電力自動(dòng)化系統(tǒng)管理和應(yīng)用

電力自動(dòng)化系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、微機(jī)繼電保護(hù)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(cè)、控制、管理, 確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行及最優(yōu)化的電力負(fù)荷管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。電力自動(dòng)化系統(tǒng)是電力行業(yè)當(dāng)今的發(fā)展方向, 電力自動(dòng)化系統(tǒng)廣泛地運(yùn)用于電力生產(chǎn)、傳輸、管理, 以實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到用戶的全過(guò)程的自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)管理。

隨著國(guó)家實(shí)施城鎮(zhèn)化建設(shè)的推行, 城市發(fā)展的規(guī)模越來(lái)越大, 人口和各類產(chǎn)業(yè)的分布越來(lái)越密集, 導(dǎo)致對(duì)能源的需求迅速攀升, 能源的消耗越來(lái)越大。尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)改造、新興產(chǎn)業(yè)的不斷涌現(xiàn), 居民家用電器的普及, 導(dǎo)致國(guó)家、社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高, 對(duì)清潔能源的需求越來(lái)越大。隨著清潔能源應(yīng)用的推廣, 上述因素使得社會(huì)對(duì)電力能源的依賴度也越來(lái)越高。承載電能傳輸?shù)呐潆娋W(wǎng)運(yùn)行, 與人民的生活、社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān), 因此配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、高效性、安全性和故障排除的準(zhǔn)確性、及時(shí)性, 顯得尤為重要。電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、出現(xiàn)故障, 都有可能造成大面積的癱瘓, 嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、居民生活等各個(gè)方面, 帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。以西安6·18西安變電站爆炸事故為例, 造成8.6萬(wàn)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(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)用, 顯得尤為重要。隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn), 城市能源消耗集中、用戶密集, 農(nóng)村地域廣袤、站點(diǎn)分散, 傳統(tǒng)技術(shù)手段難以為繼, 運(yùn)用電力自動(dòng)化系統(tǒng)以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求, 是每一個(gè)地區(qū)、每一個(gè)企業(yè)的必然需求。

電力自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運(yùn)行管理中的應(yīng)用, 可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量信息的進(jìn)行實(shí)時(shí)處理, 這包括對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行、電能分配、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、供電質(zhì)量等相關(guān)信息的采集———傳輸———存儲(chǔ)———處理的全過(guò)程。配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)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(jìn)行處理, 不能及時(shí)有效地處理這些信息, 不僅效率低, 而且還會(huì)因人為因素導(dǎo)致錯(cuò)誤率較高。在配電網(wǎng)中運(yùn)用電力自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行管理信息, 可以有效地提高對(duì)各類信息數(shù)據(jù)處理的效率, 避免人為因素的錯(cuò)誤, 為配電網(wǎng)運(yùn)行管理提供可靠的信息支撐, 使配電網(wǎng)的運(yùn)行更加合理、科學(xué)。

電力企業(yè)配電網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。為了提高該系統(tǒng)的效能, 必須不斷改進(jìn)配電系統(tǒng)的管理技術(shù)以適應(yīng)社會(huì)需求。高度融合了信息技術(shù)的電力自動(dòng)化系統(tǒng)為配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供了有力支撐。提高了配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行管理的水平和效率。電力自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運(yùn)行管理中的應(yīng)用, 可促使系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行、管理有很多工作在戶外, 環(huán)境因素極易對(duì)配電網(wǎng)的的穩(wěn)定運(yùn)行造成干擾, 甚至帶來(lái)嚴(yán)重的影響。電力自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行管理全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理出現(xiàn)的各類問(wèn)題, 問(wèn)題報(bào)告給相應(yīng)的業(yè)務(wù)部門, 以提高配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行管理的安全性、可靠性和處理問(wèn)題的及時(shí)性。

電力企業(yè)配電網(wǎng)運(yùn)行管理安全風(fēng)險(xiǎn)大, 直接影響人民生活、社會(huì)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(xiàng)重要工作。配電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)者除要牢固樹(shù)立安全管理意識(shí)外, 依靠電力自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運(yùn)行和管理中的應(yīng)用, 可以加強(qiáng)配電網(wǎng)安全的規(guī)范管理, 提高風(fēng)險(xiǎn)防范能力, 尤其是減少人為因素導(dǎo)致的差錯(cuò)。首先, 在配電網(wǎng)的運(yùn)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(dòng)化為配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理提出嚴(yán)格遵標(biāo)準(zhǔn)和要求, 全面落實(shí)配電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的各項(xiàng)要求。其次, 在電力企業(yè)配電網(wǎng)運(yùn)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(dòng)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(yùn)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(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)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(dòng)化系統(tǒng)對(duì)各類故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地偵測(cè), 及時(shí)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(shí)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(huì)造成企業(yè)停產(chǎn)、居民停電、各單位大部分業(yè)務(wù)無(wú)法順利開(kāi)展, 社會(huì)影響極大。利用電力自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行管理, 可以縮短故障發(fā)生時(shí)的響應(yīng)時(shí)間, 縮短配電網(wǎng)的故障檢測(cè)時(shí)間, 提升故障搶修速度, 在故障發(fā)生后及時(shí)恢復(fù)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(guó)電力行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示, 2016年至2018年底, 全國(guó)全社會(huì)用電量已達(dá)從59198億千瓦時(shí)增長(zhǎng)到到了68449億千瓦時(shí)。預(yù)計(jì)2019年我國(guó)全社會(huì)用電量將突破70000億千瓦時(shí), 達(dá)到72, 104億千瓦時(shí), 未來(lái)五年 (2019-2023) 年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為6.08%, 并預(yù)測(cè)至2023年全國(guó)全社會(huì)用電量將達(dá)到91308億千瓦時(shí)。

當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、大數(shù)據(jù)時(shí)代、云計(jì)算時(shí)代, AI人工智能也隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了高速發(fā)展期。如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、自動(dòng)報(bào)警、控制、診斷和維護(hù), 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“管理、控制、營(yíng)運(yùn)”一體化^[2]。再如Alpha Go先后戰(zhàn)勝了世界國(guó)際象棋大師和世界圍棋冠軍, 顯示出超常的計(jì)算能力和智能。這些新的技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù), 都體現(xiàn)了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。電力自動(dòng)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(yùn)行管理中發(fā)揮其應(yīng)有的作用, 才能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。

動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)對(duì)于配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要, 我國(guó)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)問(wèn)題, 在時(shí)效性上也存在嚴(yán)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備, 可以7*24小時(shí)不間斷地對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè), 并通過(guò)4G、5G實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至系統(tǒng)平臺(tái), 軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理, 發(fā)現(xiàn)狀態(tài)異常的設(shè)備及時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示, 并為大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 對(duì)物理上分散的設(shè)備進(jìn)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(cè)設(shè)備, 可對(duì)變壓器的各種運(yùn)行狀況、運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè), 當(dāng)變壓器溫度異常、油面過(guò)高或過(guò)低、發(fā)生異響時(shí), 都會(huì)被監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到, 并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(shí)間、響應(yīng)處置時(shí)間, 為快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障, 及時(shí)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(fèi), 全過(guò)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(yùn)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(fèi)數(shù)據(jù)等等, 這些數(shù)據(jù)依靠傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方式, 難以采集、存儲(chǔ)、分析利用, 運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題, 為配電網(wǎng)運(yùn)行提供有力的信息支撐和科學(xué)依據(jù)。尤其是在配用電環(huán)節(jié), 需要對(duì)用戶的用電特征進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、用電調(diào)度、有序用電等等。中國(guó)大部分地區(qū)四季分明, 用電情況也因季節(jié)、地域、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r而迥異, 對(duì)于配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況、用戶的用電特征、社會(huì)各類用戶對(duì)電能的需求, 要有準(zhǔn)確的掌握, 才能合理分配電能使用, 發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘, 才能為配電網(wǎng)運(yùn)行、調(diào)度, 合理分配電能提供科學(xué)、準(zhǔn)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(huì)越來(lái)越密, 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)下, 大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的運(yùn)用是必然的趨勢(shì)。

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(luò)、模糊集理論、搜索算法等^[3]。專家系統(tǒng)為報(bào)警信號(hào)處理、開(kāi)關(guān)操作、電壓控制、故障診斷、恢復(fù)控制、運(yùn)行規(guī)劃提供了知識(shí)庫(kù), 能夠輔助, 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有快速并行處理能力、較強(qiáng)的分類能力, 廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制、檢測(cè)、診斷、負(fù)荷預(yù)測(cè)、狀態(tài)評(píng)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(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展, 人工智能在故障檢測(cè)、維修、調(diào)度等多個(gè)領(lǐng)域替代人工將逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展, 電力自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用得到了大力發(fā)展, 但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展, 以及我國(guó)是世界大國(guó)、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(dòng)化系統(tǒng)緊密融合, 才能更好地適應(yīng)社會(huì)的高速發(fā)展。