电力系统运行中的电气工程自动化技术研究

张四海

（安徽一天电能质量技术有限公司，安徽 合肥 230088）

1 电气工程自动化技术概述

电气工程自动化技术是将计算机技术、网络通信技术、自动化控制技术等应用于电气工程领域的一种技术。电气工程自动化技术的核心是实现电气系统的自动化控制，通过传感器、执行器、计算机等设备的互联互通，实现电气系统的在线实时监测、控制和优化。它是一种涵盖了多个领域的技术，包括电气工程、自动控制、计算机科学等，是工业自动化、智能电网等的重要组成部分[1]。

（1）自动化控制技术是电气工程自动化技术的核心技术。自动化控制系统是电气工程自动化的核心，该系统由传感器、执行器、控制器、计算机等多种设备组成，通过自动化控制系统可以实现电气系统的在线实时监测、控制和优化。

（2）通信技术。电气工程自动化技术需要广泛应用通信技术，通过网络通信和数据传输技术实现各设备之间的信息交互，实现电气系统的互联互通和智能化控制。

（3）数据采集和处理技术。电气工程自动化技术需要广泛应用数据采集和处理技术，通过传感器和数据采集设备实时采集电气系统的各种参数，再通过计算机进行数据处理和分析，实现电气系统的自动化监控和优化。

（4）控制算法和优化技术。电气工程自动化技术需要应用先进的控制算法和优化技术，通过模型预测控制、模糊控制、遗传算法等技术手段实现电气系统的自动化控制和优化。

（5）安全性和可靠性保障技术。电气工程自动化技术需要应用安全性和可靠性保障技术，例如，通过应用备用设备、故障诊断和自动切换等技术，保证电气系统的稳定性和安全性[2]。

2 电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用优势

第一，在电力系统高效运转的过程中，有效实现系统的自动化检测与控制意义重大。而电气工程自动化技术能够在短时间内采集并同步电力系统的运行参数，借由数据分析和处理过程为电力系统的运行优化提供参考。第二，在物联网发展迅速的当下，电力系统逐渐呈现出智能化的必然趋势。电气工程自动化技术在其中的应用能够真正实现控制操作的智能化，通过更加超前的控制算法，完成电力系统的实时跟踪。第三，高效始终是电气系统运行的重要指标，由上述可知，应用自动化技术意味着系统的自动化，这将会显著提高各个部件之间的协调度，对原有的运行模式进行调整和校正，进而实现系统运行的高效化[3]。

3 电力系统中电气工程自动化技术的具体应用

3.1 电网调度自动化

电网调度自动化是电力系统中自动化技术的一个重要应用领域。随着电力系统的发展和变革，电网调度自动化已成为电力系统管理和运行的关键技术之一。事实上，电网调度自动化的实现是基于一个分布式控制系统，通过现场终端设备、通信网络和上层控制中心等组成部分相互联接，其系统功能包括数据采集、数据传输、数据处理、控制指令下达等，通过自动化算法和优化策略，实现电力系统的自动化调度和控制[4]。

具体而言，电网调度自动化包括电网监测、预测、优化以及安全等多个方面。①电网监测：通过对电力系统的实时监测，可以及时发现电力系统的异常情况和故障信息，帮助调度员制定应急处理措施。②电网预测：通过对电力系统的负荷需求、供电能力和环境条件等因素进行分析和预测，可以提前做好电力系统的调度准备工作，以保证电力系统的稳定运行。③电网优化：通过自动化算法和优化策略，可以实现电力系统的优化调度。④电网安全：通过监测控制电力系统运行情况来对其进行自动化保护，如过流保护、过电压保护、过载保护等，保证电力系统的安全稳定运行。

3.2 变电站自动化

变电站自动化系统一般由数据采集、数据传输、随着电力系统的发展和变革，变电站自动化技术已成为电力系统管理和运行的重要技术，通过应用该技术对变电站进行自动监测控制可保证电力系统的稳定运行。

变电站自动化技术的应用包括变电站设备监测、控制、保护以及优化等几个方面。①变电站设备监测：通过对变电站各个设备的实时监测，可以及时发现设备的故障信息，帮助调度员制定应急处理措施。②变电站控制：通过变电站自动化系统，可以实现变压器的自动调节、高压开关的自动控制等功能，从而保证电力系统的稳定运行。③变电站保护：通过对变电站的自动化保护，可以实现变压器过载、短路等故障的自动检测与维护。④变电站运行优化：通过自动化算法和优化策略，可以实现变电站的运行优化，包括电压调节、电流平衡、节能降耗等方面，从而提高变电站的运行效率和供电质量。

3.3 继电保护装置自动化

继电保护装置也是电力系统的重要保护装置，而自动化的继电保护装置则可以自动监测系统异常，可依据相关程序设定来自动采取保护措施。

在继电保护装置中，微机保护装置就是建立在自动化技术应用基础之上的，其由核心控制板、出口板、采集板、输入输出端子以及显示屏等组成（见图1）。现阶段，微机保护装置的型号较为齐全，基本可以满足各种电力主设备的继电器保护要求，包括微机发电机保护、微机线路保护、微机变压器保护、微机电动机保护等。其硬件及算法的先进性和较强的抗干扰能力等，符合电力系统对微机继电保护装置可靠性、灵敏性、速动性的要求[5]。

图1 微机继电保护装置组成图

在实际应用中，基于自动化的微机继电保护装置可以实现实时监测，从而及时发现继电保护装置的故障信息，帮助调度员制定应急处理措施。此外，通过继电保护装置自动化系统，可以实现继电保护装置的自动控制和调节，包括故障的检测和保护、断路器的自动分合等功能，从而保证电力系统的安全稳定运行。再次，通过对继电保护装置的数据采集和处理，能够了解和评估系统运行情况，进而有针对性做出优化调整。最后，通过远程通信和控制技术，可以实现对继电保护装置的远程监测和控制，从而提高电力系统的总体管理和运行效率。

3.4 电力系统智能化

电力系统智能化的应用主要体现在发电、输电、配电以及用电的智能化。其中，发电智能化是指通过建立智能化的发电系统，实现对发电设备的自动化控制和优化，提高发电效率和运行质量。输电智能化是指通过智能化的电力监测系统和故障诊断系统，实现对电力系统的实时监测和预警，及时发现并解决电力系统中的异常情况和故障，保证电力系统的安全稳定运行。配电智能化是指通过建立智能化的配电系统，实现对配电设备的自动控制和优化，提高配电系统的效率和可靠性。用户侧智能化则是通过智能电表和智能家居系统，实现对用户用电的智能化管理和控制，提高用户的用电体验和节能效果[6]。

3.5 智能电网技术

智能电网技术是近年来电力系统中电气工程自动化技术的重要应用方向之一，它以信息技术为支撑，通过实时数据采集、通信、计算、控制等技术手段，对电网各个环节进行集成优化，从而提高电网的安全性、经济性、可靠性、可持续性等方面。智能电网技术的应用可以提高电网的自适应性、灵活性和可控性，使电网适应不断变化的负荷和能源结构，同时也可以实现对电网运行状态的全面监测和管理，保障电网的安全和稳定运行[7]。

从智能电网的应用优势来看，首先，智能电网技术的应用可以提高电网的自适应性。其次，智能电网技术的应用可以提高电网的灵活性。同时，智能电网还可以实现对电力设备的智能控制和优化调度。最后，智能电网技术的应用可以提高电网的可控性。智能电网还可以实现对电力设备的远程控制和智能调度，从而提高电网的可控性。

3.6 仿真技术应用

在电力系统中，电气工程自动化技术的应用之一是仿真技术应用。仿真技术应用是指在计算机系统中对真实世界进行数字化模拟的过程，其能够借助模拟程序来预测电力系统的性能与运行情况，从而为其优化和改进提供参考。从当前的发展状况来看，电力系统中主要应用三种仿真技术，分别为物理仿真、数学仿真和混合仿真。其中，物理仿真是通过实际的硬件设备来模拟系统的行为。数学仿真是利用数学模型来对电力系统进行模拟。例如，在电网调度自动化系统中，可以建立数学模型对电网进行仿真分析，以提高电网调度的准确性和效率。而混合仿真是将物理仿真和数学仿真相结合，从而更为精准地模拟电力系统行为[8]。

如今，仿真技术在电力系统中的应用已经十分广泛，如电网调度、电力市场、电力负荷预测、设备投入电网运行效果等。其中，在电网调度方面，仿真技术可以通过建立电力系统的数学模型，实现对电网的动态仿真和运行状态的实时监测，以帮助系统运维人员做出更加准确的决策。在电力市场方面，仿真技术可以通过对市场机制进行建模，对市场竞争、价格等方面进行仿真分析，从而提升经济效益。在电力负荷预测方面，仿真技术可以通过建立电力系统的负荷模型，实现对负荷的预测和分析，以便更好地规划电力系统的运行和发展。在设备投入电网运行效果方面，仿真技术可以通过模拟设备的电缆参数与系统的参数，从而预测设备各种电参数是否符合标准，发现潜在的故障和问题，以提高电网的可靠性和稳定性，如图2所示。

图2 谐波电流系数-谐波次数仿真波形

4 结束语

总之，电气工程自动化技术在电力系统中的应用已经十分深入和广泛。本文主要从电网调度自动化、变电站自动化、继电保护装置自动化、电力系统智能化等方面探究了电气工程自动化技术的应用场景及优势，并基于新的时代背景阐释了电力系统对电气工程自动化技术的新要求，以期为新时期提升电气工程自动化技术的应用广度以及电力系统的高质量运作提供建议和参考。