电气工程自动化在智能电网中的应用与前景展望

引言

智能电网的构建需要电气工程自动化深度融合，这样能够提升电网的稳定性和可靠性，也能极大优化能源配置，未来，随着技术持续进步，电气工程自动化会在智能电网中起到更为关键的作用，助力达成绿色、高效的能源管理，电气工程自动化技术进一步发展，会推动智能电网在数据分析和故障预测方面的能力提高，保证电网运行更加智能化和精细化，同时，其与物联网、大数据等新兴技术融合，会为智能电网的可持续发展提供更强动力。

1 电气工程自动化在智能电网中的应用

1.1 自动化设备在发电厂的应用

发电厂作为电力系统的源头环节，其自动化水平直接影响到智能电网的整体运行效率，目前主流发电厂普遍采用由分散控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）构成的基础自动化架构，通过实时数据采集和闭环控制实现机组安全稳定运行。拿燃煤电厂来说，锅炉燃烧控制系统运用多变量协调控制算法，把蒸汽压力波动范围控制在允许阈值内，汽轮机调速系统采用模糊 PID 控制策略，让机组负荷响应速度大幅提升，这些技术进步有效解决了传统人工调节存在的滞后问题，为电网频率稳定提供了基础保障。

在新能源发电领域，自动化技术的应用价值更为突出，光伏电站借助智能跟踪系统动态调整组件倾角，使全天不同时段的发电量得到优化，风力发电场采用基于 SCADA 系统的集群控制策略，不仅能实现单台机组的最佳功率曲线跟踪，还能协调整个风场的尾流效应补偿，尤其值得注意的是，2025 年新建的漂浮式海上风电场已经开始应用数字孪生技术，通过虚拟机组与实体设备的同步仿真，提前 20 分钟预测极端风况下的发电功率波动，给电网调度提供更充裕的响应时间。

1.2 自动化系统在输电与配电中的应用

在智能电网的输电环节，自动化系统主要借助广域监测与协同控制来保障电网安全运行，输电线路状态监测系统利用安装于铁塔上的智能传感器，实时对导线温度、弧垂度以及绝缘子污秽度等关键参数进行采集，一旦检测到异常数据，系统就会自动触发告警并且启动诊断程序。2025 年投入运行的新型动态增容系统，融合气象数据和导线实时载流量计算，有效提升了线路传输能力，在故障处理方面，基于行波定位技术的自动重合闸装置明显缩短了故障隔离时间，该装置配合变电站内的保护自动化系统形成了多级防护体系。

配电网络的自动化应用主要体现在三个方面，馈线自动化（FA）得到普及，当配电网出现短路故障时，智能分段开关能在毫秒级时间里完成故障区段定位，还能让非故障区段恢复供电，大大减少了用户停电时间，电压无功自动调节系统（VQC）凭借分布式电容器组的智能投切以及有载调压变压器的协同控制，将配变台区电压合格率维持在较高水准。

自动化技术也推动了配电管理模式的革新，配电管理系统（DMS）把SCADA、GIS 和负荷预测模块进行整合，为调度人员提供全景可视化界面，在台区管理层面，智能融合终端实现了电表数据、环境监测与设备状态的统一采集，该终端结合边缘计算技术在本地完成数据分析，某试点项目显示，这种架构使配电运维效率显著提升，特别是面对分布式光伏并网引发的反向潮流问题，能够迅速作出响应。

随着技术进步，输电与配电自动化系统呈现出新的发展趋势，在硬件层面，具备自诊断功能的智能装置逐渐取代传统电磁式设备，智能装置内置的寿命预测算法可提前 3 个月对元件老化风险发出预警。在软件层面，基于数字孪生的仿真平台能够支持运行策略预先验证，降低了现场操作风险，在交互层面，输电线路无人机巡检系统和配电巡检机器人的数据实现互通，构建起立体化巡检网络，这些创新应用共同推动电网运维从“被动抢修”向“主动防御”转变。

1.3 智能电网中的通信与信息技术

智能电网高效运行需要通信与信息技术给予强力支撑，现代电力通信系统作为连接物理设备与智能应用的神经网络，已形成以光纤专网为主、无线互补的混合架构，在主干网络层面，同步数字体系（SDH）与分组传送网（PTN）技术一起保障了调度自动化业务的可靠传输，在接入层，电力线载波通信和 5G切片技术解决了终端设备海量接入难题。

信息处理技术的突破为电网智能化提供核心驱动力。云计算平台借助虚拟化技术整合分散的计算资源，以此来实现对电网运行数据的并行处理，边缘计算节点把分析功能下沉至变电站和配电终端，可大幅降低数据传输延迟，在数据治理方面，时序数据库和流处理框架配合使用，能使智能电表产生的海量量测数据得到实时分析，需要注意的是，2025 年部署的联邦学习框架，让不同供电企业在不共享原始数据的情况下协同训练负荷预测模型，既能保护用户隐私又能提升预测精度。

通信与信息技术的融合应用主要体现于三个典型场景，在广域监测领域，相量测量单元（PMU）借助高速通信网络达成毫秒级数据同步，为功角稳定分析提供动态全景信息，在配电自动化场景，光纤差动保护凭借精确时标技术，使故障隔离时间缩短到传统方案的十分之一，在用户互动方面，智能电表和家庭能源管理系统双向通信，支持电价信号与用电策略实时交互。

2 发展趋势

未来，电气工程自动化在智能电网里的发展会呈现出多维度融合升级的态势，在技术方面，人工智能跟自动化系统深度结合，正在促使控制策略从预设规则朝着自主决策转变，自适应学习算法持续对电网运行数据进行分析，能动态地优化保护定值和控制参数，让系统具备应对复杂工况的适应能力，数字孪生技术被广泛应用，能够实现物理电网与虚拟模型实时交互，用来支持运行策略的仿真验证与事故预演，明显提升电网应对极端事件的能力。

设备智能化升级会成为重要的发展方向，新一代智能终端会把边缘计算与自诊断功能集成起来，能在本地完成数据分析和初步决策，减轻主站系统的负担，就像配电自动化终端已经开始搭载轻量化神经网络模型，实现故障类型的就地识别，同时，电力电子设备采用模块化设计，让其更便于集成到自动化系统当中，为柔性输电和电能质量治理提供硬件基础。

系统架构方面呈现出集中跟分布相结合的趋势，区域自治控制系统借助边缘计算节点实现局部快速响应，同时和云端主站保持数据同步，形成“边缘敏捷 + 云端智慧”的双层架构，像这样的架构特别适合处理分布式能源并网带来的调控挑战，能够平衡全局优化与本地实时性要求。

标准化与互操作性会成为关键的发展议题，随着设备供应商增多以及技术路线变得多样化，统一通信协议和接口规范对于保障系统兼容性十分重要，IEC 61850 标准的扩展应用正逐渐覆盖发、输、配全环节，为多厂商设备无缝集成创造条件，同时，网络安全防护体系向纵深方向发展，从单一加密认证升级为包含行为监测、异常检测的多层次防御，以此来应对日益复杂的网络威胁环境。

结语

这些技术的深度融合，不仅提升了电网运行的透明度和可控性，还为未来能源互联网的建设奠定了坚实基础。随着技术的持续演进，智能电网将更加高效、灵活，为社会的可持续发展提供有力保障。

参考文献：

[1] 陈伟 . 电气工程自动化在智能电网中的应用与前景展望 [J].《工程建设与设计》,2025,(8):60-62.

[2] 刘璐 . 电气工程及其自动化在智能电网中的应用研究 [J].《大众科学》,2024,(13):19-21.