电气自动化技术在电力系统中的应用研究

佟庆

国网黑龙江省电力有限公司杜尔伯特蒙古族自治县供电分公司 黑龙江 大庆 166200

引言

现代化电力系统整体构成较为复杂，为了满足大范围稳定供电需求，整个电力系统中各分支系统种类繁多，在电力系统控制监测以及检修维护过程中工作人员整体工作量相对较大，而在现代电子信息技术高速发展的态势下，电气自动化技术不断与电力系统进行融合发展，通过电气自动化技术来减少电力系统控制监测以及检修维护等相关工作的人工操作。传统电力系统由于在各项子系统运行过程中需要大量人员对其进行人工干预控制，加上系统整体构成较为复杂，因此传统电力系统容易出现各种人为因素故障，在现代化发展过程中，无法满足整体控制以及信息整合等相关需求。电气工程自动化技术与电力系统结合，不仅能够在软件层面给予更多的参数支持，同时也能在硬件层面实现各项自动化操作，当前电力系统日趋复杂的态势下，充分应用电气自动化技术是电力系统的重要发展趋势。目前电气自动化技术在电力系统多项子系统中均有广泛应用，其对于电力系统现代化发展的重要意义不言而喻，加快电力系统电气自动化技术融合应用能够为我国电力现代化发展提供强大的驱动力。研究电气自动化在电力系统中的应用有助于相关技术在电力系统更多方向上的整合，这对于我国电力工程发展非常重要。

1 电气自动化技术概述

电气工程自动化是现代自动化技术的主要组成部分，该技术既包含一系列的软件控制技术，同时也涵盖各种硬件机械化控制技术，在软件控制方面，其能够通过各种信息采集途径，在获取相关参数后对软件控制系统参数进行调整，进而实现对软件系统的自动化控制，而在硬件控制方面，则可以基于自动化控制系统，对各软件下达工作指令从而完成相应的硬件控制。电子信息技术是电气自动化技术实现相应自动化操作的重要基础，现代化电子信息技术能够多维获取整体系统中的各项参数信息，而参数信息则是实现自动化控制的必要条件[1]。目前电气自动化技术在各个领域均有重要应用，在电力系统发展过程中，电气自动化技术最大限度提高了电力系统中电气系统的操作和运维便捷性，减少了电力电气系统运行所需的人工干预，在极大程度上提升了电力系统整体自动化水平。电力系统包含各种强弱电工程，电气自动化技术具备完善的强弱电工程调控能力，因此电气自动化技术是现代电力系统的重要组成部分。

2 电力系统中应用电气自动化技术的意义

当前电力系统复杂程度高，在电力输配各阶段均有较多的控制需求，而电气自动化技术应用于电力系统中对发电、配电、变电以及电力调度等方面均有重要意义。从发电控制角度来看，电气自动化技术保障了既有电力输出端在满足电力需求的基础上稳定供电，在时间调配以及输出峰值等方面进行了精确控制。而在配电过程中，电气自动化技术有效保障了按需分配，在输出电能一定的情况下，按照电力需求进行区域和时段供电划分，最大限度满足了配电范围内所有用户的用电需求[2]。而在变电站应用方面电气自动化技术全程跟踪记录变电箱的运行参数信息，结合变电箱的具体参数进行详细分析，为电网结构调整以及变电箱升级换代提供了全方位的数据信息。而从电力调度角度来看，传统电力调度存在时效性差、电能浪费比较严重的问题，通过应用电气自动化技术，电力调度工作几乎可在瞬间完成，既保障了连续稳定供电同时也规避了无效电能损耗。

3 电气自动化技术在电力系统中的应用

3.1 变电站自动化技术

变电站是保障稳定电力供应的重要构成部分，现代化电力系统中变电站自设计阶段即在考虑实际使用需求的基础上整合了电气自动化技术。在通信线路方面，采用光纤通信，既满足了高带宽数据信号传递同时也为后续电路拓展预留更大空间。在主变维护方面充分发挥了分层分布结构的优势，其数据采集和数据分析能力有极大提升。从站控层角度来看，应用电气自动化技术后站控层能够更好地进行电压优化处理，而且也能够通过搜集的电压、温度等参数自动辨别运行状态，及时报告故障并在一定程度上指明故障类型。从间隔层角度来看，电气自动化技术充分发挥了相应的信息上行功能，保障了站内信息交流以及信息上传。过程层的智能终端、隔离开关、电压互感器等设备均通过电气自动化控制系统进行调控，实现了状态参数检测以及动作执行指令的下达。举例来讲，某110V智能变电站在温度采集方面可对多种直流量进行识别，包括0～5V、110V、24V以及4～20mA，通过多种直流量的采集识别结合温度传感器参数更为精确的上传变电站电路单元的运行温度[3]。

3.2 电网调度自动化技术

电网调度自动化技术中电气自动化技术是关键，提升电网调度自动化技术有助于提高电力系统对现代化大电网的驾驭能力，保障现有供电体系输出的电能满足用电需求。电网调度自动化依托于电网系统的信息同步功能，在整合地区用电峰谷状态以及用电参数随时间变化的具体情况下对地区性电力分配做出科学判断，实现了相同电力输出能力下更好的区域电力分配。电气自动化技术在电网调度过程中既能够通过服务器系统进行信息传递同时也能够在输电分配方面对相应的开关系统下达动作指令，集合了软件操控和硬件控制。举例来讲，某新型自动化电网调度系统通过整合电气自动化技术其处理容量达到500000，而且相较于传统EMS系统，整合电气自动化技术后系统不仅支持EMS，而且还兼容WAMS以及DMS等，在数据管理方面，其能够对三态数据进行完整监控，包括各变电所的有功值、无功值以及电流幅值等参数，另外还能够进行网络拓扑图的自动绘制，为电力调度工作提供有效保障。

3.3 故障诊断技术

电气自动化技术在电力系统故障诊断系统中有重要应用，其在故障诊断系统的硬件控制、故障参数分析以及意见反馈等方面均发挥关键作用。电力系统中线路总长度普遍较长，而且从发电到配变电再到入户需要经过的电子以及机械设备相对较多，其发生故障单纯依靠人工巡检难以满足现代化电力系统要求，整合电气自动化技术后其通过遍布于电力系统各个分支系统的传感器来获取系统运行参数，在故障发生后能够依靠传感器数据波动对故障位置进行判断，同时其系统内拥有所有设备的正常运行参数范围，对照参数波动情况并将数据回传给专家数据库可指明故障原因并在一定程度上指导抢修工作。举例来讲，某绝缘和耐热等级为A的千伏变压器，其线圈绝缘性能随温度升高而下降，根据数据库系统标注的极限温度可知，该线圈能够满足绝缘要求的极限温度为105℃，其高温报警温度为85℃，由于某种因素，该变压器绝缘线圈温度骤升，在达到85℃后传感器上传温度信息并引发高温报警，明确故障点为3#箱，并指出异常参数为后续快速抢修奠定了基础。

3.4 发电厂自动化技术

发电厂系统构成比较复杂，不仅涵盖能源转换部分同时也包括各种用于平衡和控制参数的软件及机电单元。电气自动化技术在发电厂中的应用范围比较广，整体来讲包括远程监控系统、数据通信系统以及自动化调控系统。远程监控系统包括以传感器为主的数据参数采集系统以及视频监控系统构成的直接监控系统。传感器能够从多角度了解系统运行状态，是自动化控制系统的“眼睛”。而数据通信系统能够完成高频、高带宽数据通信，保障复杂系统运行下海量数据传递需求，其属于自动化控制系统的“神经系统”。自动化调控系统能够将采集的数据与数据库中标准参数进行对比，依托于中央处理器和既定的软件系统对系统运行参数进行调整，包括软件和硬件的调整，该系统可谓自动化控制系统的“大脑”。当前发电厂自动化技术中普遍应用分散控制系统以及电气监控系统，在发电机、隔离开关、电压参数以及直流系统中均能够进行全面参数监控，且可通过自动化控制系统进行科学调控。

3.5 仿真技术

仿真技术的主体是数字化模型技术，电力系统整体构成极为复杂，下辖的子系统包含各种不同设备，在系统构建、检修、升级等工作中很难从整体角度对具体工作方案进行科学校验，而仿真系统则很好地解决了这一问题。仿真技术包括数字仿真、模拟仿真以及数模混合三大类，对于现代电力系统这种非线性网络系统而言，影响系统运行的时间刻度非常短，在进行分析的过程中需要以μS为单位进行分析，而仿真技术能够依托于完整的数据和相同的软硬件结构从局部或整体角度分析既定方案的运行效果。新设备整合过程中仿真技术能够在设备不实际接入系统的情况下模拟设备并入的运行效果，可以从中发现新设备与原有系统整合存在的不利问题，在仿真模型之下即可通过参数调整进行修改，不断调试并最大限度保障设备实际并入后的妥善运行，减少系统运行中断时间，提高工作效率。

4 电气自动化技术在电力系统中的发展趋势

4.1 紧跟国际标准

当前电力系统不断朝人工智能方向发展，这也是现代化大电网体系下满足社会用电需求的必然趋势。目前欧洲国家及部分亚洲发达国家在电力系统建设过程中面向人工智能领域建立了多项电力系统国际标准，相关标准在参数设定方面代表了先进电力系统各项参数的均值，我国在电力系统电气自动化技术发展方面也应重视相关标准，包括电力系统通信协议标准IEC61970以及61968、61850等。这些国际认可的电力自动化标准在很大程度上为我国电气自动化技术电力系统共应用指明了道路，既有明确的层级系统具体要求同时也有相应的参数要求，紧跟国际标准既有利于我国电力自动化系统的科学发展同时也能够为我国相关设备技术迈向国际市场奠定有利基础。

4.2 实现三位一体的高度集成自动化系统

三位一体的高度集成自动化系统是指系统保护、系统控制以及精确测量3种技术。从系统整体角度来讲，上述3种技术有明显的互相依存关系，系统保护依赖于精确测量获取的系统参数以及高速响应的系统控制功能，而系统控制和精确测量也必须在完善的系统保护下才能正常运行，因此在未来发展过程中电力系统电气自动化技术应保障三者的整合发展，在技术投入方面应保障齐头并进，而在各自系统研发过程中则要注意系统交叉和系统兼容，保障各系统在发挥自身优势功能的基础上实现1+1+1＞3的效果。

4.3 基于创新原则的专利技术研发

目前我国电力系统电气自动化技术在发展过程中呈现本国专利技术和购买国外技术并行的方式，这符合我国当前电力系统技术水平也满足当前电力系统的建设需求。在未来发展过程中我国电力系统电气自动化技术必然不断提升，届时，为保障技术应用自由和打开国际市场，必须在相应技术开发上进行创新研发，逐渐扩大具有我国独立自主知识产权的设备占比，这样既能够保障国内电力系统现代化建设不受技术专利限制同时也能够让我国先进的技术产品走出国门进入国际市场。目前我国在电力电气自动化技术的通信技术领域有诸多专利技术，其他子系统的技术研发也应秉承创新精神提升技术水平。

5 结束语

本文针对电气自动化技术在电力系统中的应用进行了详细研究，分析了不同子系统中的电气自动化技术应用情况，针对未来相关技术发展进行了论述，希望能够在一定程度上推动我国电力现代化建设。