電力自動化系統(tǒng)管理和應用

電力自動化系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)、微機繼電保護技術(shù)等技術(shù)和產(chǎn)品, 提供現(xiàn)代化的電力設(shè)備監(jiān)測、控制、管理, 確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行及最優(yōu)化的電力負荷管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電力自動化系統(tǒng)是電力行業(yè)當今的發(fā)展方向, 電力自動化系統(tǒng)廣泛地運用于電力生產(chǎn)、傳輸、管理, 以實現(xiàn)從生產(chǎn)到用戶的全過程的自動控制、自動調(diào)度、自動管理。

隨著國家實施城鎮(zhèn)化建設(shè)的推行, 城市發(fā)展的規(guī)模越來越大, 人口和各類產(chǎn)業(yè)的分布越來越密集, 導致對能源的需求迅速攀升, 能源的消耗越來越大。尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)的升級改造、新興產(chǎn)業(yè)的不斷涌現(xiàn), 居民家用電器的普及, 導致國家、社會對環(huán)保的要求越來越高, 對清潔能源的需求越來越大。隨著清潔能源應用的推廣, 上述因素使得社會對電力能源的依賴度也越來越高。承載電能傳輸?shù)呐潆娋W(wǎng)運行, 與人民的生活、社會的發(fā)展息息相關(guān), 因此配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性、高效性、安全性和故障排除的準確性、及時性, 顯得尤為重要。電力系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、出現(xiàn)故障, 都有可能造成大面積的癱瘓, 嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、居民生活等各個方面, 帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。以西安6·18西安變電站爆炸事故為例, 造成8.6萬戶停電, 三星電子西安工廠西安工廠約損失10%的生產(chǎn)力, 造成約數(shù)百億韓元的損失。因此可靠的電力自動化系統(tǒng)運用, 顯得尤為重要。隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進, 城市能源消耗集中、用戶密集, 農(nóng)村地域廣袤、站點分散, 傳統(tǒng)技術(shù)手段難以為繼, 運用電力自動化系統(tǒng)以適應社會發(fā)展的需求, 是每一個地區(qū)、每一個企業(yè)的必然需求。

電力自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運行管理中的應用, 可實現(xiàn)對大量信息的進行實時處理, 這包括對電網(wǎng)運行、電能分配、設(shè)備運行狀態(tài)、供電質(zhì)量等相關(guān)信息的采集———傳輸———存儲———處理的全過程。配電網(wǎng)在運行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù), 依靠傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的技術(shù)手段進行處理, 不能及時有效地處理這些信息, 不僅效率低, 而且還會因人為因素導致錯誤率較高。在配電網(wǎng)中運用電力自動化系統(tǒng)運行管理信息, 可以有效地提高對各類信息數(shù)據(jù)處理的效率, 避免人為因素的錯誤, 為配電網(wǎng)運行管理提供可靠的信息支撐, 使配電網(wǎng)的運行更加合理、科學。

電力企業(yè)配電網(wǎng)絡是一個龐大而復雜的系統(tǒng)。為了提高該系統(tǒng)的效能, 必須不斷改進配電系統(tǒng)的管理技術(shù)以適應社會需求。高度融合了信息技術(shù)的電力自動化系統(tǒng)為配電網(wǎng)系統(tǒng)的運行和管理提供了有力支撐。提高了配電網(wǎng)系統(tǒng)運行管理的水平和效率。電力自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運行管理中的應用, 可促使系統(tǒng)進一步完善方案, 引入新設(shè)備, 采用新技術(shù), 優(yōu)化流程, 規(guī)范操作, 提高效能。配電網(wǎng)系統(tǒng)的運行、管理有很多工作在戶外, 環(huán)境因素極易對配電網(wǎng)的的穩(wěn)定運行造成干擾, 甚至帶來嚴重的影響。電力自動化系統(tǒng)通過自動化技術(shù), 實現(xiàn)了配電網(wǎng)系統(tǒng)運行管理全過程的實時監(jiān)控, 及時發(fā)現(xiàn)、處理出現(xiàn)的各類問題, 問題報告給相應的業(yè)務部門, 以提高配電網(wǎng)系統(tǒng)運行管理的安全性、可靠性和處理問題的及時性。

電力企業(yè)配電網(wǎng)運行管理安全風險大, 直接影響人民生活、社會生產(chǎn)和從業(yè)人員的生命健康, 安全管理是電力企業(yè)需要做好一項重要工作。配電網(wǎng)的運營者除要牢固樹立安全管理意識外, 依靠電力自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運行和管理中的應用, 可以加強配電網(wǎng)安全的規(guī)范管理, 提高風險防范能力, 尤其是減少人為因素導致的差錯。首先, 在配電網(wǎng)的運行和管理中, 需要考慮影響配電網(wǎng)安全的各種因素, 包括材料、設(shè)備等, 電力系統(tǒng)自動化為配電網(wǎng)的運行和管理提出嚴格遵標準和要求, 全面落實配電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的各項要求。其次, 在電力企業(yè)配電網(wǎng)運行管理中, 可以掌控的因素的把握和制約, 像人員的管控和內(nèi)部體系的構(gòu)建, 電力系統(tǒng)自動化大幅降低人為因素的影響, 構(gòu)建合理的架構(gòu)和流程, 有效降低故障率, 確保配電網(wǎng)運行的安全、穩(wěn)定, 將故障的影響降至最低。

調(diào)度管理主要是指揮對配電網(wǎng)的運行操作和事故處理。在配電網(wǎng)調(diào)度管理中的, 需要電力自動化系統(tǒng)對各類故障進行快速、準確地偵測, 及時提供故障信息給調(diào)度員, 為調(diào)度員分析故障原因、提出解決方案、實施指揮調(diào)度解決配電網(wǎng)故障提供有力支撐。配電網(wǎng)一旦發(fā)生故障, 往往會造成企業(yè)停產(chǎn)、居民停電、各單位大部分業(yè)務無法順利開展, 社會影響極大。利用電力自動化系統(tǒng)應用對配電網(wǎng)進行運行管理, 可以縮短故障發(fā)生時的響應時間, 縮短配電網(wǎng)的故障檢測時間, 提升故障搶修速度, 在故障發(fā)生后及時恢復供電, 提高供電質(zhì)量。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國電力行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示, 2016年至2018年底, 全國全社會用電量已達從59198億千瓦時增長到到了68449億千瓦時。預計2019年我國全社會用電量將突破70000億千瓦時, 達到72, 104億千瓦時, 未來五年 (2019-2023) 年均復合增長率約為6.08%, 并預測至2023年全國全社會用電量將達到91308億千瓦時。

當今社會已經(jīng)進入物聯(lián)網(wǎng)時代、大數(shù)據(jù)時代、云計算時代, AI人工智能也隨著計算機技術(shù)的發(fā)展進入了高速發(fā)展期。如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各種傳感技術(shù)、各種通訊手段, 將任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接, 以實現(xiàn)遠程監(jiān)視、自動報警、控制、診斷和維護, 進而實現(xiàn)“管理、控制、營運”一體化^[2]。再如Alpha Go先后戰(zhàn)勝了世界國際象棋大師和世界圍棋冠軍, 顯示出超常的計算能力和智能。這些新的技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù), 都體現(xiàn)了巨大的技術(shù)優(yōu)勢。電力自動化系統(tǒng)只有與上述技術(shù)深度融合, 才能在配電網(wǎng)的運行管理中發(fā)揮其應有的作用, 才能適應社會發(fā)展的需求。

動態(tài)安全監(jiān)測對于配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行至關(guān)重要, 我國幅員遼闊, 電力設(shè)備分布廣、間距大, 利用傳統(tǒng)的技術(shù)手段, 依靠人力難以解決電力系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測問題, 在時效性上也存在嚴重的不足。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G、5G通訊技術(shù), 智能傳感設(shè)備, 可實現(xiàn)動態(tài)實時在線監(jiān)測。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能監(jiān)測傳感設(shè)備, 可以7*24小時不間斷地對監(jiān)測對象進行監(jiān)測, 并通過4G、5G實時傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)至系統(tǒng)平臺, 軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析處理, 發(fā)現(xiàn)狀態(tài)異常的設(shè)備及時進行報警提示, 并為大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 對物理上分散的設(shè)備進行邏輯上的集中管理。以油浸式變壓器為例, 采用智能監(jiān)測設(shè)備, 可對變壓器的各種運行狀況、運行環(huán)境進行監(jiān)測, 當變壓器溫度異常、油面過高或過低、發(fā)生異響時, 都會被監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測到, 并將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)较到y(tǒng)。相比于人工定期巡檢, 將極大地縮短設(shè)備故障的發(fā)現(xiàn)時間、響應處置時間, 為快速、準確地發(fā)現(xiàn)故障, 及時搶修提供了有力的保障。

從發(fā)電企業(yè)的電能生產(chǎn)到終端用戶的電能消費, 全過程中必然產(chǎn)生了大量的信息數(shù)據(jù), 這些數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)、運行管理數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備管理數(shù)據(jù)、電能消費數(shù)據(jù)等等, 這些數(shù)據(jù)依靠傳統(tǒng)的計算機數(shù)據(jù)處理方式, 難以采集、存儲、分析利用, 運用大數(shù)據(jù)、云計算就能很好地解決這個問題, 為配電網(wǎng)運行提供有力的信息支撐和科學依據(jù)。尤其是在配用電環(huán)節(jié), 需要對用戶的用電特征進行數(shù)據(jù)分析, 進而實現(xiàn)負荷預測、用電調(diào)度、有序用電等等。中國大部分地區(qū)四季分明, 用電情況也因季節(jié)、地域、當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展狀況而迥異, 對于配電網(wǎng)的運行狀況、用戶的用電特征、社會各類用戶對電能的需求, 要有準確的掌握, 才能合理分配電能使用, 發(fā)揮最佳經(jīng)濟效益。這就需要有持續(xù)的海量用戶用電數(shù)據(jù)做支撐, 進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘, 才能為配電網(wǎng)運行、調(diào)度, 合理分配電能提供科學、準確依據(jù)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展, 用戶的用電信息采集頻次也會越來越密, 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也遠遠超過當下, 大數(shù)據(jù)、云計算的運用是必然的趨勢。

電力系統(tǒng)中的人工智能包含:專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊集理論、搜索算法等^[3]。專家系統(tǒng)為報警信號處理、開關(guān)操作、電壓控制、故障診斷、恢復控制、運行規(guī)劃提供了知識庫, 能夠輔助, 人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有快速并行處理能力、較強的分類能力, 廣泛應用于電力系統(tǒng)的實時控制、檢測、診斷、負荷預測、狀態(tài)評估等諸多領(lǐng)域。搜索算法為配電網(wǎng)的建設(shè)、調(diào)度提供了最優(yōu)化的解決方案。隨著人工智能的深度學習技術(shù)的不斷發(fā)展, 人工智能在故障檢測、維修、調(diào)度等多個領(lǐng)域替代人工將逐漸成為現(xiàn)實。

經(jīng)過多年的發(fā)展, 電力自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應用得到了大力發(fā)展, 但是隨著社會的不斷發(fā)展, 以及我國是世界大國、體量巨大, 只有不斷地吸收新技術(shù), 并將新技術(shù)與電力自動化系統(tǒng)緊密融合, 才能更好地適應社會的高速發(fā)展。