智能電網(wǎng)背景下綜合自動化技術(shù)的發(fā)展

李德盛 鐘步隆 呂國曙

【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，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的控制方法存在單一性的缺陷，無法滿足電力系統(tǒng)信息化的要求；另一方面，計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新為自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用奠定的技術(shù)基礎(chǔ)。本文詳細介紹了自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，總結(jié)出智能電網(wǎng)背景下，綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，對指導(dǎo)綜合自動化技術(shù)與智能電網(wǎng)的技術(shù)融合提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；自動化；發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國電力系統(tǒng)信息采集模式普遍采用點對點的模式，從信息源采集到的信息后直接將信息傳輸?shù)娇刂浦行?，信息傳輸方式單一、實時性差，難以滿足智能電網(wǎng)快速響應(yīng)的機制。自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用很好的解決了這一問題，通過信息技術(shù)、自動控制設(shè)備的應(yīng)用，電網(wǎng)不同環(huán)節(jié)對信息處理的及時性、響應(yīng)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(shè)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。

一、綜合自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)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(shù)的要求。采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)信息處理的自動化，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(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要可以歸納為以下幾個方面。

1.1.信息自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

通信技術(shù)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(luò)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(chǔ)。所有的采集數(shù)據(jù)、控制信號、指揮信息等都是通過這個信道來傳輸?shù)摹ｋ娋W(wǎng)連接到每一個用電戶，而信息系統(tǒng)附加在電網(wǎng)上，也連接到每一個電力用戶，提供實時的、動態(tài)的數(shù)據(jù)收集和通信。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(luò)支持，應(yīng)用信息自動化技術(shù)，提高智能電網(wǎng)的自愈功能。通信自動化技術(shù)的應(yīng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推進產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，方便各種設(shè)備的開發(fā)和維護升級；二是采用自動化技術(shù)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(shè)備在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能電網(wǎng)的信息采集系統(tǒng)將電壓、電流等數(shù)據(jù)采集起來，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行傳輸。而網(wǎng)絡(luò)的控制中心可以根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行實時的監(jiān)測和控制。這些監(jiān)測的量包括用戶電能表的數(shù)據(jù)、電網(wǎng)能源運輸?shù)淖枞闆r、各區(qū)域的用電狀況、用戶電費的預(yù)估等。傳統(tǒng)電磁的監(jiān)測設(shè)備很難滿足這種雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆；谇度胧轿⑻幚砥鞯淖詣踊O(shè)備可能很好的實現(xiàn)這個功能，不但具有計算電費的功能，還可以實現(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(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電能在電網(wǎng)中的傳輸主要依賴于控制技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整和控制，其主要的功能是完成輸電和配電，防止電能中斷和對電能質(zhì)量進行監(jiān)控。依靠所建立的自動化和通訊系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的監(jiān)測和運行狀態(tài)的控制，通過及時適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，調(diào)整電網(wǎng)的運行狀況，并采用轉(zhuǎn)接決策系統(tǒng)進行故障的快速診斷和決策的快速制定。在這個系統(tǒng)中，電網(wǎng)在正常的參數(shù)范圍內(nèi)進行，當(dāng)某些參數(shù)超出了正常范圍，專家決策系統(tǒng)會做出判斷并向設(shè)備發(fā)送控制信號，進行自動調(diào)整。專家系統(tǒng)控制信號的制定是根據(jù)大量工作實踐總結(jié)出了經(jīng)驗規(guī)律，以數(shù)據(jù)的形式存儲在一個數(shù)據(jù)庫中。所產(chǎn)生的控制信號通過電力系統(tǒng)的信息網(wǎng)傳輸?shù)接嘘P(guān)設(shè)備，完成電網(wǎng)的控制。

1.4 自動化支持技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)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(jié)。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(shù)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(zhǔn)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(yīng)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。

二、綜合自動化技術(shù)在智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢

2.1 自動化與信息化提升電網(wǎng)控制設(shè)備

自動化數(shù)據(jù)采集手段和傳輸交換手段不但可以極大的擴展控制設(shè)備的功能，而且可以滿足智能電網(wǎng)的要求，使電力系統(tǒng)的控制設(shè)備發(fā)展為真正的智能自動化設(shè)備。例如，繼電保護裝置以被保護的設(shè)備為信息監(jiān)測對象，一旦發(fā)現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)超過了保護的范圍，就判斷發(fā)生了故障或異常情況，系統(tǒng)就會及時做出響應(yīng)。繼電保護系統(tǒng)在未出現(xiàn)故障或異常的情況下，其工作量很少，只有監(jiān)控電壓和電流，只消耗很少的資源。自動化控制技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用使智能電網(wǎng)中設(shè)備的信息處理量得到大大的提升。

2.2 自動化變電站控制系統(tǒng)

下一代的自動控制系統(tǒng)將以數(shù)字式傳感器、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和過程總線技術(shù)實現(xiàn)分布式的智能化控制。變電站控制系統(tǒng)自動化是目前電力系統(tǒng)信息化應(yīng)用的重要內(nèi)容。大量的輔助信息采集點通過傳感器實現(xiàn)信號的數(shù)字化，來自各層設(shè)備的數(shù)據(jù)和信息實現(xiàn)了信息的高度共享，改變了以往各個控制單元相互孤立，各單元之間信息交換較少的狀況。通過自動化技術(shù)的融合，變電控制系統(tǒng)實現(xiàn)了信息源的架構(gòu)，滿足了多傳感器信息采集的基本要求。在此基礎(chǔ)之上，以信息挖掘和信息交叉為基礎(chǔ)的，智能化的變電控制系統(tǒng)得到發(fā)展，使電力系統(tǒng)具有狀態(tài)監(jiān)測、事故預(yù)防和事故處理功能。

2.3自動化與智能化融合，提升廣域調(diào)度和控制水平

電力市場化體制的建立和全國電網(wǎng)互連客觀上要求電網(wǎng)建立廣域調(diào)度和控制體系。在我國電力自動化和通訊網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，通過模式識別系統(tǒng)、動態(tài)在線分析系統(tǒng)、繼電保護和事故自學(xué)習(xí)等智能控制技術(shù)，實現(xiàn)智能化廣域調(diào)度體系的建立。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)具備很好的魯棒性，具備應(yīng)對電網(wǎng)故障的能力。

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(yīng)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(shù)是在現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過自動控制技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)重構(gòu)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(shù)、信息技術(shù)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(yīng)故障，大大縮短了恢復(fù)供電所需要的時間。為了滿足上述任務(wù)，繼電保護、供電恢復(fù)、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(yīng)用為新型配電方案的設(shè)計奠定的技術(shù)基礎(chǔ)，通過模擬風(fēng)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(luò)重構(gòu)、電壓和無功補償、故障自動定位和修復(fù)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。

三、總結(jié)

自動化技術(shù)具有高度的控制和信息處理能力，非常適合用于智能電網(wǎng)的監(jiān)測和控制。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)自動化發(fā)展日益緊迫，以輸電和配電系統(tǒng)為控制對象，以科學(xué)、可靠、高效、智能、靈活為宗旨，以電力系統(tǒng)自動化為目標(biāo)，建立信息自動化系統(tǒng)有利于促進智能電網(wǎng)的穩(wěn)步增長。本文通過深入分析自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了未來智能電網(wǎng)自動化發(fā)展的趨勢，對促進我國智能電網(wǎng)的發(fā)展，提高電網(wǎng)自動化水平具有重要的作用。

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