供配電系統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)分析研究

賈陳瑩

前言

在電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、電力負(fù)荷逐漸增加的背景下，人們對供配電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了更高的要求。電氣自動化控制技術(shù)作為一種先進(jìn)的控制手段，具有優(yōu)越的特點和巨大的應(yīng)用潛力。本文旨在對供配電系統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，探究其在提高供配電系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性方面的作用，并為電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度、故障檢測和維護(hù)管理等提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

一、電氣自動化控制技術(shù)的基本概述

（一）電氣自動化控制的基本概念

電氣自動化控制是一種現(xiàn)代化的控制方式，通過利用計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備，對電氣系統(tǒng)中的各種過程進(jìn)行監(jiān)測、控制和管理。它的基本概念是將人工控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊刂?，實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的智能化、高效化和可靠化管理。

1.電氣自動化控制的核心是通過感知和反饋機(jī)制實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。感知部分主要通過傳感器獲取電氣系統(tǒng)中各種參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度等。

2.電氣自動化控制的關(guān)鍵在于控制系統(tǒng)的設(shè)計和算法的實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)通常由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等設(shè)備，軟件部分包括控制算法、監(jiān)測系統(tǒng)、人機(jī)界面等?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計需要考慮到電氣系統(tǒng)的特性、控制目標(biāo)以及對系統(tǒng)安全和可靠性的要求[1]。

（二）供配電系統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1. 顯著提高供配電系統(tǒng)的操作效率。傳統(tǒng)的人工操作方式存在操作繁瑣、效率低下的問題。而電氣自動化控制技術(shù)利用先進(jìn)的計算機(jī)、控制器等設(shè)備，可以實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的實時監(jiān)測和智能化控制。通過感知和反饋機(jī)制，系統(tǒng)可以自動調(diào)整電壓、電流和功率等參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載變化自動進(jìn)行負(fù)荷分配和調(diào)度。這樣一來，系統(tǒng)的運(yùn)行效率大大提高，人工操作的工作量和時間成本得到明顯減少。

2.降低供配電系統(tǒng)的故障率。通過實時監(jiān)測和智能化控制，系統(tǒng)可以對潛在的故障進(jìn)行提前預(yù)警和檢測。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，控制系統(tǒng)能夠迅速采取措施，如切斷故障部分、轉(zhuǎn)移負(fù)荷等，以保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的安全。此外，電氣自動化控制技術(shù)還能自動進(jìn)行故障排查和診斷，減少了人工排查的時間和錯誤率。這有效降低了系統(tǒng)故障的風(fēng)險，提高了供配電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3.為供配電系統(tǒng)提供了智能化、可視化的運(yùn)行管理手段。通過采集和匯總電氣系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，生成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的可視化界面和報表。這些界面和報表能夠直觀地展示系統(tǒng)的運(yùn)行情況、負(fù)載狀態(tài)、電能消耗等信息，為用戶提供了全面的系統(tǒng)運(yùn)行分析和管理決策依據(jù)。此外，電氣自動化控制技術(shù)還可以與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)與企業(yè)級管理系統(tǒng)的無縫對接，提高了整體管理水平和運(yùn)維效果[2]。

二、供配電系統(tǒng)電氣自動化控制開發(fā)流程

在供配電系統(tǒng)電氣自動化控制開發(fā)階段，管理人員需要重視控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，當(dāng)系統(tǒng)向受控設(shè)備發(fā)出指令之后，受控設(shè)備能夠?qū)⑵浠顒忧闆r及時反饋給系統(tǒng)，以確保控制系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。因此，其具體開發(fā)流程如下：

（一）需求分析和系統(tǒng)設(shè)計

在這一階段，需要與用戶進(jìn)行溝通和需求收集，了解用戶對供配電系統(tǒng)自動化控制的具體需求和期望。基于需求收集的結(jié)果，開發(fā)團(tuán)隊將進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，包括選擇合適的硬件設(shè)備、編寫控制算法、設(shè)計數(shù)據(jù)庫和界面等。此階段的關(guān)鍵是確保需求的準(zhǔn)確理解和系統(tǒng)設(shè)計的合理性。

（二）硬件和軟件的實施

在供配電系統(tǒng)中需要按間隔單元劃分，對自動化系統(tǒng)分為三層：系統(tǒng)管理層、通訊接口層、現(xiàn)場監(jiān)控層。

1.系統(tǒng)管理層的硬件和軟件實施。在這一層次上，需要配置和安裝基于計算機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)管理設(shè)備，例如服務(wù)器、工作站和存儲設(shè)備等。這些設(shè)備通過連接網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。同時，還需要編寫系統(tǒng)管理軟件，用于監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)、配置設(shè)備參數(shù)以及管理用戶權(quán)限等。系統(tǒng)管理層的硬件和軟件實施是整個電氣自動化控制系統(tǒng)的核心，它提供了對系統(tǒng)整體運(yùn)行的管理和控制。

2.通訊接口層。該層次的目標(biāo)是建立可靠的通信系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的數(shù)據(jù)交互和信息傳輸。在硬件方面，需要選擇合適的通信設(shè)備，如ZEpower-NET以太網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、光纖轉(zhuǎn)換器及光纜、通訊電纜等，并進(jìn)行布線和連接調(diào)試。在軟件方面，需要編寫通信協(xié)議和驅(qū)動程序，確保各個設(shè)備能夠正常通信和協(xié)作。通訊接口層的硬件和軟件實施是實現(xiàn)系統(tǒng)各個組成部分之間聯(lián)動的關(guān)鍵，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和及時響應(yīng)。

3.現(xiàn)場監(jiān)控層。這部分系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制。在硬件方面，需要安裝和配置各種傳感器和執(zhí)行器設(shè)備，如SWL60微機(jī)保護(hù)測控裝置、SWL300系列智能測控儀表、SWL-8ZMS智能無功補(bǔ)償電容器、SWL智能功率因數(shù)控制器、SWL500電氣火災(zāi)監(jiān)控探測裝置、SWL350智能馬達(dá)保護(hù)器等。這些設(shè)備負(fù)責(zé)收集電氣系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，并通過執(zhí)行器對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。在軟件方面，需要編寫現(xiàn)場監(jiān)控軟件，用于實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、報警和事件處理等?，F(xiàn)場監(jiān)控層的硬件和軟件實施是直接與電氣系統(tǒng)進(jìn)行交互的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它保證了對系統(tǒng)的準(zhǔn)確監(jiān)控和實時控制[3]。

（三）系統(tǒng)調(diào)試和聯(lián)調(diào)

在供配電系統(tǒng)電氣自動化控制開發(fā)流程中，系統(tǒng)調(diào)試和聯(lián)調(diào)是確保整個控制系統(tǒng)各個模塊協(xié)同工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它們旨在驗證系統(tǒng)的功能性、性能和穩(wěn)定性，以確保控制系統(tǒng)能夠按照預(yù)期的方式工作。以下為具體步驟。

1.進(jìn)行功能測試，即驗證各個控制模塊是否能夠按照設(shè)計要求正常工作。這包括檢驗傳感器是否能夠準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，控制器是否能夠根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)做出正確的響應(yīng)，并確保執(zhí)行器能夠按照預(yù)期執(zhí)行控制指令。

2.還需要進(jìn)行性能測試，以評估控制系統(tǒng)的性能和響應(yīng)時間。這包括檢查信號的實時性、控制動作的精確度以及系統(tǒng)的承載能力。最后，還需要進(jìn)行穩(wěn)定性測試，確?？刂葡到y(tǒng)在長時間運(yùn)行時不會出現(xiàn)崩潰或異常。

3.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)階段則著重于確?？刂葡到y(tǒng)與供配電系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)（例如SCADA系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等）之間的協(xié)調(diào)聯(lián)動。首先，需要建立適當(dāng)?shù)耐ㄐ胚B接，并測試數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這包括驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?、防止?shù)據(jù)丟失或混亂，并確保各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互是正常的。其次，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)對接和相互驗證。將控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確保數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。最后，需要進(jìn)行聯(lián)合測試，模擬實際運(yùn)行場景，驗證控制系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的協(xié)作能力。

在整個系統(tǒng)調(diào)試和聯(lián)調(diào)的過程中，一些常見的技術(shù)手段也應(yīng)該被運(yùn)用。例如，可以使用調(diào)試工具和設(shè)備，如示波器、邏輯分析儀等來檢測信號傳輸、時序和響應(yīng)等方面的問題。此外，還可以采用模擬仿真和軟件調(diào)試等方法，以加速調(diào)試的過程。最重要的是，團(tuán)隊成員之間需要密切合作，確保每個模塊的功能正常，各個部分之間的協(xié)調(diào)配合達(dá)到最佳狀態(tài)[4]。

（四）系統(tǒng)上線和運(yùn)維

在系統(tǒng)調(diào)試和聯(lián)調(diào)通過后，控制系統(tǒng)正式上線運(yùn)行。在系統(tǒng)上線后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)工作，包括數(shù)據(jù)管理、異常處理、定期檢修等。此外，需要進(jìn)行系統(tǒng)性能的監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（五）持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化

供配電系統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)是一個不斷發(fā)展和改進(jìn)的領(lǐng)域。開發(fā)團(tuán)隊需要持續(xù)關(guān)注技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用案例，進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)。同時，也需要根據(jù)用戶的反饋和需求進(jìn)行系統(tǒng)的升級和改善，以適應(yīng)不斷變化的運(yùn)行環(huán)境和需求。

三、電氣自動化控制技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用實踐

（一）在綜合系統(tǒng)中的應(yīng)用

綜合系統(tǒng)是指將不同的子系統(tǒng)和設(shè)備集成在一起，通過電氣自動化控制技術(shù)實現(xiàn)協(xié)同運(yùn)行和管理。

1.在綜合系統(tǒng)中，設(shè)計人員將不同的子系統(tǒng)集成到一個總體控制系統(tǒng)中，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體監(jiān)測和控制。例如，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測電力負(fù)荷，通過自動調(diào)節(jié)變壓器的容量，以保持系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。同時，系統(tǒng)還可以實時監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，提前識別設(shè)備故障并采取相應(yīng)的措施，以避免停電或設(shè)備損壞。

2.利用電氣自動化控制技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在綜合系統(tǒng)中結(jié)合電氣自動化控制技術(shù)可以讓系統(tǒng)根據(jù)實時負(fù)荷情況自動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，以滿足變化的用電需求。此外，綜合系統(tǒng)還可以通過智能優(yōu)化算法，實現(xiàn)負(fù)荷的合理分配，避免系統(tǒng)中的負(fù)載不平衡問題，進(jìn)一步提高供配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.通過電氣自動化控制技術(shù)，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測供配電系統(tǒng)中的電氣參數(shù)，以及設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況。一旦系統(tǒng)檢測到異常情況（如短路、過載等），可以立即采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如自動斷電、切換備用電源等，以確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外，系統(tǒng)還可以通過電氣自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的故障定位和排除，縮短故障恢復(fù)時間，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4.利用電氣自動化系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、存儲和分析供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以用于發(fā)現(xiàn)潛在問題、進(jìn)行故障診斷和預(yù)測，以及進(jìn)行能源消耗的分析和優(yōu)化。通過對大量數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以幫助管理員更好地了解供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，制定更科學(xué)的運(yùn)行策略和管理決策，提高供配電系統(tǒng)的整體效益[5]。

（二）在變配電場所的應(yīng)用

變配電場所涉及供電系統(tǒng)中的變電站和配電設(shè)備，對于確保電力供應(yīng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。下面將詳細(xì)介紹電氣自動化控制技術(shù)在變配電場所的應(yīng)用。

1.對變電站的管理。電氣自動化控制系統(tǒng)可以讓工作人員實時監(jiān)測變電設(shè)備的電流、電壓和溫度等參數(shù)，以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息。這些數(shù)據(jù)可以通過電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行采集、存儲和分析，實現(xiàn)對變電站的遠(yuǎn)程管理。同時，在發(fā)現(xiàn)異?；蚬收蠒r，自動化控制系統(tǒng)可以自動采取相應(yīng)的控制措施，如大功率電機(jī)保護(hù)、高壓電動機(jī)綜合保護(hù)、PT并列功能、非電量保護(hù)等，以確保變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.配電設(shè)備的控制和保護(hù)。在配電場所中，常見的設(shè)備包括開關(guān)柜、斷路器、保護(hù)裝置等。通過將這些設(shè)備與自動化控制系統(tǒng)連接，可以實現(xiàn)對配電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。例如，系統(tǒng)可以通過監(jiān)測電流和溫度等參數(shù)，實時判斷設(shè)備是否存在異常，如果發(fā)現(xiàn)故障，系統(tǒng)可以自動切斷故障區(qū)域的電源，避免電力事故的蔓延。

3.配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和管理。工作人員利用自動化系統(tǒng)可以對供配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，了解供電負(fù)荷的變化趨勢和峰谷時段，從而制定合理的供電策略和負(fù)荷管理措施。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)不同時段的負(fù)荷情況，自動切換到經(jīng)濟(jì)性更好的供電方式，以降低能源成本。此外，自動化控制系統(tǒng)還可以協(xié)調(diào)并優(yōu)化配電設(shè)備的運(yùn)行，使得電網(wǎng)運(yùn)行更加高效、穩(wěn)定。例如，在過載或短路時，系統(tǒng)可以自動切除故障區(qū)域，保證供電系統(tǒng)的可靠性和安全性。

4. 將電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用于配電網(wǎng)中，能夠根據(jù)不同地區(qū)、不同用電量進(jìn)行電網(wǎng)等級分類，按照相應(yīng)的等級進(jìn)行劃區(qū)域、劃城市供電，優(yōu)化配電網(wǎng)對于電力分配的管控，解決配電網(wǎng)工作量大、管控困難的問題。

結(jié)束語

供配電系統(tǒng)電氣自動化控制技術(shù)的研究和應(yīng)用對提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性有著重要意義。通過本文的分析，我們了解到電氣自動化控制技術(shù)的原理、應(yīng)用范圍以及對供配電系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響。電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用可以提高供配電系統(tǒng)的操作效率，減少運(yùn)行成本，并提供智能化的運(yùn)行管理手段。此外，電氣自動化控制技術(shù)還可以實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況的實時監(jiān)測和故障檢測，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。