智能電網背景下綜合自動化技術的發展

李德盛 鐘步隆 呂國曙

【摘 要】隨著智能電網的不斷發展，電力系統對電網的安全穩定要求越來越高，一方面傳統的控制方法存在單一性的缺陷，無法滿足電力系統信息化的要求；另一方面，計算機、網絡技術的不斷創新為自動化技術在智能電網中的應用奠定的技術基礎。本文詳細介紹了自動化技術在智能電網中的應用，總結出智能電網背景下，綜合自動化技術的發展趨勢，對指導綜合自動化技術與智能電網的技術融合提供理論依據。

【關鍵詞】智能電網；自動化；發展現狀

目前，我國電力系統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到控制中心，信息傳輸方式單一、實時性差，難以滿足智能電網快速響應的機制。自動化技術在智能電網的應用很好的解決了這一問題，通過信息技術、自動控制設備的應用，電網不同環節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電力系統信息化處理將成為智能電網發展的一個重要方面。

一、綜合自動化技術在智能電網中的應用

智能電網的發展使電力系統的信息量急劇的增加，傳統的控制策略已經無法滿足現代電網技術的要求。采用自動化技術，實現信息處理的自動化，提高電力系統的信息化管理水平，對克服電網智能化發展的瓶頸具有重要的作用。自動化技術在電力系統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中的應用

通信技術為電力系統提供了一個高速的信息通道，建立一個雙向的數據傳輸網絡系統。這個通道具有雙向、實時、高速的特點，是智能電網實現的基礎。所有的采集數據、控制信號、指揮信息等都是通過這個信道來傳輸的。電網連接到每一個用電戶，而信息系統附加在電網上，也連接到每一個電力用戶，提供實時的、動態的數據收集和通信。電力系統通信線路的建立，能夠為電力系統的自我監測和校正提供網絡支持，應用信息自動化技術，提高智能電網的自愈功能。通信自動化技術的應用還可以實現電網各種擾動的監測，根據實際情況進行功率補償，智能分配電能，避免電力事故的發生。如圖1所示，智能電網中，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，制定統一的技術標準，推進產業標準化發展，方便各種設備的開發和維護升級；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中的應用

智能電網的信息采集系統將電壓、電流等數據采集起來，轉換為數字信號進行傳輸。而網絡的控制中心可以根據采集的數據對電網的運行狀態進行實時的監測和控制。這些監測的量包括用戶電能表的數據、電網能源運輸的阻塞情況、各區域的用電狀況、用戶電費的預估等。傳統電磁的監測設備很難滿足這種雙向數據傳輸的需求?；谇度胧轿⑻幚砥鞯淖詣踊O備可能很好的實現這個功能，不但具有計算電費的功能，還可以實現信息的采集和傳輸。采集的數據通過信息傳輸通道被傳輸到信息存儲中心，實現信息的集中管理。

1.3 自動化控制技術在電力系統中的應用

電能在電網中的傳輸主要依賴于控制技術實現網絡的調整和控制，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量進行監控。依靠所建立的自動化和通訊系統，可以實現電力系統的關鍵數據的監測和運行狀態的控制，通過及時適當的控制信號，調整電網的運行狀況，并采用轉接決策系統進行故障的快速診斷和決策的快速制定。在這個系統中，電網在正常的參數范圍內進行，當某些參數超出了正常范圍，專家決策系統會做出判斷并向設備發送控制信號，進行自動調整。專家系統控制信號的制定是根據大量工作實踐總結出了經驗規律，以數據的形式存儲在一個數據庫中。所產生的控制信號通過電力系統的信息網傳輸到有關設備，完成電網的控制。

1.4 自動化支持技術在智能電網中的應用

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

二、綜合自動化技術在智能電網發展趨勢

2.1 自動化與信息化提升電網控制設備

自動化數據采集手段和傳輸交換手段不但可以極大的擴展控制設備的功能，而且可以滿足智能電網的要求，使電力系統的控制設備發展為真正的智能自動化設備。例如，繼電保護裝置以被保護的設備為信息監測對象，一旦發現采集的數據超過了保護的范圍，就判斷發生了故障或異常情況，系統就會及時做出響應。繼電保護系統在未出現故障或異常的情況下，其工作量很少，只有監控電壓和電流，只消耗很少的資源。自動化控制技術在智能電網中的應用使智能電網中設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

下一代的自動控制系統將以數字式傳感器、網絡通訊技術和過程總線技術實現分布式的智能化控制。變電站控制系統自動化是目前電力系統信息化應用的重要內容。大量的輔助信息采集點通過傳感器實現信號的數字化，來自各層設備的數據和信息實現了信息的高度共享，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。通過自動化技術的融合，變電控制系統實現了信息源的架構，滿足了多傳感器信息采集的基本要求。在此基礎之上，以信息挖掘和信息交叉為基礎的，智能化的變電控制系統得到發展，使電力系統具有狀態監測、事故預防和事故處理功能。

2.3自動化與智能化融合，提升廣域調度和控制水平

電力市場化體制的建立和全國電網互連客觀上要求電網建立廣域調度和控制體系。在我國電力自動化和通訊網絡的基礎上，以數據庫技術、通訊技術、網絡技術為依托，通過模式識別系統、動態在線分析系統、繼電保護和事故自學習等智能控制技術，實現智能化廣域調度體系的建立。自動化和智能化的融合，不僅提高了電網的處理能力，而且可以實現電網的智能化，使電網具備很好的魯棒性，具備應對電網故障的能力。

2.4配電自動化推出智能電網配電新方案

智能電網的要求是實現適應性故障處理、分布式電源接入、可靠性供電質量。這些要求都必須要對現有的配電自動化系統進行改造升級。配電自動化充分考慮了分布式電源、儲能系統、用戶定制、智能需求管理等多個方面，有效的提高了電網的供電質量和可靠性，減小了故障停電的區域和時間，甚至可以實現配電網故障的自愈合。配電自動化技術是在現有配電網絡基礎上，通過自動控制技術，實現配電網重構建，從而實現電網的智能化管理。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，還要求電網控制能力延伸至用戶室內，從而增強控制中心對電網的控制能力。AMI對配電網的工作狀態進行研究，通過狀態評估、快速模擬仿真、最優化處理等，實現智能電網快速適應故障，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、安全控制等系統必須實現高度的自動化，彼此協調合作，各司其職，在很短的時間內完成一系列的處理。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、優化和自愈控制，實現改善電網安全性、可靠性，提升運行效率的目的。目前，網絡重構、電壓和無功補償、故障自動定位和修復等解決方案已經逐漸成熟，未來將從根本上改變電網的配電方式。

三、總結

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

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