智能電網(wǎng)背景下自動化技術的發(fā)展分析

王瑋

摘要：隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定要求越來越高，由此需要加強對智能電網(wǎng)自動化技術的研究，以滿足電力系統(tǒng)信息化的要求。文章詳細介紹了自動化技術在智能電網(wǎng)中的應用，總結出智能電網(wǎng)背景下，自動化技術的發(fā)展趨勢，對指導自動化技術與智能電網(wǎng)的技術融合提供理論依據(jù)。

關鍵字：智能電網(wǎng)；自動化；發(fā)展現(xiàn)狀

通信技術、計算機科學與技術和控制理論與技術的發(fā)展。以及新的一次與二次設備（非線性優(yōu)化鎮(zhèn)定器、濾波器）等在電力系統(tǒng)中的廣泛使用，現(xiàn)代電力系統(tǒng)日趨智能化。信息傳輸方式單一、實時性差的點對點模式已經(jīng)難以滿足智能電網(wǎng)快速響應的機制。并且通過信息技術、自動控制設備的應用，電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)對信息處理的及時性、響應的迅速性得到滿足，同時，繼電保護、故障診斷、自動切換等電網(wǎng)保護設備的可靠性和維護的效率也得到很大的提高。采用不同的算法和控制策略實現(xiàn)電力系統(tǒng)信息化處理將成為智能電網(wǎng)發(fā)展的一個重要方面。

1 自動化技術在智能電網(wǎng)中的應用

智能電網(wǎng)的發(fā)展使電力系統(tǒng)的信息量急劇的增加，傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)技術的要求。采用自動化技術，實現(xiàn)信息處理的自動化，能夠提高電力系統(tǒng)的信息化管理水平，對克服電網(wǎng)智能化發(fā)展的瓶頸具有重要的作用。自動化技術在電力系統(tǒng)中的應用主要可以歸納為以下幾個方面。

1.1 信息自動化技術在電力系統(tǒng)中的應用

通信技術為電力系統(tǒng)提供了一個高速的信息通道，建立一個雙向的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)。這個通道具有雙向、實時、高速的特點，是智能電網(wǎng)實現(xiàn)的基礎。電力系統(tǒng)通信線路的建立，能夠為電力系統(tǒng)的自我監(jiān)測和校正提供網(wǎng)絡支持，應用信息自動化技術，提高智能電網(wǎng)的自愈功能。通信自動化技術的應用還可以實現(xiàn)電網(wǎng)各種擾動的監(jiān)測，根據(jù)實際情況進行功率補償，智能分配電能，避免電力事故的發(fā)生。如圖1所示，智能電網(wǎng)中，信息傳輸和存儲的模式，主要包括兩個方面，一是建立開放的通信系統(tǒng)，制定統(tǒng)一的技術標準，推進產(chǎn)業(yè)標準化發(fā)展，方便各種設備的開發(fā)和維護升級；二是采用自動化技術進行信息處理和存儲，提高智能的信息收集、處理的能力。

1.2 自動化測量設備在電力系統(tǒng)中的應用

智能電網(wǎng)隨著電子信息技術和光電技術等相關學科的發(fā)展而有了許多新的變化?；谇度胧轿⑻幚砥鞯淖詣踊O備不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)能源運輸?shù)淖枞闆r、各區(qū)域的用電狀況等內(nèi)容的實時監(jiān)測和控制，而且能夠滿足數(shù)字信號與電力系統(tǒng)電壓、電流等采集數(shù)據(jù)的相互傳輸?shù)男枨螅沟秒娏ο到y(tǒng)生產(chǎn)自動化、調(diào)度自動化水平及程度越來越高，設備也越來越先進。此外，自動化測量設備還具有計算電費的功能，可以實現(xiàn)信息的采集和傳輸。采集的數(shù)據(jù)通過信息傳輸通道被傳輸?shù)叫畔⒋鎯χ行?，實現(xiàn)信息的集中管理。

1.3 自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用

自動化控制技術是電網(wǎng)電能調(diào)整和控制的基礎，依靠通訊系統(tǒng)和自動化技術，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，控制、調(diào)整電網(wǎng)的運行狀況，而且能夠快速診斷系統(tǒng)故障，并快速制定出相關決策，對于確保電能的安全、持續(xù)輸送有著重要的作用。在自動化控制系統(tǒng)中，常用的方法就是專家決策法，系統(tǒng)通過對電網(wǎng)正常參數(shù)的對比，如果某些參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會向設備發(fā)送控制信號，進行自動調(diào)整。專家系統(tǒng)控制如圖2所示。

1.4 自動化支持技術在智能電網(wǎng)中的應用

自動化支持系統(tǒng)是用工作人員能夠看明白的語言將電力系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)表示出來，用于工作人員進行工作記錄和總結。這些信息的轉(zhuǎn)換依賴于自動化信息采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。自動化支持系統(tǒng)具有操作簡單、可視性強、運行效率高的特點，有效的提高了整個電力系統(tǒng)的監(jiān)管水平。自動化支持技術建立經(jīng)驗庫，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集的信息進行分析，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律并通過推論，輸出處理方案，并通過自動化系統(tǒng)，準確的執(zhí)行處理方案。通過制度化支持系統(tǒng)，智能電網(wǎng)的應急處理能力，系統(tǒng)可分析性都得到很大的提高。目前，智能電網(wǎng)已經(jīng)具備了輔助決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)為電力系統(tǒng)的決策層提供了有力的支持。

2 自動化技術在智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢

自動化技術與電力系統(tǒng)的融合越來越緊密，其應用前景十分的廣泛。我國電力自動化技術起步較晚，雖然近年來取得了很大的進步，但是仍然具有很大的發(fā)展空間。下面將簡要的介紹幾種自動化技術在智能電網(wǎng)中的應用。

2.1 自動化與信息化提升電網(wǎng)設備監(jiān)測

在電網(wǎng)設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，基于標準化的電網(wǎng)模型和實時運行數(shù)據(jù)，可以對電力設備、變電站和電網(wǎng)的當前運行狀態(tài)進行監(jiān)測、風險評估、故障診斷及控制。電力設備和電網(wǎng)的未來運行狀態(tài)，則須根據(jù)各種輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供的設備狀態(tài)信息，在專有系統(tǒng)或基礎平臺支持下利用狀態(tài)評價、故障診斷及趨勢預測技術分析。

在公共信息模型（CIM）和統(tǒng)一公共信息模型（UCIM）的基礎上，擴展輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測相關信息的抽象描述，并以子集（Profile）形式提取，可以為建立輸變電設備狀態(tài)信息的采集、標準化管理及訪問系統(tǒng)提供支持。綜合來看，未來信息化自動化的發(fā)展需要涵蓋以下數(shù)據(jù)：①邏輯電網(wǎng)模型，即以電網(wǎng)設備功能角度抽象描述的電網(wǎng)及電網(wǎng)設備連接模型；②電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，如設備運行電壓、經(jīng)由設備輸送、消耗的電能等；③設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，即表征輸變電設備自身狀態(tài)的電氣類狀態(tài)及化學類狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2 自動化變電站控制系統(tǒng)

自動化變電站控制系統(tǒng)是以組成全所的各控制單元智能化為基礎，加上相互之間的通信聯(lián)絡，構成的全所二次控制整體自動化系統(tǒng)。具有以下的功能：各保護功能完整、獨立，并以智能化手段實現(xiàn)；控制系統(tǒng)的功能齊備、可靠，人機界面可操作性強，使用計算機集成控制系統(tǒng)；能將全所實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)準確可靠地傳輸至相應的SCADA系統(tǒng)等功能。隨著集成電路、微計算機、通信和網(wǎng)絡等高科技技術的不斷發(fā)展，微機保護、微機監(jiān)控裝置被廣泛采用并不斷發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的單項自動化向綜合自動化方向過渡，其體系結構不斷發(fā)生變化，性能和功能以及可靠性等也不斷提高。當前“變電站自動化控制系統(tǒng)”是以信息挖掘和信息交叉為基礎的，將變電站中的微機保護、微機監(jiān)控等裝置通過計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)代通信技術集成為一體化的綜合自動化系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)具有狀態(tài)監(jiān)測、事故預防等處理功能。

2.3 自動化與智能化融合，提升調(diào)度可視化

可視化技術融合了計算機的圖形學、圖像處理、數(shù)據(jù)管理等諸多分支，可視化程度的提高有利于正確理解數(shù)據(jù)或電網(wǎng)過程。自動化和智能化的融合，不僅提高了電網(wǎng)的處理能力，而且可以實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化，使電網(wǎng)具備很好的調(diào)度功能。兩者的融合主要可以實現(xiàn)以下功能：實現(xiàn)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的收集；利用動態(tài)三維圖像對有功、無功功率備用的實時信息進行形象表達；可視化圖形的Web發(fā)布；對歷史數(shù)據(jù)的回放、重演、評估；對關鍵線路低頻震蕩模式動態(tài)閾值可視化監(jiān)測等。

2.4 配電自動化推出智能電網(wǎng)配電新方案

智能電網(wǎng)的要求是實現(xiàn)適應性故障處理、分布式電源接入、可靠性供電質(zhì)量。這些要求都必須要對現(xiàn)有的配電自動化系統(tǒng)進行改造升級。配電自動化充分考慮了分布式電源、儲能系統(tǒng)、用戶定制、智能需求管理等多個方面，有效的提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量和可靠性，減小了故障停電的區(qū)域和時間，甚至可以實現(xiàn)配電網(wǎng)故障的自愈合。配電自動化技術是在現(xiàn)有配電網(wǎng)絡基礎上，通過自動控制技術，實現(xiàn)配電網(wǎng)重構建，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化管理。配電自動化不僅需要通信技術、信息技術和智能決策信息的支持，還要求電網(wǎng)控制能力延伸至用戶室內(nèi)，從而增強控制中心對電網(wǎng)的控制能力。AMI對配電網(wǎng)的工作狀態(tài)進行研究，通過狀態(tài)評估、快速模擬仿真、最優(yōu)化處理等，實現(xiàn)智能電網(wǎng)快速適應故障，大大縮短了恢復供電所需要的時間。為了滿足上述任務，繼電保護、供電恢復、故障隔離、安全控制等系統(tǒng)必須實現(xiàn)高度的自動化，彼此協(xié)調(diào)合作，各司其職，在很短的時間內(nèi)完成一系列的處理。配電自動化的應用為新型配電方案的設計奠定的技術基礎，通過模擬風險評估、優(yōu)化和自愈控制，實現(xiàn)改善電網(wǎng)安全性、可靠性，提升運行效率的目的。目前，網(wǎng)絡重構、電壓和無功補償、故障自動定位和修復等解決方案已經(jīng)逐漸成熟，未來將從根本上改變電網(wǎng)的配電方式。

3 結語

智能電網(wǎng)作為國家戰(zhàn)略的重要組成部分，智能化成為目前世界電力發(fā)展的新趨勢。以信息化、自動化、互動化為特征的智能電網(wǎng)也成為了電力公司的戰(zhàn)略目標。因此電力工作者要不斷深入的加強自動化技術的研究與應用，以高效、靈活為宗旨，不斷提高電網(wǎng)的自動化水平，進而保障智能電網(wǎng)的穩(wěn)步增長。