试析电气自动化技术在电力系统中的应用

上海电力股份有限公司罗泾燃机发电厂 王晓超

电力系统目前已广泛应用于电力领域当中，其不仅可以在提高电力系统工作效率，更是降低了企业的成本投入。为直观说明电力系统中电气自动化技术的应用思路和要点，本文引入某地110/10/35kV 降压变电站建设实例辅助阐述。

1 电气自动化技术在电力系统中应用分析

电气自动化仿真技术。在电力系统中应用电气自动化仿真技术，可以保证电力系统检索到较多信息及数据内容，使工作人员可以结合数据信息，完成数据模拟场景的构建。并且，仿真技术的操作控制技术能力较强，在系统运维期间若发生故障，操作者可运用实现对现实环境的仿真技术，利用分析、判定故障的方式，辅助电力系统运维，体现出其在电力行业中的现实意义[1]。

电气自动化智能技术。随着信息技术的不断发展，云计算、大数据进入了人们的视野中，智能技术是各部门经研究得出的先进研究成果，智能技术可有效地控制复杂的非线性系统，提高电力系统的灵活能力，利用互联网平台和网络信息技术能提高传递数据信息的速度，针对电力系统故障问题提出针对性的完善建议。除此之外，在电力系统中应用智能技术，也能帮助电力系统完善漏洞，未来发展前景明朗。

电气自动化监控技术。工作人员将其应用于电力系统中，可实现对多渠道的监控，辅助操作者掌握系统运行状态，使系统可以按照正常轨道有效运行。此技术可实时检索电磁的故障信息，GPS 技术和SCADA 技术作为监控技术在应用期间的重点内容，其需要借助GPS 技术和SCADA 技术完成动态监控。

电气自动化柔性交流电系统技术。柔性电流技术特指在电力系统中科学地分析和处理电力供应的主要环节，并运用对应技术及电子设备，实现对电力系统中参数的调节。ASVC 装置是柔性交流技术的主要设备，该设备属于静止无功发生器。ASVC装置在电力系统出现故障问题之后能第一时间调整，保障电压稳定。同时，ASVC 装置反应速度较快，也具备一定的电压调节范围，基于惯性和噪声方面，该装置发挥的作用比较明显，所以在电力系统中应用频次较多。

电气自动化多项集成技术。此技术应用期间，工作人员须运用分开管理的方式，简化电力系统的控制流程，在确保管理工作效率的同时，降低电力系统的运行成本。同时，工作人员可以运用多项集成技术，结合用户之间的差异性，选用相应的技术手段，增加对电力系统的保护，来做出综合管理与控制。多项集成技术不但能为施工、测试、设计等工作提供技术支撑，也能保障电力系统运行效率。收集相关数据显示：对比传统的系统来说，应用电气自动化技术能间接提升电力系统运行的效益，让其能够维持在35%左右[2]。

2 电力系统中电气自动化技术的重点应用领域分析

案例变电所进出线端电压为110kV 线路1条、35kV 线路4条、10kV 线路5条，变电所供电过程中，主要由110kV 等级电网供电，经降压转换到10/35kV，然后再使用单母线分段，分别向用户端完成供电。变电所总负荷为15000kV，包含三类负荷用户7家，二类负荷用户2家，供电方式采用电缆供电和架空供电两类，预计年负荷增长率可达5%，设计规划年限为10年。下文对自动化技术应用思路进行梳理阐述。

2.1 可编程控制器自动化技术的应用

可编程控制器英文缩写为PLC，随着技术的不断发展，PLC 借助计算机技术应运而生，与计算机组成结构相似，PLC 也具有处理器，存储器以及输入与输出设备，等等。其中，存储器不但能对海量的数据信息加以存储，也能对外发送和执行操作指令。在电力系统中，PLC 技术凭借其优势得到了广泛的应用，能对电力系统故障问题加以解决，在降低能耗的同时提高系统运行效率。

本次引入PLC 可编程逻辑控制功能，对电力系统设备进行远程数据采集和指令控制，控制器内自带有处理数据的功能，能够参照特定的算法分析和处理数据，将计算的结果向其他设备传输，以此实现处理数据，控制系统的目的。PLC 自动化技术能对闭环过程加以控制。PLC 利用I／O 模块，进行模拟量和数字量之间的不断转换，在管理和控制期间，对PID 没有限制，PID 可以是专用的，也可以是子程序。电力系统存在顺序控制和开关量控制两种控制模式。据调查，我国大部分行业会应用开关量控制模式，此种模式要利用PLC 技术来实现。

2.2 状态监测自动化技术的应用

采用状态监测自动化技术采集配电网电压、电流数据，搭配神经网络技术进行故障识别和诊断。大量的神经元凭借某种方式连接组成神经网络，神经网络会在其连接权值上隐含较多信息，参照一定的计算方式对权值进行调节，保障神经网络从m 维空间非线性映射到n 维空间。在神经网络技术基础上，还引入了模糊逻辑控制技术，虽然神经网络和模糊技术都属于人工智能技术的范畴，但模糊技术自身不具备学习功能，人工神经网络具备学习功能，但无法对模糊的信息加以描述和处理，实践中要结合两项技术，有效地发挥控制作用。

而模糊逻辑中的函数范围通常取值范围是［0，1］，其中sigmoid 的非线性在电力系统中也占据至关重要的位置，使其能够拓展到人工神经网络领域当中，具有同等值域，所以其在规则以及算法方面可以运用最大的模糊算子，最小推理，可以将二者算法相融合，在模糊信息处理期间善用神经网络技术，将人工神经元模型转变为模糊神经元模型，利用隶属函数来表示神经元突出的权重，转变模糊神经元的输出，将其变作模糊逻辑（见表1）[3]。

表1 模糊神经网络基础架构示意表

其中f（x）为输入图像；g（x）为卷积核；h（x）为卷积结果。模糊神经网络基础架构主要由五层神经元组建，单层神经元可表示模糊推理期间的某种含义。其中，第一层是神经元主要表示电压偏差和无功偏差，其会不断变化，为下一层增加输入值。而第二层的神经元表示输入信号中所隐藏的语言辞集。第三层神经元、第四层神经元代表模糊控制的规则。第五层神经元属于输入层，负责运算解模糊。在计算期间要结合变电站的实际运行情况来明确输出值，并和理论期望值相对比，如误差无法达到设定需求，则要进行反向传播，按照原路径反向传回误差的信号，同时也要对五个神经元权值进行修正，直到误差符合设定需求。

为保障变电站自动化控制力度，可在神经网络基础上设计模糊控制器，步骤如下：结合经验，初步设计常规的模糊控制器；按照上述规则明确连接神经网络的方式和权值。

2.3 过电流保护自动化技术应用

电力系统中包含了诸多功能不一的核心设备类别，其运行安全性、稳定性直接影响电网效益。因此，本次还引进了过电流保护自动化技术，与配网状态监测技术并用，能够较好地提高故障预警效率和精确度。其中，变压器设备中装配了时间继电器元件，可在较短时间内使二次侧断路器跳闸，当故障发生在35kV 线路上时，系统会直接切除故障，过流保护返回，变压器继续向10kV 线路供电，防止故障损坏上级设备。此外，各输出、馈回线路主要使用隔离开关设备防护，能够较好地提高系统应急处置能力。

本次110kV 侧隔离开关选用了GW13-110/600型设备，极限通过电流峰值为55A，5s 热稳定电流为14kA，能够在0.06s 内完成合闸操作，在01s 内完成分闸操作，控制精准度极高。10kV 侧和35kV 侧分别采用GN2-10T/2000型隔离开关和GW5-35GD/1000型开关，设备均通过热稳定性校验，合闸、分闸响应时间与110kV 侧隔离开关一致，均可以较好地满足自动化控制需求，提高系统的安全性能。隔离开关、电流器均采用高式布置方式，支架高度基本维持在2～2.5m 作用，电容器采用低式布置方式，110kV 侧还布置了避雷器，能够有效降低设备遭受雷击后损坏故障的风险。

2.4 配电自动化技术应用

在电力系统中会应用配电网自动化技术，为保障配电网自动化技术的应用效率，要在规范功能，验收导则的基础上制定科学合理化的验收细则。同时，工作人员可以结合现场测试SAT 的成功率，确认是否需要使用配电自动化技术。总的来说，电力系统中可应用的配电网自动化技术内容如下。

FTU 应用全工业设计模式，此种模式能适应外部环境，使其中的技术参数可以满足户外的D2级标准[4]。FTU 和柱上的开关与结构上互相匹配，接口可靠，为维修人员提供了便捷；FTU 能对故障信息及时捕捉，参照相应的算法来保障故障隔离，同时也能分层，分布控制配电的自动化情况；而且通信的可靠性和速率都能顺应配电自动化的需求；通过FTU 进行蓄电池具备延长蓄电池应用寿命和智能维护的作用。

配电主站会应用开放式支撑技术，在历史数据库中会融入大型的商业数据当中，工作人员也可增加客户技术在数据库中的应用，合理应用多种服务器和，配备软件及设备，辅助工作人员执行传输数据及交换信息工作；DMS 在实施数据建模时要关注全局信息完整和一致，也要保障系统拓扑信息CIS，DMA 的完整与一致性；要在保障网络安全基础上实现配电SCADA 系统和GIS 软件的互通。

3 电气自动化技术在电力系统中应用的趋势

电气自动化技术的应用推进了电力系统的有效运行，企业在自动化技术应用后会呈现综合化发展的趋势。电力系统大规模的应用电气自动化技术，也能推进以计算机技术为基础的智能控制和通信技术的应用和推广；实现测量、控制、保护三位一体。电气自动化系统控制、测量、保护功能也会越来越完善，实现三位一体；实施配电网系统保护。随着电气自动化技术的改革和发展，配电网领域会实现PAS、GIS 的一体化发展。

朝着国际标准的方向进军。以计算机技术为依托，电气自动化技术在此基础上实现了更高程度的应用和发展，在电力系统中应用的电气自动化技术呈现出普及化的状态，代表技术为LED 电气自动化技术，此技术能共享和操作各厂家的管理信息。国际为对此系统应用做出合理的规范，出台了特殊的应用标准，在此形势之下，建议我国技术研发人员可以参照国际标准，加大技术研发力度，为此技术的应用和发展奠定坚实的基础。同时，电力系统大规模的应用电气自动化技术，也能推进以计算机技术为基础的智能控制和通信技术的应用和推广，未来电力系统也会广泛的应用通信、计算机、多媒体等集成技术。

实现测量、控制、保护三位一体。电力系统广泛的应用电气自动化技术，能推进各系统功能的完善，也能实现电力系统运行机制和人员配备等方面的改革。未来我国的电气自动化系统会更加独立，保障电气自动化利用结合的发展形势，可以满足电气系统的保护、控制及测量的三位一体需求，能将自动化电力系统的优势充分地发挥出来。总的来说，未来电气自动化技术会更加智能高效。

实施配电网系统保护。未来随着电力系统的完善和各项信息技术的引入，馈线自动化会依托通信采集和控制配电网数据来实现配电的高效应用。同时，馈线自动化会依托GIS 信息系统平台，做好配电网设备的有效管理。随着电气自动化技术的改革和发展，配电网领域会实现PAS，GIS 的一体化发展。未来各部门会实施有力对策，提高配电网优化运行的力度，构筑配电网优化运行决策支持系统，尽可能降低线路损耗，保障供电的质量，对提高供电经济性也有实际意义。