【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；電力系統(tǒng)自動化；應(yīng)用

引言

智能電網(wǎng)是指利用先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)等實現(xiàn)電力系統(tǒng)管理，保障可靠、經(jīng)濟、環(huán)保、高效運行的現(xiàn)代化電網(wǎng)。和傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)具有更高的供電可靠性、更優(yōu)的電能質(zhì)量、更強的電網(wǎng)互動性和更高的能源利用效率等優(yōu)點。本文結(jié)合智能技術(shù)對智能電網(wǎng)自動化技術(shù)展開討論，分析了在智能化時代自動化電網(wǎng)的建設(shè)方式，探討了電網(wǎng)的建設(shè)方法。

一、電力系統(tǒng)自動化和智能電網(wǎng)概述

（一）電力系統(tǒng)自動化

電力系統(tǒng)自動化是使用自動化技術(shù)，對電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、傳輸、分配、使用等環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測、自動控制和最優(yōu)調(diào)度，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、高效運行的技術(shù)。電力系統(tǒng)自動化建設(shè)中，會開展包括變電站自動化、配電網(wǎng)自動化、調(diào)度自動化、繼電保護和安全自動裝置等方面的建設(shè)。通過使用自動化電網(wǎng)技術(shù)，電力企業(yè)能夠根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)進行電網(wǎng)控制，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)又稱智能電網(wǎng)系統(tǒng)，是集成了信息、通信和自動控制等多種先進技術(shù)的現(xiàn)代化電力網(wǎng)絡(luò)，具有自愈、互動、高效、兼容和安全等顯著特點。智能電網(wǎng)的核心優(yōu)勢是智能化程度，它能夠?qū)崿F(xiàn)電力流、信息流、業(yè)務(wù)流的有機融合，為客戶提供更加優(yōu)質(zhì)便捷的電力服務(wù)。和自動化控制技術(shù)相比，智能化控制技術(shù)對非線性問題的處理效果更好，能夠根據(jù)實際情況對電網(wǎng)的運行狀態(tài)和故障進行識別，以調(diào)節(jié)和優(yōu)化電網(wǎng)系統(tǒng)的運行。[1]

二、智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化的應(yīng)用方向

（一）發(fā)電智能化

發(fā)電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。在智能電網(wǎng)中，需要保證發(fā)電智能化控制，通過智能技術(shù)實現(xiàn)對發(fā)電過程的監(jiān)測、控制和優(yōu)化，以提高發(fā)電效率，降低運行成本和減少環(huán)境影響。在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和維護中，依托智能技術(shù)可以實時監(jiān)測和使用發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。具體而言，可以通過計算機學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)技術(shù)分析，預(yù)測設(shè)備的故障風(fēng)險，實現(xiàn)對設(shè)備的預(yù)測性維護，減少停機時間和維護成本。同時，使用智能技術(shù)還能對發(fā)電過程中的能源消耗進行監(jiān)控和優(yōu)化，從而進行進一步的能源管理，實現(xiàn)能源的高效利用，減少運行成本和環(huán)境影響。比如目前的風(fēng)力發(fā)電場會通過智能分析風(fēng)電機組的運行狀態(tài)，優(yōu)化風(fēng)機開合和轉(zhuǎn)速，提高風(fēng)能利用效率，減少能源浪費。[2]

（二）調(diào)度智能化

電力調(diào)度工作是電網(wǎng)智能化控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過智能技術(shù)，它不僅能實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、分析和調(diào)度，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、高效運行，還能實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的實時化。在電網(wǎng)調(diào)度中心，工作人員可以利用智能技術(shù)分析電網(wǎng)負荷預(yù)測數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)，實時監(jiān)測用戶用電行為，對需求響應(yīng)策略進行優(yōu)化并調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度計劃，從而提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和可靠性。隨著風(fēng)能、太陽能被大量使用，當(dāng)前出現(xiàn)了各種分布式能源，這大大增加了電網(wǎng)調(diào)度的壓力。為此，電力企業(yè)可以利用智能技術(shù)監(jiān)測太陽能光伏板和風(fēng)力發(fā)電機的運行狀態(tài)，并根據(jù)電網(wǎng)負荷需求，優(yōu)化分布式能源輸出功率，提高系統(tǒng)運行效率和穩(wěn)定性。

（三）用電智能化

用電智能化是智能電網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，它能夠通過智能技術(shù)實現(xiàn)對用戶用電行為的監(jiān)測、分析和優(yōu)化，以提高用電效率，降低用電成本和減少環(huán)境影響。例如，居民小區(qū)可以利用智能電表實時監(jiān)測每戶居民的用電數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)預(yù)測用電負荷變化趨勢，從而優(yōu)化用電調(diào)度，提高供電可靠性。智能化系統(tǒng)還能對用戶用電過程中的能效進行分析和評估，為用戶提供能效改進建議，幫助用戶降低用電成本和環(huán)境影響。特別是在工業(yè)生產(chǎn)中，智能系統(tǒng)可以利用智能技術(shù)監(jiān)測生產(chǎn)線上的用電設(shè)備運行狀態(tài)，利用實時控制技術(shù)優(yōu)化設(shè)備運行參數(shù)，提高設(shè)備運行效率和穩(wěn)定性。[3]

三、智能電網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化技術(shù)中的應(yīng)用

（一）模糊技術(shù)

模糊技術(shù)是一種處理不確定性和模糊性的數(shù)學(xué)方法，核心思想是將模糊的定性描述轉(zhuǎn)化為精確的定量計算，并通過模糊規(guī)則和模糊推理，實現(xiàn)對復(fù)雜系統(tǒng)的控制和優(yōu)化。目前的智能電網(wǎng)中，該技術(shù)應(yīng)用廣泛，不僅可以解決出路復(fù)雜的電網(wǎng)運行問題，還可以通過簡化計算提高控制效率，保證控制效果。

1.負荷預(yù)測

負荷預(yù)測是電力系統(tǒng)自動化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通常來說，利用模糊技術(shù)進行負荷預(yù)測時，會通過分析歷史負荷數(shù)據(jù)和周圍環(huán)境條件，利用模糊邏輯建立負荷預(yù)測模型，實現(xiàn)對未來負荷的預(yù)測。模糊技術(shù)能夠預(yù)測未來一段時間內(nèi)的負荷需求，并針對負荷數(shù)據(jù)中的不確定性提高預(yù)測的準(zhǔn)確性，從而為電網(wǎng)調(diào)度提供決策支持。在進行預(yù)測時，模糊技術(shù)會利用模糊規(guī)則和輸入變量（如溫度、濕度、日期等）的隸屬度，經(jīng)過數(shù)據(jù)迭代過程獲得相對更為準(zhǔn)確的模型，計算出負荷的預(yù)測值。

2.故障診斷

故障診斷工作中，模糊技術(shù)會提取設(shè)備運行過程中的特征參數(shù)，利用模糊推理建立故障診斷模型，實現(xiàn)對設(shè)備故障的快速識別和定位。具體來說，智能電網(wǎng)可以對采集設(shè)備的運行過程進行實時監(jiān)測以分析設(shè)備運行過程中的特征參數(shù)與故障之間的模糊關(guān)系，并通過數(shù)據(jù)挖掘和模糊邏輯建立一組模糊規(guī)則來確定設(shè)備出現(xiàn)故障后的數(shù)據(jù)范圍，以此對設(shè)備運行狀態(tài)進行判斷，并確定設(shè)備是否存在故障。

3.實時化調(diào)度

使用模糊技術(shù)可以進行電網(wǎng)的實時化調(diào)度，具體而言，可以針對電網(wǎng)中不同發(fā)電機組的經(jīng)濟運行區(qū)間、負荷需求的波動等不確定問題進行分析，制定出更加靈活和適應(yīng)性更強的調(diào)度策略。調(diào)度過程可以進行綜合成本優(yōu)化，通過利用模糊邏輯，分析發(fā)電成本、運行成本、燃料價格等方面，更好地建立經(jīng)濟調(diào)度模型，實現(xiàn)成本的最優(yōu)化。不僅如此，模糊技術(shù)還能結(jié)合電網(wǎng)的需求，在滿足經(jīng)濟成本控制要求的同時，提高電網(wǎng)的服務(wù)水平。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一種模擬人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的人工智能技術(shù)，能夠利用大量簡單的神經(jīng)元之間的相互作用來實現(xiàn)復(fù)雜的計算和決策。在智能電網(wǎng)建設(shè)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)電網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)，建立控制模型，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。

1.發(fā)電機組控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于預(yù)測發(fā)電機組的輸出功率，并根據(jù)電網(wǎng)負荷需求實時調(diào)整發(fā)電機組的工作狀態(tài)。通過監(jiān)測發(fā)動機的溫度、振動、壓力、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以得到優(yōu)化訓(xùn)練，從而可以控制發(fā)電機組的啟停、負荷分配、頻率和電壓調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)實時化控制。[4]

2.分布式能源控制

分布式電源通常安裝在如住宅、商業(yè)建筑、工業(yè)設(shè)施等各個電網(wǎng)節(jié)點上。這些位置相對分散，不易集中管理，且與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電廠相比，發(fā)電能力通常較小，產(chǎn)生的電力有限。目前，已經(jīng)發(fā)展出的很多種分布式電源都可以采用多種能源形式，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等有其獨特特性的能源。但由于地理位置和能源形式的多樣性，分布式電源的運行可能不夠穩(wěn)定，為此，需要有效的控制策略來提高其運行的穩(wěn)定性。

使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以分析分布式電源的運行狀態(tài)，學(xué)習(xí)歷史運行數(shù)據(jù)，建立分布式電源的控制模型，并結(jié)合電網(wǎng)的控制需求確定包括分布式電源的啟停控制、負荷分配、頻率和電壓調(diào)節(jié)等控制策略，并對分布式電源的控制策略進行實時調(diào)整，提高分布式電源的運行效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性；同時，還能建立功能全面的能源管理系統(tǒng)，并通過實時監(jiān)測和分析分布式電源的運行數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)的負荷需求和能源市場的價格波動，優(yōu)化能源的分配和利用，發(fā)揮分布式電源的作用。

（三）線性優(yōu)化技術(shù)

線性優(yōu)化技術(shù)是一種基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，旨在在給定的約束條件下，找到最優(yōu)解或近似最優(yōu)解，以解決大規(guī)模、非線性的優(yōu)化問題。為了提高求解效率，工作人員可以采用啟發(fā)式算法、并行計算等技術(shù)，提高控制效果，并將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)的資源配置、電網(wǎng)調(diào)度、需求響應(yīng)等方面。在電網(wǎng)調(diào)度中，企業(yè)可以建立電網(wǎng)調(diào)度模型，并根據(jù)實際情況確定約束條件、優(yōu)化發(fā)電計劃、調(diào)整負荷分配和提高線路傳輸能力，最終實現(xiàn)電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和高效性。針對分布式能源和儲能系統(tǒng)，線性優(yōu)化技術(shù)可以用于優(yōu)化電源和負荷的配置，實現(xiàn)資源的最優(yōu)利用，降低系統(tǒng)運行成本。

（四）智能化實時控制

智能化實時控制是指利用先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、分析、預(yù)測和控制；通過實時監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，可以利用人工智能技術(shù)分析異常信號，實現(xiàn)對故障的快速檢測和定位，以提高故障處理的效率。為了實現(xiàn)智能化實時控制，電力企業(yè)需要使用高速通信網(wǎng)絡(luò)、分布式計算等技術(shù)來保證系統(tǒng)的運行效果，同時需要建立專門的控制系統(tǒng)，滿足日常應(yīng)用的需求。[5]

四、智能電網(wǎng)技術(shù)在電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用注意事項

（一）保證系統(tǒng)通信

智能電網(wǎng)技術(shù)依賴于高效的通信系統(tǒng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享，因此，在應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)時，首先要確保系統(tǒng)的通信質(zhì)量。為此，電力企業(yè)需要選擇合適的通信技術(shù)，構(gòu)建穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)和采取安全的通信措施。系統(tǒng)一般使用無線公網(wǎng)或者以太網(wǎng)進行傳感器和主站之間的遠程通信，以保證數(shù)據(jù)傳輸通道的穩(wěn)定性；對于具備光纖建設(shè)條件的地區(qū)，可以使用光纖通訊網(wǎng)絡(luò)遠程控制系統(tǒng)的功能和配電開關(guān)；針對工業(yè)園區(qū)進行建設(shè)時，需要保證系統(tǒng)支持“電力104協(xié)議”、MQTT等有關(guān)協(xié)議，確保采集數(shù)據(jù)的讀數(shù)和傳感器設(shè)備的讀數(shù)保持一致。生產(chǎn)控制區(qū)和管理區(qū)之間必須設(shè)置國家指定認證的電力專用橫向安全隔離裝置。

（二）建立智能化系統(tǒng)

為了進行遠程控制和實時化控制，企業(yè)需要專門進行智能化系統(tǒng)設(shè)計，以實現(xiàn)對各種場景的遠程監(jiān)測，提供數(shù)據(jù)的可視化顯示，滿足規(guī)劃建設(shè)、運維管理等工作的需求，為電力系統(tǒng)控制提供有力的技術(shù)支撐。

為此，企業(yè)在構(gòu)建系統(tǒng)時，要根據(jù)用電單位不同設(shè)備的狀況和自動化水平進行差異化的智能化改造，建立滿足資產(chǎn)管理要求、能統(tǒng)一運行維護管理的服務(wù)平臺，確保對電力系統(tǒng)安全隱患的全面感知。為此，企業(yè)需要給設(shè)備增加智能化裝置，或者對原有的自動化設(shè)備、具有接口的設(shè)備增加智能化模塊，滿足智能控制需求。智能化監(jiān)控系統(tǒng)一般包括采集層、通信層和應(yīng)用層，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（三）合理使用電能計量裝置

電能計量裝置是電力自動化系統(tǒng)中的重要組成部分，能夠用于測量和計量電能的使用情況。企業(yè)在應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)時，不僅需要選擇合適的電能計量裝置，實現(xiàn)電能計量裝置的遠程讀取，利用電能計量數(shù)據(jù)進行能源分析；還需要合理使用電能計量裝置，以提高電能管理的效率和準(zhǔn)確性。為了保證增計量裝置與系統(tǒng)中的其他設(shè)備順利通信，企業(yè)要選擇支持所需通信協(xié)議和接口的電能計量裝置，以確保數(shù)據(jù)的有效傳輸和系統(tǒng)之間的互操作性；為了降低和控制維護成本，要在選擇過程中考慮維護控制的需求和計量設(shè)備維護工作的簡便性，選擇高性價比的計量設(shè)備；同時，可以通過遠程方式進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)計量設(shè)備的異常，以便盡快開展控制工作。[6]

（四）加強繼電保護

繼電保護是電力自動化系統(tǒng)的重要組成部分，用于檢測電網(wǎng)故障并采取措施防止故障擴大。應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)時，需要加強繼電保護以提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。為此，企業(yè)可以采用具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)能力的繼電保護設(shè)備，使其根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)實時調(diào)整保護參數(shù)。這些設(shè)備能夠更準(zhǔn)確地檢測故障，采取措施，從而減少故障對電網(wǎng)的影響；并且，需要利用智能電網(wǎng)技術(shù)，建立故障模擬與測試平臺，通過模擬各種故障情況，對繼電保護設(shè)備進行測試和驗證，確保其在實際故障情況下的可靠性和準(zhǔn)確性；同時，還需要將繼電保護與電網(wǎng)控制系統(tǒng)集成，以實現(xiàn)對電網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，提高電網(wǎng)的整體性能，同時減少故障的發(fā)生。具體的繼電保護配置及方法見表1所示。

結(jié)語

企業(yè)使用智能電網(wǎng)時，做好對智能電力系統(tǒng)的建設(shè)，能夠提高系統(tǒng)性能。合理使用各種設(shè)備配置，優(yōu)化管理體系，能夠保證系統(tǒng)的運行效果，從而滿足智能電網(wǎng)應(yīng)用的需求，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。