电气自动化在智能电网建设中的关键技术研究

引言

随着我国能源结构转型与电力系统升级的深入推进，智能电网建设已成为实现"双碳"目标的重要支撑。电气自动化技术作为智能电网的核心组成部分，正在经历从传统控制向智能化、数字化方向的跨越式发展。当前，我国电网规模持续扩大，新能源并网比例快速提升，对电网运行的灵活性、可靠性和经济性提出了更高要求。在此背景下，研究电气自动化技术在智能电网建设中的关键应用，对于提升电网智能化水平、保障能源安全、促进节能减排具有重要的现实意义。本文重点探讨电气自动化技术在智能电网中的创新应用与发展趋势，以期为我国新型电力系统建设提供技术参考。

一、智能电网体系架构与自动化需求

（一）智能电网的典型特征

智能电网作为现代电力系统的演进方向，具备自愈性、互动性、高可靠性和绿色高效等典型特征。自愈性指电网能够实时监测运行状态，快速隔离故障并自动恢复供电，减少停电影响；互动性体现在支持“源-网-荷-储”协同运行，实现供需动态平衡，促进用户侧需求响应。此外，智能电网具备高比例可再生能源接纳能力，支持分布式光伏、风电等清洁能源的灵活并网，并通过高级计量与通信技术实现电能的双向流动与精细化管理。同时，智能电网依托大数据、人工智能等技术，提升电网的预测、优化和决策能力，推动电力系统向数字化、智能化方向发展。

（二）电气自动化的核心功能定位

电气自动化在智能电网中的核心功能主要包括实时监控、智能调控、故障诊断与优化运行。实时监控依托 SCADA（数据采集与监控系统）、PMU（同步相量测量单元）等技术，实现电网运行状态的全面感知；智能调控通过自动发电控制（AGC）、动态电压调节（AVR）等策略，维持电网频率和电压稳定，提升电能质量。故障诊断方面，自动化系统结合继电保护、广域监测（WAMS）等技术，快速定位并隔离故障，提高供电可靠性。此外，电气自动化还支撑电网的经济调度与能效优化，如通过最优潮流计算（OPF）降低网损，利用需求侧管理（DSM）平衡负荷，最终实现安全、经济、低碳的电网运行目标。

（三）关键技术需求分析

智能电网对电气自动化技术的关键需求可归纳为信息物理融合、多时间尺度控制、高安全性及标准化。信息物理融合要求自动化系统实现电力设备与信息系统的深度交互，确保数据采集、传输和处理的实时性与准确性。多时间尺度控制涵盖毫秒级（如继电保护）、秒级（如 AGC）、分钟级（如经济调度）等不同时间维度的协调优化，以适应电网动态运行需求。高安全性涉及网络安全（如抵御黑客攻击）和物理安全（如设备可靠性），需结合加密通信、入侵检测等技术保障系统稳定。

二、电气自动化关键技术研究

（一）高级量测体系（AMI）技术

高级量测体系（AMI）是智能电网的核心数据支撑技术，由智能电表、通信网络和计量数据管理系统（MDMS）构成。智能电表具备双向计量功能，可实时采集用户用电数据，并支持远程控制与动态电价响应。通信网络采用光纤、PLC（电力线载波）或无线（如 LoRa、5G）技术，确保数据低时延、高可靠传输。MDMS 则对海量用电数据进行存储、分析和可视化，为需求侧管理（DSM）、负荷预测和反窃电提供依据。AMI 技术不仅提升了计量精度和自动化水平，还支持用户参与需求响应，优化电网运行效率，是构建智能用电生态的关键基础。

（二）广域监测与控制系统

广域监测与控制系统（WAMS/WACS）依托同步相量测量单元（PMU）和高速通信网络，实现电网动态行为的全域实时监控。PMU 以毫秒级精度采集电压、相位和频率等同步相量数据，通过 WAMS 系统分析电网稳定性，识别低频振荡、功角失稳等潜在风险。广域控制系统（WACS）则基于实时数据，动态调整发电机出力、FACTS 设备参数等，抑制连锁故障，提升电网抗扰动能力。

（三）分布式能源协调控制

随着分布式光伏、风电及储能的大规模接入，电网需解决“源-荷”双向波动问题。分布式能源协调控制技术通过微电网能量管理系统（EMS）和虚拟电厂（VPP）平台，实现多类型资源的聚合优化。微电网 EMS 采用下垂控制、主从控制等策略，平抑分布式电源出力波动，确保离网/并网模式无缝切换；VPP 则通过区块链、人工智能等技术，聚合海量分布式资源参与电力市场交易和辅助服务。

三、新一代技术融合应用

（一）人工智能技术应用

人工智能（AI）在智能电网中的应用正深刻改变传统电力系统的运行模式。在负荷预测领域，基于LSTM、Transformer 等深度学习算法的短期和超短期预测模型，可显著提升新能源出力与用电需求的预测精度，误差率降低至 5 % 以下。在故障诊断方面，卷积神经网络（CNN）结合广域测量数据，能够实现故障类型的智能识别与定位，准确率达 90 % 以上。

（二）数字孪生技术集成

数字孪生技术通过构建电网物理实体的高保真虚拟映射，实现了全生命周期的仿真与优化。基于 B I M + G I S 的三维建模技术可精确还原变电站、输电线路等设备的空间结构与电气参数，支撑规划设计的可视化验证。在运行阶段，数字孪生平台结合实时SCADA、PMU 数据，通过多物理场仿真预测设备老化、热稳定等问题，提前预警潜在风险。

（三）5G 通信技术支撑

5G 技术凭借其低时延（1ms 级）、高可靠（ 9 9 . 9 9 9 % ）和大连接（百万级终端 ）特性，为智能电网提供了革命性的通信解决方案。在配电网自动化场景中，5GuRLLC（超可靠低时延通信）支撑差动保护业务，将故障隔离时间压缩至 10ms 以内，远超传统光纤方案的性能。在用电信息采集方面，5GmMTC（海量机器类通信）可同时接入智能电表、充电桩等海量设备，数据采集周期从分钟级提升至秒级。

结论

电气自动化技术作为智能电网建设的核心驱动力，通过高级量测体系、广域监测控制、分布式能源协调等关键技术，显著提升了电网的智能化水平和运行效率。新一代人工智能、数字孪生和5G 通信技术的融合应用，进一步推动了智能电网向自主决策、虚实交互的方向发展，实现了更精准的负荷预测、更快速的故障自愈和更高效的能源管理。未来，随着碳中和目标的推进和能源结构的转型，电气自动化技术将在高比例可再生能源接入、多能互补协同优化等方面面临新的挑战，需持续深化技术创新与跨领域融合，以构建更安全、低碳、弹性的新型电力系统，为全球能源可持续发展提供关键技术支撑。

参考文献：

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