电力系统中电气工程及自动化技术的应用研究

引言

随着工业生产规模的持续扩张、居民生活品质的不断提升，人们对电力供应的稳定性、可靠性和高效性提出了更高的要求。电气工程及自动化技术作为电力领域的核心技术，在电力系统中发挥着至关重要的作用。它不仅能够实现对电力系统各环节的精准监测与控制，还能有效提升电力系统的运行效率、降低能源损耗。从发电环节的高效能源转换，到输电环节的长距离稳定传输，再到配电环节的合理分配与管理，电气工程及自动化技术的身影无处不在。

1 电力自动化技术概述

电力自动化技术是融合电子技术、计算机技术、通信技术、控制理论等多学科知识，对电力系统的发电、输电、变电、配电、用电等环节进行自动监测、控制、调节和管理的一系列技术手段。电力自动化技术通过在电力系统中部署各类传感器、智能设备以及自动化控制系统，从而实现对电力系统运行状态的实时感知、数据采集与分析，进而依据预设规则和算法，自动做出决策并执行相应操作，以保障电力系统的安全、稳定、高效运行。在发电环节，电力自动化技术可实现对发电机组的自动启停、负荷调节、故障诊断与保护等功能，提高发电效率与可靠性。在输电环节，借助自动化技术能实时监测线路的运行参数，如电压、电流、温度等，及时发现线路故障隐患并采取措施，同时实现输电线路的自动调压、调相，保障电能质量。在变电环节中，自动化技术用于变电站设备的监控、操作、保护等，实现变电站的无人或少人值守，提高变电站的运行管理水平。在配电环节，通过自动化技术可实现配电网的故障定位、隔离与恢复供电，优化配电网的运行方式，提高供电可靠性。用电环节则可借助自动化技术实现用户用电信息的采集、分析与管理，为需求侧管理、阶梯电价等政策实施提供技术支持，同时也能帮助用户合理用电、节约能源。电力自动化技术通常涵盖自动化监控系统、自动化调度系统、自动化保护系统、自动化计量系统等多个子系统。自动化监控系统负责对电力设备的运行状态、电力系统的运行参数等进行实时监测与显示。自动化调度系统依据电力系统的运行状况和负荷需求，合理分配电力资源，实现电力系统的经济运行，自动化保护系统在电力系统发生故障时，能迅速、准确地切除故障设备或线路，防止故障扩大，保障电力系统的安全，自动化计量系统则用于准确计量用户的用电量，为电费结算提供依据。随着信息技术的飞速发展，电力自动化技术不断融入新的元素，如物联网、大数据、云计算、人工智能等。物联网技术使得电力设备之间能够实现互联互通，实现更广泛的数据采集与共享，大数据技术可对海量的电力系统运行数据进行分析挖掘，为电力系统的运行决策提供更科学的依据，云计算技术为电力自动化系统提供了强大的计算和存储能力，支持大规模数据处理和复杂算法的运行，人工智能技术则可应用于电力系统的故障诊断、预测性维护、智能调度等领域，提高电力系统的智能化水平。

2 电力系统中电气工程及自动化技术的应用

2.1 变电站自动化

在电力系统中，变电站发挥重要作用，能调节电流与电压，负责电能接收与电能分配。变电站的安全稳定运行是电力系统安全稳定的关键，因此变电站的管理至关重要。电气工程自动化技术在变电站中的应用可以实现对变电站运行、控制以及监测的智能化管理。应用电气工程自动化技术构建变电站自动化系统，借助该系统对变电站设备运行状态参数、电压、电流以及功率因素等进行实时监测，及时发现设备异常，为运维人员提供全面、可靠的数据信息，帮助运维人员作出科学决策，及时排除设备故障。此外，系统还融合了远程通信技术，运维人员可通过系统对设备进行远程控制。针对接地故障、短路以及过载等问题，变电站自动化系统不仅能自动检测，而且能结合故障类型自动作出保护动作，将故障造成的损失降到最低，更好地保障电力系统运行安全。故障处理过程存在一定安全风险，会给运维人员带来一定安全威胁。应用电气工程自动化技术实现了故障的远程维修，运维人员无需现场操作便可高效处理设备故障，能在及时排除故障的同时更好地保障运维人员的安全。此外，故障的远程维修还有助于提升故障处理效率，减少故障处理的时间成本。此外，变电站自动化系统能自动采集和储存设备运行数据，并通过数据分析帮助运维人员了解设备运行状况、设备故障频率等，同时能帮助运维人员准确判断设备故障规律，为设备维护方案的制定提供参考。

2.2 智能电网控制

在智能电网控制领域，电气工程及其自动化发挥极其重要的作用。对于光伏、风电等分布式电源接入，采用基于双闭环控制的并网逆变器技术，该技术可保持外环控制直流侧电压的稳定性，内环借助空间矢量脉宽调制（SVPWM）实现电流快速跟踪以及功率因数调节。虚拟同步机（VSG）技术通过模拟同步发电机转子运动方程和励磁调节特性，赋予逆变器惯性响应、一次调频能力，强化电网运行的稳定性。微电网控制系统采用分层控制架构，底层架构采用下垂控制实现分布式电源即插即用、功率均分功能；中层架构借助模型预测控制（MPC）算法对微电网能量流动进行优化；顶层架构中融入了区块链技术，实现了分布式能源交易的可信结算。在需求侧管理上，智能电表搭载了宽带电力线载波 BPLC 等高速载波通信模块，该模块可实现双向实时通信功能，搭配用户侧智能终端实现负荷的柔性调控。采用非侵入式负荷分解技术识别用户用电设备，借助模糊控制策略优化空调、热水器等可调节负荷运行时间段，实现削峰填谷的目标。

2.3 电力调度自动化

电力调度自动化系统以数据采集与监控（SCADA）、能量管理系统（EMS）为核心，搭配先进的通信与分析技术。其中，SCADA 系统通过远程终端单元（RTU）或智能电子设备（IED）采集电网实时数据，借助光纤以太网或电力线载波通信（PLC）传输数据，通信率达到 100Mbps 以上。EMS 系统中采用了状态估计、最优潮流等高级应用模块，状态估计是一种基于加权最小二乘法处理量测量数据，借助雅可比矩阵迭代计算提升数据精度；最优潮流算法采用内点法或遗传算法，在能够满足电网安全约束的基础上，对发电机出力、潮流分布进行优化，使网损进一步降低。广域测量系统（WAMS）引入同步相量测量技术（PMU），基于全球定位系统（GPS）实现全网数据同步采样，采样精度可达 1μs ，为电力系统动态稳定分析、紧急控制提供有效支撑。在低频震荡抑制中，采用 PMU 数据可实时监控系统振荡频率，触发附加励磁控制（PSS）快速平息振荡。

结语

电气工程自动化技术是现代科技发展的产物，同时也是现代技术的典型代表，电力系统运行中电气工程自动化技术的应用对保障电力系统安全、稳定性以及提升供电的稳定性与可靠性等均具有重要意义。在电力系统运行过程中，应加强对电气工程自动化技术的应用，充分发挥技术优势和作用，使其更好地为电力系统运行服务。随着科技的不断进步，电气工程及自动化技术将持续创新发展。未来，有望进一步融合新兴技术，如人工智能、大数据等，实现电力系统更智能、更高效地运行。

参考文献

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