智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用探討

吳成磊

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司團(tuán)風(fēng)縣供電公司，湖北 黃岡 438000）

電力系統(tǒng)通常由電源、網(wǎng)絡(luò)以及負(fù)載中心三部分組成，整個(gè)系統(tǒng)需要長期維持安全、可靠運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為廣大用戶提供穩(wěn)定可靠、高質(zhì)量的電力服務(wù)。而隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步與發(fā)展，智能化發(fā)展將成為電力事業(yè)中電氣自動(dòng)化發(fā)展的重要方向。

1 電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化概述

對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理而言，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用十分重要，其能在多個(gè)維度促進(jìn)電力系統(tǒng)的高質(zhì)量、高水平運(yùn)行。首先，穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行。電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理需要以安全、穩(wěn)定、可靠為基本。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理能實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化操控與監(jiān)視、電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度以及閉環(huán)過程控制、開關(guān)量控制等，從而減輕系統(tǒng)運(yùn)行管理中工作人員的壓力和負(fù)擔(dān)，減少人為失誤導(dǎo)致的系統(tǒng)問題與故障等，大幅提升整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行水平。其次，改善電力系統(tǒng)服務(wù)。電力系統(tǒng)作為面向全社會(huì)的超大規(guī)模系統(tǒng)，其需要向所有用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。而在電氣自動(dòng)化技術(shù)尤其是PLC 技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)過程控制以及開關(guān)量控制將變得更為可靠與有效，同時(shí)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、變電站管理自動(dòng)化能進(jìn)一步強(qiáng)化電力系統(tǒng)為用戶提供的可靠服務(wù)，進(jìn)而保障用戶用電安全、穩(wěn)定及可靠，確保用戶用電記錄可靠。[1]最后，強(qiáng)化系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控和分析。在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)的監(jiān)控不僅可通過變電站自動(dòng)化操控與監(jiān)視、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化等實(shí)現(xiàn)，還可通過虛擬模型實(shí)現(xiàn)。借助虛擬模型對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，通過大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新準(zhǔn)確反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，既能強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)及故障的防范，又能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題并進(jìn)行處理，有利于系統(tǒng)管理水平的綜合提升以及系統(tǒng)效率的持續(xù)提高。隨著現(xiàn)代電力事業(yè)以及技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展從整體上呈現(xiàn)出保護(hù)、控制以及測(cè)量一體化的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化與和智能化技術(shù)的推廣也將成為重點(diǎn)。

2 智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用價(jià)值

2.1 無需建立控制模型

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)控制模型有著較強(qiáng)的依賴性，需要通過建模強(qiáng)化對(duì)系統(tǒng)中各種對(duì)象的有效操控。然而建模本身可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，再加上隨著電力事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)變得愈發(fā)復(fù)雜，通過傳統(tǒng)建模方式應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)自然會(huì)同時(shí)面臨質(zhì)量與效率方面的問題，導(dǎo)致自動(dòng)化控制的可靠性以及其效率難以滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的實(shí)際需求。而在智能化技術(shù)的支持下，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用能有效擺脫對(duì)控制模型的依賴，可通過各智能控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)無需建模的自動(dòng)化控制，進(jìn)而有效減少因建模本身問題所導(dǎo)致的各種誤差，同時(shí)也能更好地應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的電力系統(tǒng)所提出的控制需求，從而提高自動(dòng)化控制的有效性與精密性。[2]

2.2 電氣系統(tǒng)參數(shù)調(diào)控自動(dòng)化與精細(xì)化水平提升

在電力系統(tǒng)中大量應(yīng)用智能化控制設(shè)備，能推動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)控自動(dòng)化與精細(xì)化水平的提升。電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的操控主要依賴于電氣自動(dòng)化技術(shù)，往往需要現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行操作和控制，這不但會(huì)明顯影響整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一化調(diào)整與控制，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控，也會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全受到一定威脅，存在一定的弊端與不足。而在智能化控制設(shè)備的支持下，電氣系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)控可在計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳輸技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控，工作人員無需再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行值守和操作，只需在中央控制室便能完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中各設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)控，同時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備參數(shù)的智能化調(diào)整，有效減少人工值守的壓力，同時(shí)能保障工作人員人身安全、提高調(diào)控效率、保障調(diào)控精細(xì)度，有利于整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行水平的提升。[3]

2.3 強(qiáng)化智能化控制設(shè)施的一致性

電氣自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，其自動(dòng)化控制效果受數(shù)據(jù)分析和處理能力的差異影響較為巨大，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制。一方面，電力系統(tǒng)中包含大量不同的控制對(duì)象，這些對(duì)象本身存在一定的差異性，相應(yīng)的電氣自動(dòng)化控制往往會(huì)存在差異，最終的控制效果難以從整體上維持高度一致；另一方面，電力系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中控制對(duì)象往往會(huì)發(fā)生變化，相應(yīng)的控制效果也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而出現(xiàn)局部控制效果有所變化而影響整體控制效果的情況。在無法充分保障控制效果一致性的情況下，電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化控制的可靠性自然有所不足，可能會(huì)對(duì)電力事業(yè)的安全、穩(wěn)定、良好發(fā)展帶來威脅。而在智能化技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)中大量智能化控制設(shè)備的運(yùn)用既能促進(jìn)數(shù)據(jù)同步處理能力的提升，也能基于系統(tǒng)調(diào)整與變化智能生成對(duì)應(yīng)的控制調(diào)整策略，從而強(qiáng)化智能化控制設(shè)備的一致性，保障整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行及控制。

3 基于智能化技術(shù)的電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化發(fā)展要點(diǎn)

3.1 繼電保護(hù)智能計(jì)算和管理系統(tǒng)

繼電系統(tǒng)作為整個(gè)電力系統(tǒng)中極為重要的組成部分，需要全面加強(qiáng)繼電保護(hù)。對(duì)智能化技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，構(gòu)建繼電保護(hù)智能計(jì)算和管理系統(tǒng)，全面整合圖紙一鍵智能繪制、圖紙一鍵智能校驗(yàn)、短路電流一鍵智能計(jì)算、整定保護(hù)一鍵智能計(jì)算、整定計(jì)算一鍵智能分析、設(shè)計(jì)報(bào)告一鍵智能生成、定值單智能管理、開關(guān)及電纜智能校驗(yàn)、云數(shù)據(jù)庫安全管理、總圖分段管理與分圖分段管理、啟動(dòng)電壓智能計(jì)算、數(shù)據(jù)云共享與云備份、故障電流智能分析與計(jì)算、繼電保護(hù)定值診斷分析、開關(guān)保護(hù)定值智能計(jì)算、越級(jí)跳閘問題的微機(jī)保護(hù)等功能，配合電氣自動(dòng)化技術(shù)能強(qiáng)化對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)。

3.2 智能化PLC 控制技術(shù)

PLC 控制技術(shù)是電力系統(tǒng)中電氣自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)技術(shù)。在該技術(shù)的支持下，電力系統(tǒng)中繼電器的反應(yīng)時(shí)間會(huì)得到明顯縮短，相應(yīng)的系統(tǒng)短路保護(hù)通斷控制延遲情況會(huì)有所改善，有利于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升。而在智能化發(fā)展背景下，電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化中PLC 技術(shù)的應(yīng)用也逐步朝著智能化方向發(fā)展，著重體現(xiàn)為順序控制、開關(guān)量控制以及自動(dòng)切換。其中順序控制的智能化體現(xiàn)在開關(guān)順序的調(diào)控將變得更為智能，可在接入信息模板的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全流程調(diào)控，從而根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行需要合理調(diào)控開關(guān)順序，有利于系統(tǒng)運(yùn)行水平提升，尤其能起到良好的節(jié)能減排作用，減少系統(tǒng)電能浪費(fèi)。[4]開關(guān)量控制體現(xiàn)為基于PLC 控制技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的部分電磁元件加以替換，這樣既能減少電磁元件數(shù)量，又能簡化系統(tǒng)中元件和設(shè)備的接線情況，從而提高整個(gè)電氣自動(dòng)化控制的穩(wěn)定性、可靠性以及效率。自動(dòng)切換體現(xiàn)為基于PLC 控制技術(shù)和智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的自動(dòng)切換功能，通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常與故障，進(jìn)而快速響應(yīng)并完成自動(dòng)切換，從而減少切換時(shí)間并減輕乃至規(guī)避各種異常與故障帶來的問題，有效提升設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。就目前來看，電力行業(yè)中PLC 控制技術(shù)的智能化應(yīng)用主要體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)：

1.電力PLC 芯片。PLC 電力系統(tǒng)通信芯片作為專門用于電力系統(tǒng)通信的芯片，其在整個(gè)電力系統(tǒng)中發(fā)揮著維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和安全性的作用。隨著電力事業(yè)智能化發(fā)展水平的不斷提升，電力PLC 芯片的大量應(yīng)用可謂是提升電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性與可靠性以及促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)。依靠PLC 線路驅(qū)動(dòng)/放大器芯片、智能電網(wǎng)系列本地通信模塊、智能電網(wǎng)集中器與采集器、綜合能源管理軟件等合理調(diào)整智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)與發(fā)展方向，能充分發(fā)揮電力PLC芯片在通信速度快、通信穩(wěn)定、通信安全等方面的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化智能電網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)馁|(zhì)量以及可靠性，進(jìn)而為整個(gè)電力系統(tǒng)的高質(zhì)量建設(shè)與發(fā)展提供支持。[5]

2.交流供電系統(tǒng)智能化管理。交流供電系統(tǒng)中PLC 技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛，全面覆蓋變電設(shè)備、配電設(shè)備以及用電設(shè)備等領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)變壓器的升降壓控制、變壓器電壓調(diào)節(jié)、斷路器與接觸器開關(guān)控制、開關(guān)柜的關(guān)閉、電流電壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)、電氣設(shè)備的開關(guān)與運(yùn)行控制等功能。在智能化技術(shù)的支持下，PLC 技術(shù)在交流供電系統(tǒng)中的應(yīng)用需要同時(shí)獲得硬件和軟件的支持，既要依靠PLC 控制器、執(zhí)行器、通信模塊、電源、電纜等硬件保障整個(gè)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及PLC 技術(shù)、智能化技術(shù)的有效運(yùn)用，又要通過PLC 編程軟件、上位機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、系統(tǒng)智能化軟件等支持自動(dòng)化與智能化管理的實(shí)現(xiàn)。

3.電力保護(hù)系統(tǒng)。電力保護(hù)系統(tǒng)是維持整個(gè)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、良好運(yùn)行的基礎(chǔ)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)繼電器控制模式下，電力保護(hù)系統(tǒng)對(duì)工作人員的專業(yè)素質(zhì)要求極高，同時(shí)存在梯形編程難度大、無法進(jìn)行在線控制修改等弊病，很難保障電力保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。而PLC 控制技術(shù)在電力保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，則能大幅降低梯形編程難度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在線控制修改、遠(yuǎn)程通信、互聯(lián)網(wǎng)信息交換、上微機(jī)監(jiān)控、模擬量控制等功能，可明顯改善電力保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效果，具備形成雙電源供電模式、實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控、簡化電力保護(hù)系統(tǒng)、改革編程模式等優(yōu)勢(shì)。而在智能化技術(shù)的支持下，基于PLC 控制技術(shù)的電力保護(hù)系統(tǒng)將進(jìn)一步得到改善。根據(jù)電力保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際需求對(duì)合適的單行圖加以選擇，確保模擬任務(wù)可順利完成，再基于此對(duì)電力保護(hù)系統(tǒng)主體的子組件、設(shè)備分布以及技術(shù)方案等加以設(shè)計(jì)，通過由總體到局部以及從局部到總體相結(jié)合的方式優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保障電力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。著重加強(qiáng)對(duì)開關(guān)量邏輯軟件的設(shè)計(jì)，依靠PLC 輔助機(jī)電控制，通過模擬程序的方式判斷控制器故障后PLC 控制器能否代替繼電器完成相應(yīng)的控制程序與邏輯功能，同時(shí)利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電力保護(hù)情況的模擬，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)靈活、自動(dòng)控制。[6]

3.3 智能化故障診斷技術(shù)

在計(jì)算機(jī)、傳感器、通信技術(shù)等快速發(fā)展的情況下，電力系統(tǒng)故障智能化診斷技術(shù)逐漸成熟并在實(shí)踐中得到了有效應(yīng)用。智能化故障診斷技術(shù)與傳統(tǒng)診斷技術(shù)相比，其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)在于能對(duì)電力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、處理、分析與利用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)異常和故障預(yù)警、診斷及處理等功能。電力系統(tǒng)故障診斷的智能化發(fā)展能大幅提升故障診斷和處理的質(zhì)量與效率，可在故障發(fā)生后快速定位故障位置與原因，甚至能通過系統(tǒng)本身進(jìn)行自動(dòng)化、智能化處理，另外還能在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警，有效降低各種異常與故障對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的影響。目前電力系統(tǒng)智能化故障診斷技術(shù)主要可分為兩大類，其一為在線診斷技術(shù)，其二為離線診斷技術(shù)，前者是在電網(wǎng)運(yùn)行過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)分析并在故障發(fā)生后快速響應(yīng)、及時(shí)診斷，后者則是依靠數(shù)據(jù)庫采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與診斷，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的不足、異常以及故障。在電力系統(tǒng)中合理配置各種傳感器，能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的有效采集，包括電壓、電流、溫度、濕度等。而對(duì)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等在內(nèi)的人工智能技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，則能對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用，進(jìn)而提升故障診斷的準(zhǔn)確率與效率，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、良好運(yùn)行提供支持及保障。

3.4 電氣設(shè)備智能化設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備是支持電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ)和載體。進(jìn)入智能化時(shí)代，對(duì)智能化技術(shù)手段加以應(yīng)用能有效創(chuàng)新、改善和優(yōu)化電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備設(shè)計(jì)，進(jìn)而推動(dòng)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率同步提升，同時(shí)降低設(shè)計(jì)難度與成本，更好地支持智能化的電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化發(fā)展。在電網(wǎng)設(shè)計(jì)與建造中借助智能化技術(shù)加強(qiáng)功率預(yù)測(cè)、平抑新能源波動(dòng)性、提升配網(wǎng)智能調(diào)度水平、強(qiáng)化智能巡檢及故障檢查、滿足虛擬電廠需求端響應(yīng)、加強(qiáng)多負(fù)荷管理等，構(gòu)建智能化的井網(wǎng)控制系統(tǒng)、新能源電站運(yùn)營系統(tǒng)、電網(wǎng)新能源管理系統(tǒng)等，可為整個(gè)電網(wǎng)的智能化建設(shè)提供重要支持。在此基礎(chǔ)上引入智能化技術(shù)手段支持CAD 技術(shù)、設(shè)計(jì)軟件在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能通過模擬程序?qū)崿F(xiàn)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)過程的直觀化與具體化，也能模擬分析設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備能否滿足智能化電網(wǎng)需求，從而提升設(shè)計(jì)水平并推動(dòng)電力系統(tǒng)智能化發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上可知，合理運(yùn)用智能化技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化水平的提升而言有著巨大的推動(dòng)作用。新時(shí)期，電力企業(yè)需要高度重視數(shù)字化、智能化發(fā)展，明確電力事業(yè)智能化發(fā)展的重點(diǎn)和意義，并從實(shí)際出發(fā)積極探索電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化的智能化發(fā)展路徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高水平發(fā)展。