电力自动化系统管理和应用

电力自动化系统是利用网络通讯技术、计算机技术、自动化控制技术、微机继电保护技术等技术和产品, 提供现代化的电力设备监测、控制、管理, 确保电力系统稳定可靠运行及最优化的电力负荷管理的系统结构。电力自动化系统是电力行业当今的发展方向, 电力自动化系统广泛地运用于电力生产、传输、管理, 以实现从生产到用户的全过程的自动控制、自动调度、自动管理。

随着国家实施城镇化建设的推行, 城市发展的规模越来越大, 人口和各类产业的分布越来越密集, 导致对能源的需求迅速攀升, 能源的消耗越来越大。尤其是传统制造业的升级改造、新兴产业的不断涌现, 居民家用电器的普及, 导致国家、社会对环保的要求越来越高, 对清洁能源的需求越来越大。随着清洁能源应用的推广, 上述因素使得社会对电力能源的依赖度也越来越高。承载电能传输的配电网运行, 与人民的生活、社会的发展息息相关, 因此配电网运行的稳定性、高效性、安全性和故障排除的准确性、及时性, 显得尤为重要。电力系统运行不稳定、出现故障, 都有可能造成大面积的瘫痪, 严重影响工业生产、交通运输、居民生活等各个方面, 带来巨大的经济损失和社会影响。以西安6·18西安变电站爆炸事故为例, 造成8.6万户停电, 三星电子西安工厂西安工厂约损失10%的生产力, 造成约数百亿韩元的损失。因此可靠的电力自动化系统运用, 显得尤为重要。随着国家城镇化建设的推进, 城市能源消耗集中、用户密集, 农村地域广袤、站点分散, 传统技术手段难以为继, 运用电力自动化系统以适应社会发展的需求, 是每一个地区、每一个企业的必然需求。

电力自动化系统在配电网运行管理中的应用, 可实现对大量信息的进行实时处理, 这包括对电网运行、电能分配、设备运行状态、供电质量等相关信息的采集———传输———存储———处理的全过程。配电网在运行过程中会产生大量的数据, 依靠传统的传统的技术手段进行处理, 不能及时有效地处理这些信息, 不仅效率低, 而且还会因人为因素导致错误率较高。在配电网中运用电力自动化系统运行管理信息, 可以有效地提高对各类信息数据处理的效率, 避免人为因素的错误, 为配电网运行管理提供可靠的信息支撑, 使配电网的运行更加合理、科学。

电力企业配电网络是一个庞大而复杂的系统。为了提高该系统的效能, 必须不断改进配电系统的管理技术以适应社会需求。高度融合了信息技术的电力自动化系统为配电网系统的运行和管理提供了有力支撑。提高了配电网系统运行管理的水平和效率。电力自动化系统在配电网运行管理中的应用, 可促使系统进一步完善方案, 引入新设备, 采用新技术, 优化流程, 规范操作, 提高效能。配电网系统的运行、管理有很多工作在户外, 环境因素极易对配电网的的稳定运行造成干扰, 甚至带来严重的影响。电力自动化系统通过自动化技术, 实现了配电网系统运行管理全过程的实时监控, 及时发现、处理出现的各类问题, 问题报告给相应的业务部门, 以提高配电网系统运行管理的安全性、可靠性和处理问题的及时性。

电力企业配电网运行管理安全风险大, 直接影响人民生活、社会生产和从业人员的生命健康, 安全管理是电力企业需要做好一项重要工作。配电网的运营者除要牢固树立安全管理意识外, 依靠电力自动化系统在配电网运行和管理中的应用, 可以加强配电网安全的规范管理, 提高风险防范能力, 尤其是减少人为因素导致的差错。首先, 在配电网的运行和管理中, 需要考虑影响配电网安全的各种因素, 包括材料、设备等, 电力系统自动化为配电网的运行和管理提出严格遵标准和要求, 全面落实配电网各环节的各项要求。其次, 在电力企业配电网运行管理中, 可以掌控的因素的把握和制约, 像人员的管控和内部体系的构建, 电力系统自动化大幅降低人为因素的影响, 构建合理的架构和流程, 有效降低故障率, 确保配电网运行的安全、稳定, 将故障的影响降至最低。

调度管理主要是指挥对配电网的运行操作和事故处理。在配电网调度管理中的, 需要电力自动化系统对各类故障进行快速、准确地侦测, 及时提供故障信息给调度员, 为调度员分析故障原因、提出解决方案、实施指挥调度解决配电网故障提供有力支撑。配电网一旦发生故障, 往往会造成企业停产、居民停电、各单位大部分业务无法顺利开展, 社会影响极大。利用电力自动化系统应用对配电网进行运行管理, 可以缩短故障发生时的响应时间, 缩短配电网的故障检测时间, 提升故障抢修速度, 在故障发生后及时恢复供电, 提高供电质量。

据前瞻产业研究院发布的《中国电力行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》统计数据显示, 2016年至2018年底, 全国全社会用电量已达从59198亿千瓦时增长到到了68449亿千瓦时。预计2019年我国全社会用电量将突破70000亿千瓦时, 达到72, 104亿千瓦时, 未来五年 (2019-2023) 年均复合增长率约为6.08%, 并预测至2023年全国全社会用电量将达到91308亿千瓦时。

当今社会已经进入物联网时代、大数据时代、云计算时代, AI人工智能也随着计算机技术的发展进入了高速发展期。如物联网技术通过各种传感技术、各种通讯手段, 将任何物体与互联网相连接, 以实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护, 进而实现“管理、控制、营运”一体化^[2]。再如Alpha Go先后战胜了世界国际象棋大师和世界围棋冠军, 显示出超常的计算能力和智能。这些新的技术相对于传统技术, 都体现了巨大的技术优势。电力自动化系统只有与上述技术深度融合, 才能在配电网的运行管理中发挥其应有的作用, 才能适应社会发展的需求。

动态安全监测对于配电网的安全、稳定运行至关重要, 我国幅员辽阔, 电力设备分布广、间距大, 利用传统的技术手段, 依靠人力难以解决电力系统的动态监测问题, 在时效性上也存在严重的不足。利用物联网技术、互联网技术、4G、5G通讯技术, 智能传感设备, 可实现动态实时在线监测。运用物联网技术的智能监测传感设备, 可以7*24小时不间断地对监测对象进行监测, 并通过4G、5G实时传输监测数据至系统平台, 软件系统对数据进行分析处理, 发现状态异常的设备及时进行报警提示, 并为大数据分析提供基础数据, 对物理上分散的设备进行逻辑上的集中管理。以油浸式变压器为例, 采用智能监测设备, 可对变压器的各种运行状况、运行环境进行监测, 当变压器温度异常、油面过高或过低、发生异响时, 都会被监测设备实时监测到, 并将数据实时传输到系统。相比于人工定期巡检, 将极大地缩短设备故障的发现时间、响应处置时间, 为快速、准确地发现故障, 及时抢修提供了有力的保障。

从发电企业的电能生产到终端用户的电能消费, 全过程中必然产生了大量的信息数据, 这些数据包括生产数据、调度数据、运行管理数据、设备状态数据、设备管理数据、电能消费数据等等, 这些数据依靠传统的计算机数据处理方式, 难以采集、存储、分析利用, 运用大数据、云计算就能很好地解决这个问题, 为配电网运行提供有力的信息支撑和科学依据。尤其是在配用电环节, 需要对用户的用电特征进行数据分析, 进而实现负荷预测、用电调度、有序用电等等。中国大部分地区四季分明, 用电情况也因季节、地域、当地经济发展状况而迥异, 对于配电网的运行状况、用户的用电特征、社会各类用户对电能的需求, 要有准确的掌握, 才能合理分配电能使用, 发挥最佳经济效益。这就需要有持续的海量用户用电数据做支撑, 进行数据分析、数据挖掘, 才能为配电网运行、调度, 合理分配电能提供科学、准确依据。随着智能电网的发展, 用户的用电信息采集频次也会越来越密, 产生的数据量也远远超过当下, 大数据、云计算的运用是必然的趋势。

电力系统中的人工智能包含:专家系统、人工神经网络、模糊集理论、搜索算法等^[3]。专家系统为报警信号处理、开关操作、电压控制、故障诊断、恢复控制、运行规划提供了知识库, 能够辅助, 人工神经网络具有快速并行处理能力、较强的分类能力, 广泛应用于电力系统的实时控制、检测、诊断、负荷预测、状态评估等诸多领域。搜索算法为配电网的建设、调度提供了最优化的解决方案。随着人工智能的深度学习技术的不断发展, 人工智能在故障检测、维修、调度等多个领域替代人工将逐渐成为现实。

经过多年的发展, 电力自动化系统在配电网中的应用得到了大力发展, 但是随着社会的不断发展, 以及我国是世界大国、体量巨大, 只有不断地吸收新技术, 并将新技术与电力自动化系统紧密融合, 才能更好地适应社会的高速发展。