电气工程自动化技术在电力系统中的应用研究

中图分类号：TM12 文献标识码：A

引言

电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，其稳定运行关乎国计民生。传统的电力系统依赖人工监控和操作，不仅效率低下，且在应对突发故障时反应迟缓，难以满足现代电网对高可靠性和高电能质量的苛刻要求。电气工程自动化技术的引入，彻底改变了这一局面。它实现了对电网运行状态的实时感知、精准分析和自动控制，使电力系统从一个“哑巴”网络演进为一个具有自感知、自分析、自决策、自恢复能力的智能有机体。从早期的就地自动控制到如今基于云边协同的广域智能调控，自动化技术的内涵和外延不断扩展，其应用现状是评估一个国家电力工业现代化水平的重要标尺。

1、电气工程自动化技术的核心组成部分

在深入探讨其应用重要性之前，我们首先需要理解支撑现代电力系统自动化的几项核心技术：计算机技术作为自动化系统的大脑，包括高性能的服务器、工作站和嵌入式系统，用于进行海量数据的处理、复杂算法的运算和高级应用的实现；传感与测量技术作为自动化系统的“眼睛”和“耳朵”，如远程终端单元、智能电子设备、相量测量单元等，负责实时采集电网各节点的电压、电流、功率、频率、设备状态等关键数据；通信技术作为自动化系统的“神经网络”，包括光纤、电力线载波、微波、无线等多种通信方式，构成了高速、可靠的数据传输网络（如工业以太网），确保信息在控制中心与现场设备之间无缝、实时地流动；控制技术作为自动化系统的“手脚”，包括可编程逻辑控制器、分布式控制系统等，接收控制指令并执行具体的操作，如开关分合、阀门调节等；软件与人工智能技术包括监控与数据采集系统、能量管理系统、广域测量系统、配电管理系统等平台软件，以及日益引入的人工智能、机器学习和大数据分析算法，赋予系统智能分析、预测和决策的能力。

2、电气工程自动化技术在电力系统中的应用分析

2.1、发电环节应用

现代发电厂（无论是火电、水电还是核电）普遍采用了分布式控制系统或监控与数据采集系统。这些系统对锅炉、汽轮机、发电机、励磁系统、调速系统等关键设备进行全方位监控，自动调节燃料、给水、蒸汽温度、压力等参数，确保机组在最佳工况下运行，提高效率，降低排放。自动发电控制是维持电网频率稳定的核心手段。AGC系统实时监测电网频率和与相邻区域的联络线功率偏差，自动计算并下发指令给网内调频电厂，调整其出力，以快速响应负荷变化，保持发电与用电的实时平衡。风电场和光伏电站的大规模并网带来了间歇性和波动性的挑战。自动化技术通过功率预测系统（预测未来风速、光照强度）、逆变器的智能控制（实现低电压穿越、无功功率支撑）和场站集中控制系统，确保新能源电站能够像传统电厂一样，接受并执行电网调度指令，平滑输出功率，参与电网调频调压，成为“友好型”电源[1]。

2.2、输电环节

输电网络是电能输送的大动脉，其自动化技术主要着眼于提高输送能力、增强运行可靠性和安全性。电网调度自动化系统是电网运行的“大脑”。EMS基于SCADA系统采集的全网实时数据（节点电压、线路潮流、开关状态等），进行网络拓扑分析、状态估计、潮流计算、安全分析、最优潮流调度等高级应用功能。调度员依靠EMS能够全面掌握电网运行状态，预测潜在风险，并制定科学的经济调度方案。柔性交流输电系统装置是电力电子技术与自动化控制相结合的典范，如静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCOM）、统一潮流控制器（UPFC）等。它们能够快速、平滑地控制输电线路的参数（电压、阻抗、相角），从而灵活调节潮流分布，消除输电阻塞，提高线路输送容量，阻尼系统振荡，极大地提升了电网的可控性和灵活性。当输电线路发生故障时，故障测距装置能利用行波原理精确计算出故障点的位置（误差通常在几百米内），极大缩短了巡线查找时间。故障录波器则记录下故障前后的电压、电流波形，为运维人员分析故障类型、原因以及改进保护策略提供 invaluable 的数据支持[2]。

2.3、变电环节

传统变电站的继电保护、测量监控、操作控制等功能是相互独立的。SAS则通过“三层两网”结构（过程层、间隔层、站控层；过程层网络、站控层网络）将其高度集成。智能电子设备（IED）、合并单元（MU）、智能终端等替代了传统继电器和硬接线，实现了数据采集的数字化、操作控制的网络化和信息共享的平台化。这不仅减少了电缆使用和占地面积，更实现了继电保护功能的灵活配置（GOOSE通信）、设备的远程监控和程序化一键顺控操作，显著提高了变电站的可靠性、安全性和运维效率。设备状态在线监测与故障诊断，通过部署各类传感器，实时监测变压器（油色谱、局部放电）、断路器（机械特性、SF6 气体密度）、避雷器等关键设备的状态参数。利用大数据和人工智能算法对这些数据进行分析，可以实现设备健康状态的评估、故障的早期预警和预测性维护，变“定期检修”为“状态检修”，有效避免设备突发故障，优化资产全生命周期管理[3]。

2.4、配用电环节

配电网自动化系统通过安装在配电线路上的智能开关（柱上断路器、分段器、重合器）、FTU（馈线终端单元）、TTU（配电变压器终端单元）和通信网络，实现配电网的实时监控。其核心功能是故障自动定位、隔离与非故障区域恢复供电（FA-FIR）。当某条线路发生永久性故障时，DAS能在数十秒内自动定位故障区段，跳开两侧开关将其隔离，并自动恢复非故障区段的供电，将用户停电时间和范围降至最低，大幅提升供电可靠性。智能电表是连接电网与用户的桥梁。AMI系统由智能电表、通信网络和计量数据管理系统组成。它实现了远程自动抄表、电价实时下发、远程通断电、用电异常监测等功能。更为重要的是，它为需求侧响应提供了技术基础。电网可以通过价格信号激励用户在用电高峰时段主动减少负荷，从而实现削峰填谷，缓解电网压力。随着屋顶光伏、小型风机、储能电池等分布式能源在用户侧的普及，配电网从无源网络变为有源网络。自动化技术通过先进的并网逆变器控制、微电网中央控制器（MGCC）和能量管理系统（EMS），协调控制这些“产消者”（Prosumer）的发电、用电和储能行为，确保分布式能源即插即用、友好并网，并支持微电网并网/孤岛模式的平滑切换，提高局部供电的韧性和自愈能力[4]。

结束语

电气工程自动化技术已深度融入现代电力系统的血脉之中，是其安全、稳定、经济、高效运行的基石。从发电机的自动调速到电网的智能调度，从变电站的无人值守到配电网的自愈恢复，从被动的用户用电到主动的需求侧响应，自动化技术的每一次进步都极大地推动了电力工业的发展。

参考文献：

[1]蔡来梅. 电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(01):5-7.

[2]刘冰欣. 电气工程自动化技术在电力系统运行中的应用[J].光源与照明,2024,(12):201-203.

[3]王秋洋. 智能化技术在电气工程自动化系统中的应用[J].张江科技评论,2024,(12):57-59.

[4]王铮. 智能技术在电力工程自动化系统中的应用[J].集成电路应用,2024,41(11):272-273.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2024.11.128.