电力系统主网调度与配网运行自动化技术分析

引言

电力系统的主网与配网分别在系统中扮演不同角色，二者的区别主要在于电压等级、覆盖范围、工作内容的不同。主网负责连接发电厂与各区域的变电站，电压等级更高，覆盖范围较广。配网负责连接各区域变电站与终端用户，电压等级较低，主要覆盖范围集中在城市和乡村。在电能从发电厂运往终端用户的过程中，受多种因素影响，能源发生损耗，导致电力系统运行效率和供电可靠性降低。合理运用自动化技术，能有效提高电力系统供电质量，增强供电可靠性与电网经济效益。

1 电力调度流程中的常见问题

电力系统的安全稳定运行离不开高效可靠的调度控制。然而，随着电网规模日益扩大和新能源大规模接入，电力调度流程面临诸多技术挑战。首先，输电线路潮流日趋复杂，电力潮流呈现出强烈的非线性和多时间尺度动态特性。现有的潮流计算和优化控制方法大多基于静态模型和线性化假设，难以充分考虑电力系统的动态非线性特性，导致输电线路潮流控制困难。其次，风电、光伏等新能源出力的间歇性和波动性给调度计划的精准执行带来挑战。相关研究表明，短时风电功率预测误差可达 30% 以上，日前计划执行偏差更是高达 40‰ 。当前的调度计划系统普遍采用静态优化和开环控制方式，缺乏实时动态优化能力，无法快速响应新能源出力变化。再者，调度自动化系统采集的海量遥测数据质量参差不齐，给实时调度决策带来困扰。以省级调度系统为例，遥测数据点数量动辄十万级以上，因通信中断、器件异常等原因导致的无效数据比例可达 5% 以上。常用的数据校验方法，如定值越限判断、趋势分析等，往往滞后数分钟甚至数小时，时效性不足。

2 电力系统主网调度自动化技术

2.1 数据采集

电力系统主网在电力系统中的作用是监测负荷变化、维持供需平衡、保障电压稳定，确保电力系统正常、稳定运行，为用户提供可靠的用电服务。电力系统运行期间，电力负荷时刻处于高度动态变化阶段，传输线路故障、电源接入退出、外界天气变化等都会使电力负荷数据出现一定变化。将同步相量测量装置、传感器、远程终端单元等采集装置安装在电力系统主网的各个关键节点上，能实时监测电力负荷，采集数据，更好地保证电力系统协调运转。例如，通过温度传感器监测电力设备运转温度是否超过正常标准，通过电压传感器监测电网中交流、直流电压变化情况，通过电流传感器监测输入与输出电流变化情况。这些传感器将采集到的数据实时发送到远程终端单元（RTU）中，为后续发布调度指令提供决策支撑。RTU 分析相关数据，将电力系统运行数据转化为可分析与决策的数学模型，准确提取不符合常理的异常数据，完成数据清洗、数据插补、数据归一化等工作，确保数据的适用性，为电力系统主网调度提供基础支持。

2.2 数据处理预测

数据处理预测包括设计数据预处理、数据集划分、逻辑回归、超参数调整等多个步骤，目的是从原始数据中筛选出与电力系统主网调度有关的特征因子，进而准确预测电力系统未来发展情况，判断未来电力需求。各采集装置所收集的数据通常并不纯粹，由于设备异常、技术故障、人为疏忽等原因，数据出现噪声、数值异常缺失、数据重复等问题。因此，在数据处理环节，应借助特征提取、数据插补等功能，使数据曲线变得平滑，确保数据完整，为预测阶段提供精准支撑。在预测环节，借助时间序列分析、深度学习、人工神经网络等技术，分析历史数据中的周期性变化特征，预测时间序列的变化趋势，进而更好地确定电力需求的拐点和饱和点。

2.3 仿真模拟

仿真模拟能优化电力系统主网调度的合理性，通过模拟、分析主网调度行为的潜在规律，确保电力系统主网在不同策略下均能取得较好的调度表现。仿真模拟结果的可靠性受电力系统主网特征、节点数量、线路运行、发电机参数等多种因素影响，前期收集的数据越丰富，所建立的仿真模拟模型越精准。仿真模拟模型建成后，需要调整时间步长，步长越小，模型精准性越高，计算越复杂，技术开销越大。最后，借助调度算法，如遗传算法，模拟外界不同运行情景，为电力系统主网调度优化工作提供参考依据。

3 电力系统配网运行自动化技术

3.1 远程监控和数据分析

配网自动化技术是一种采用在线监控的方法，对供电变压器的温度、高压侧及低压侧的电压/电流、功率因数等进行实时检测。将所得到的参数通过数据采集系统的硬软件实时传送至云通信服务，然后由应用服务器将其以图表的方式显示在远程监控平台上。工作人员可以通过手机、计算机、平板等多种信息终端，实时了解电力系统的运行状况及相关参数，从而对电网进行远程监测。同时，该系统还支持对各种 PLC 装置进行连接，能够对电机、阀门、充电站、断电报警器等进行远程监测与控制，从而达到联动控制的目的。此外，还能为用户提供继电保护的操作记录、故障波形等相关信息。对故障进行了分析，确定了故障的种类，并提出了相应的对策。

3.2 设备监测与控制

在设备监控中，采用传感器、在线监测装置等手段对电力系统中的各种设备进行实时监测。并将所采集的数据通过数据传送系统传送至监测中心。在监测中心，员工可随时了解设备的工作情况，并对其进行健康评价。利用数据挖掘与分析技术，对设备存在的隐患与问题进行检测，并对其进行预警与处理，防止其进一步恶化。为进一步提高供电可靠性，可在重要用户的配电网络上加装配电自动化终端，实现对其电流、电压、功率的实时监控，一旦出现过负荷或故障，就可以启动自动投切方案，从而进一步提升供电可靠性。配电网也可以与天气信息系统相结合，通过遥控方式向线路开关和防雷设备发出遥控命令，防止雷电事故的发生。通过对配电自动化技术的研究，可以全面地了解配电网设备的运行状况，保证配电网的安全、高效运行。

3.3 馈线自动化（FA）

馈线自动化属于配网自动化的关键功能，主要用来实现配电网故障的快速定位、隔离以及非故障区域的恢复供电，当馈线出现故障的时候，FA系统能够通过检测电流、电压等参数的变化，自动判断出故障发生的具体位置，并且控制开关设备将故障区段进行隔离，同时恢复非故障区段的正常供电，这样能极大缩短停电所持续的时间。

结束语

自动化技术提高电力系统的能源利用率，用最小的能源消耗，获取了最大的生产效益。借助自动化技术，分析历史数据与实时检测数据，能提前预测可能发生故障的设备、快速定位故障位置，防止电力系统大面积瘫痪，避免给人们的工作、生活带来不便，最终促进我国电力系统稳定发展。

参考文献

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