资源。近年来，我国的经济发展迅速，对用电需求量不断增加，但电源建设却相对滞后。在这种情况下，如果继续按照传统的建设模式进行大规模电源建设，则将给国民经济带来巨大的负担。三是支持电力市场化能源转型。电力系统自动化可以支持电力市场化和能源转型，为电力市场的交易和电力清洁能源的接入提供了技术支持和保障[1]。

2 电力系统概述

2.1 电力系统的组成

电力系统由多个不同的组件和设备组成，设备之间相互作用，具体如下：（1）发电设备，是电力系统的核心组成部分，包括各种类型的发电机、变压器、逆变器等，用于将化石能源、可再生能源等转换为电能；（2）输电设备，主要包括各种类型的输电线路、变电站等，用于将发电设备产生的电能输送到用户端；（3）配电设备，包括各种类型的配电变压器、开关设备、电缆等，用于将输电线路输送到用户终端，并进行电能的分配和管理；（4）用户设备，包括各种类型的用电设备，如电灯、电视、空调、电脑等，用于将电能转换为各种形式的能量，提供生产、生活、娱乐等各种服务；（5）控制设备，主要包括各种类型的自动化控制、监测和保护设备，用于对电力系统的各个环节进行实时监测、控制与调度，保障电力系统的安全稳定运行；（6）通信设备，包括各种类型的通信线路、通信设备等，用于实现电力系统内部和外部的信息交流与数据传输；（7）辅助设备，主要包括各种类型的电池、发电机组、照明设备等，用于保障电力系统的备用电源和应急电源等[2]。

2.2 电力系统的作用

电力系统是现代社会的重要基础设施之一，其主要功能是将各种能源转换为电能，为社会经济的发展提供了重要的能源支持；电力系统是将各种能源转换为电能的重要手段，通过发电、输电、配电等环节，将电能输送到用户终端，为工业、农业、商业、家庭等各个领域提供了必要的能源支持；电力系统为社会提供了各种生产、生活、娱乐等服务所必需的电能，提高了社会生活的质量和经济效益；电力系统支持可再生能源和清洁能源的接入与利用，推动能源转型和环保事业的发展；电力系统的建设和运营促进了区域经济和社会的发展，提高了能源产业和相关产业的效益及贡献。此外，电力系统是国家能源安全的重要组成部分，保障国家能源安全是电力系统的重要使命和责任。由此可见，加强电力系统的建设可以保证人们生产生活的电能需求、提升社会的经济效益、推动环保事业的可持续发展。

3 电力系统自动化技术的发展现状

目前，我国电力系统及其自动化发展迅速，但总的来看仍然存在一些不足。其一是设备的专业水平有待提高。虽然我国的电力系统自动化已经有了显著提高，但是相比于其他发达国家，仍然存在着极大的上升空间，具体表现在电力系统的稳定性不高，容易受到外界因素的影响。例如，电力系统的核心装置变压器，它在电力系统的运行中发挥着重要的作用，但是如果变压器在运行时受到恶劣天气、人工等因素的影响，容易出现短路、异常响声、烧毁等故障问题，严重危害电力系统的稳定运行。其二是电气化设备较为落后，特别是偏僻乡村地区，其设备年久失修、故障率极高。其三是电力系统的安全性不高。由于我国城乡经济发展不同、教育水平不均衡，导致部分地区电力经营者的专业知识匮乏、技能水平较低，在进行电力系统运行与维护时往往会采取不规范的操作，存在着较大的安全隐患。电力相关从业者应加强对这些方面的重视，以长远的角度去看待，采取科学的手段去创新和优化自动化技术[3]。

4 电力系统自动化的发展方向

4.1 服务愈发人性化

随着科技的不断进步和经济的发展，人们对生活质量的要求也在不断提高，电力系统自动化的服务已经不再是简单的机器控制和数据处理，而是更加注重与人的互动和用户需求紧密结合，其服务方式正朝着人性化方向发展。

一方面，在电力系统自动化服务中，人性化的设计已经成为一个重要的点。例如，在电力系统监测和控制方面，采用了直观易懂的用户界面，帮助用户快速了解电力系统的运行状态和异常情况，并提供智能化的预警和处理功能，提高了电力系统的安全性和稳定性。另一方面，在电力系统自动化服务中，用户需求的考虑也越来越重要。例如，以LifeSmart 云起、UIOT 超级智慧家、小爱同学为代表的智能家居领域，其服务已经开始关注用户的生活习惯和需求，为用户提供个性化的能源管理与控制方案，满足用户对舒适、便捷、节能、高效以及安全的要求[4]。此外，电力系统自动化服务也开始融合人工智能、大数据、云计算等前沿技术，打造专家系统控制技术、网上国电App 等，以更高效、智能、便捷的方式服务用户，可以让客户随时随地享受全业务的线上服务，真正实现科技与人性的完美结合。

4.2 操作愈发简单化

由于随着电力系统变得越来越复杂，操作人员需要具备更高的专业技能和经验才能够有效管理和操作电力系统。而自动化技术的发展可以通过减少人工干预、降低系统复杂性等方式来简化操作，提高系统的可靠性和稳定性。

具体来说，电力系统自动化的发展方向趋向于以下几个方面：（1）基于数据的智能化和自动化，通过采集和分析大量的实时数据，实现对电力系统的智能化和自动化控制；（2）云端智能化控制，利用云计算技术，将电力系统的控制中心移至云端，实现对电力系统的全局管理和控制；（3）物联网技术的应用，通过将各个设备、传感器等连接在一起，实现对电力系统的实时监控和控制；（4）自主学习的自适应控制，通过机器学习和人工智能等技术，实现电力系统的自主学习和自适应控制，减少人工干预。总的来说，电力系统自动化的趋势是朝着更加智能化、自动化、简单化的方向发展，以提高系统的可靠性和稳定性，同时降低运行成本，如开关柜的投退。随着智能电表和微网技术的不断发展，用户侧变电所内的断路器数量不断减少，目前已经基本实现单母线接线。因此，开关柜内断路器数量越来越少，而且随着智能电表的普及，用户侧变电所内仅需安装一块主令电器。所以可以对开关柜内部进行精简，只保留必要的继保装置及测量仪表，其他控制回路全部取消，以此来简化操作的流程，提升电力系统运行的稳定。

4.3 愈发高效化

随着电力系统的规模不断扩大，传统的手动操作已经无法满足电力系统的运行和管理需求。因此，电力系统自动化需要更高效的方式来管理和运行电力系统。电力系统自动化的高效发展不仅可以减少人工干预，降低了人为错误的可能性，提高了系统的可靠性和稳定性，还能够有效降低运行成本和管理成本，提高电力系统的经济效益。

（1）通过对电力系统的实时监测和控制，可以快速识别与解决存在的故障问题，提高系统的稳定性和可靠性。（2）利用智能技术对电力系统的数据进行详细分析和预测，能够更好地掌握电力负荷的情况，实现更加精细化的调度管理，提高系统的效率和稳定性。（3）自动化技术在电力系统的运用和维护可以减少人工不良操作的影响，降低人工的浪费，提高系统的可靠性和稳定性，同时降低运行成本和管理成本。（4）通过应用人工智能等技术，实现电力系统的智能化决策支持，帮助系统管理人员更好地制定决策，提高决策的准确性和效率。（5）通过对电力系统各个子系统的集成管理，实现系统的高效运行，如将电力系统的调度、运行、维护等多个子系统进行集成，可以实现更加高效的电力系统管理[5]。总的来说，电力系统自动化的高效发展需要依靠先进的技术手段，如实时监控和控制、数据分析和预测、自动化运行和维护、智能化决策支持和集成化管理等。这些技术的应用可以提高电力系统的效率、稳定性以及可靠性，同时降低运行成本和管理成本。

4.4 愈发小型化和远程化

随着互联网技术的发展，电力系统的控制中心可以通过网络远程实现对电力系统的监控和控制。这种方式不仅可以实现对电力系统的全局掌控与管理，还可以有效降低人工干预和管理成本。传统的电力系统控制设备通常体积庞大、质量重，导致大量的空间和资源被占用。而现在的控制设备体积小、质量轻，可以在空间有限的环境中进行安装和部署，降低了系统的占地面积与运行成本。因此，小型化和远程化是未来电力系统发展的主要方向之一。

电力系统自动化技术的发展，可以实现对电力系统的自动化控制，减少了人工干预的需求，从而提高了系统的可靠性和稳定性。而便携式电力系统控制设备的出现，可以实现对电力系统的便捷管理与控制，同时提高了设备的可靠性和灵活性。要使电力系统更加小型化和远程化，可以采取以下措施：首先，通过将电力系统的控制中心移至云端，可以实现对电力系统的全局管理和控制，从而达到远程化的目的；其次，通过将各个设备、传感器等连接在一起，在数据传输的基础上实现实时监控与控制，并将这些数据上传到云端，可以实现电力系统的远程化控制；再次，采用先进的自动化控制技术，如基于人工智能和机器学习的自动化控制技术，可以实现对电力系统的自动化控制，减少了人工干预的需求，从而提高了系统的可靠性和稳定性；最后，传感器技术的不断发展可以实现对电力系统的精细化监控，通过对电力系统各个环节的快速、准确监控与控制，可以最大限度地提高系统的效率和稳定性。此外，模块化设计的电力系统控制设备可以更加轻便、小型化，并且容易组装和维护。这种设计可以提高设备的可靠性和灵活性，同时可以降低运行成本。

5 结 论

电力系统规模的不断扩大和电力负荷的不断增加，使电力系统自动化需要更加高效和智能的方式来管理与运行。为此，电力系统自动化的发展趋向于小型化、远程化以及高效化方向。在这个过程中，各种新技术的应用，如云计算、物联网、自动化控制技术、传感器技术和人工智能等，不断推动着电力系统自动化的发展，提高了电力系统的可靠性、稳定性等，降低了运行成本和管理成本。