智能电网背景下自动化技术的发展分析

    王玮

    

    

    摘要：随着智能电网的不断发展，电力系统对电网的安全稳定要求越来越高，由此需要加强对智能电网自动化技术的研究，以满足电力系统信息化的要求。文章详细介绍了自动化技术在智能电网中的应用，总结出智能电网背景下，自动化技术的发展趋势，对指导自动化技术与智能电网的技术融合提供理论依据。

    关键字：智能电网；自动化；发展现状

    通信技术、计算机科学与技术和控制理论与技术的发展。以及新的一次与二次设备（非线性优化镇定器、滤波器）等在电力系统中的广泛使用，现代电力系统日趋智能化。信息传输方式单一、实时性差的点对点模式已经难以满足智能电网快速响应的机制。并且通过信息技术、自动控制设备的应用，电网不同环节对信息处理的及时性、响应的迅速性得到满足，同时，继电保护、故障诊断、自动切换等电网保护设备的可靠性和维护的效率也得到很大的提高。采用不同的算法和控制策略实现电力系统信息化处理将成为智能电网发展的一个重要方面。

    1 自动化技术在智能电网中的应用

    智能电网的发展使电力系统的信息量急剧的增加，传统的控制策略已经无法满足现代电网技术的要求。采用自动化技术，实现信息处理的自动化，能够提高电力系统的信息化管理水平，对克服电网智能化发展的瓶颈具有重要的作用。自动化技术在电力系统中的应用主要可以归纳为以下几个方面。

    1.1 信息自动化技术在电力系统中的应用

    通信技术为电力系统提供了一个高速的信息通道，建立一个双向的数据传输网络系统。这个通道具有双向、实时、高速的特点，是智能电网实现的基础。电力系统通信线路的建立，能够为电力系统的自我监测和校正提供网络支持，应用信息自动化技术，提高智能电网的自愈功能。通信自动化技术的应用还可以实现电网各种扰动的监测，根据实际情况进行功率补偿，智能分配电能，避免电力事故的发生。如图1所示，智能电网中，信息传输和存储的模式，主要包括两个方面，一是建立开放的通信系统，制定统一的技术标准，推进产业标准化发展，方便各种设备的开发和维护升级；二是采用自动化技术进行信息处理和存储，提高智能的信息收集、处理的能力。

    1.2 自动化测量设备在电力系统中的应用

    智能电网随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而有了许多新的变化。基于嵌入式微处理器的自动化设备不仅能够实现对电网能源运输的阻塞情况、各区域的用电状况等内容的实时监测和控制，而且能够满足数字信号与电力系统电压、电流等采集数据的相互传输的需求，使得电力系统生产自动化、调度自动化水平及程度越来越高，设备也越来越先进。此外，自动化测量设备还具有计算电费的功能，可以实现信息的采集和传输。采集的数据通过信息传输通道被传输到信息存储中心，实现信息的集中管理。

    1.3 自动化控制技术在电力系统中的应用

    自动化控制技术是电网电能调整和控制的基础，依靠通讯系统和自动化技术，不仅能够实现电力系统的数据监测，控制、调整电网的运行状况，而且能够快速诊断系统故障，并快速制定出相关决策，对于确保电能的安全、持续输送有着重要的作用。在自动化控制系统中，常用的方法就是专家决策法，系统通过对电网正常参数的对比，如果某些参数出现异常，系统会向设备发送控制信号，进行自动调整。专家系统控制如图2所示。

    1.4 自动化支持技术在智能电网中的应用

    自动化支持系统是用工作人员能够看明白的语言将电力系统的一些数据表示出来，用于工作人员进行工作记录和总结。这些信息的转换依赖于自动化信息采集系统和数据分析系统。自动化支持系统具有操作简单、可视性强、运行效率高的特点，有效的提高了整个电力系统的监管水平。自动化支持技术建立经验库，对数据采集系统收集的信息进行分析，发现其中的规律并通过推论，输出处理方案，并通过自动化系统，准确的执行处理方案。通过制度化支持系统，智能电网的应急处理能力，系统可分析性都得到很大的提高。目前，智能电网已经具备了辅助决策系统，该系统为电力系统的决策层提供了有力的支持。

    2 自动化技术在智能电网发展趋势

    自动化技术与电力系统的融合越来越紧密，其应用前景十分的广泛。我国电力自动化技术起步较晚，虽然近年来取得了很大的进步，但是仍然具有很大的发展空间。下面将简要的介绍几种自动化技术在智能电网中的应用。

    2.1 自动化与信息化提升电网设备监测

    在电网设备状态监测系统中，基于标准化的电网模型和实时运行数据，可以对电力设备、变电站和电网的当前运行状态进行监测、风险评估、故障诊断及控制。电力设备和电网的未来运行状态，则须根据各种输变电设备状态监测系统提供的设备状态信息，在专有系统或基础平台支持下利用状态评价、故障诊断及趋势预测技术分析。

    在公共信息模型（CIM）和统一公共信息模型（UCIM）的基础上，扩展输变电设备状态监测相关信息的抽象描述，并以子集（Profile）形式提取，可以为建立输变电设备状态信息的采集、标准化管理及访问系统提供支持。综合来看，未来信息化自动化的发展需要涵盖以下数据：①逻辑电网模型，即以电网设备功能角度抽象描述的电网及电网设备连接模型；②电网运行数据，如设备运行电压、经由设备输送、消耗的电能等；③设备状态监测数据，即表征输变电设备自身状态的电气类状态及化学类状态数据。

    2.2 自动化变电站控制系统

    自动化变电站控制系统是以组成全所的各控制单元智能化为基础，加上相互之间的通信联络，构成的全所二次控制整体自动化系统。具有以下的功能：各保护功能完整、独立，并以智能化手段实现；控制系统的功能齐备、可靠，人机界面可操作性强，使用计算机集成控制系统；能将全所实时监测的数据准确可靠地传输至相应的SCADA系统等功能。随着集成电路、微计算机、通信和网络等高科技技术的不断发展，微机保护、微机监控装置被广泛采用并不断发展，变电站综合自动化系统也从传统的单项自动化向综合自动化方向过渡，其体系结构不断发生变化，性能和功能以及可靠性等也不断提高。当前“变电站自动化控制系统”是以信息挖掘和信息交叉为基础的，将变电站中的微机保护、微机监控等装置通过计算机网络和现代通信技术集成为一体化的综合自动化系统，使电力系统具有状态监测、事故预防等处理功能。

    2.3 自动化与智能化融合，提升调度可视化

    可视化技术融合了计算机的图形学、图像处理、数据管理等诸多分支，可视化程度的提高有利于正确理解数据或电网过程。自动化和智能化的融合，不仅提高了电网的处理能力，而且可以实现电网的智能化，使电网具备很好的调度功能。两者的融合主要可以实现以下功能：实现电网实时数据的收集；利用动态三维图像对有功、无功功率备用的实时信息进行形象表达；可视化图形的Web发布；对历史数据的回放、重演、评估；对关键线路低频震荡模式动态阈值可视化监测等。

    2.4 配电自动化推出智能电网配电新方案

    智能电网的要求是实现适应性故障处理、分布式电源接入、可靠性供电质量。这些要求都必须要对现有的配电自动化系统进行改造升级。配电自动化充分考虑了分布式电源、储能系统、用户定制、智能需求管理等多个方面，有效的提高了电网的供电质量和可靠性，减小了故障停电的区域和时间，甚至可以实现配电网故障的自愈合。配电自动化技术是在现有配电网络基础上，通过自动控制技术，实现配电网重构建，从而实现电网的智能化管理。配电自动化不仅需要通信技术、信息技术和智能决策信息的支持，还要求电网控制能力延伸至用户室内，从而增强控制中心对电网的控制能力。AMI对配电网的工作状态进行研究，通过状态评估、快速模拟仿真、最优化处理等，实现智能电网快速适应故障，大大缩短了恢复供电所需要的时间。为了满足上述任务，继电保护、供电恢复、故障隔离、安全控制等系统必须实现高度的自动化，彼此协调合作，各司其职，在很短的时间内完成一系列的处理。配电自动化的应用为新型配电方案的设计奠定的技术基础，通过模拟风险评估、优化和自愈控制，实现改善电网安全性、可靠性，提升运行效率的目的。目前，网络重构、电压和无功补偿、故障自动定位和修复等解决方案已经逐渐成熟，未来将从根本上改变电网的配电方式。

    3 结语

    智能电网作为国家战略的重要组成部分，智能化成为目前世界电力发展的新趋势。以信息化、自动化、互动化为特征的智能电网也成为了电力公司的战略目标。因此电力工作者要不断深入的加强自动化技术的研究与应用，以高效、灵活为宗旨，不断提高电网的自动化水平，进而保障智能电网的稳步增长。