發輸電與用電系統信息化與智能化技術的研究與應用

張 玉， 李 翠， 紀艷菊

（北京華聯電力工程咨詢有限公司， 北京 100071）

0 引言

隨著現代社會對電力的日益依賴和對電力質量、效率、安全的不斷提高，電力系統正面臨著更高要求和更大壓力。傳統的電力系統面臨著諸多挑戰，如電力供需失衡、能源浪費、環境污染等問題，迫切需要引入先進的信息化與智能化技術來解決。信息化技術能夠實現電力系統的數據采集、傳輸、存儲、處理和分析，而智能化技術則能通過智能算法、人工智能等手段優化電力系統的運行和管理，提高電力系統的可靠性、可用性和經濟性。

1 信息化與智能化技術概述

1.1 定義和基本原理

信息化是指利用先進的計算機科學、通信技術和信息處理技術，以及相應的硬件、軟件設備，對各種信息進行采集、存儲、處理、傳輸、共享和利用的過程。智能化是指借助計算機系統模擬人類智能，使機器具有學習、推理、決策和問題解決等能力。智能化技術的基本原理是模擬人腦的認知過程，使計算機系統具有自主學習和適應能力，從而實現智能決策和行為。

1.2 關鍵技術

1）人工智能包括機器學習、深度學習、自然語言處理、計算機視覺等，致力于模擬人類智能行為的技術。

2）大數據分析。利用先進的數據處理技術，從龐大、復雜的數據集中提取有價值的信息、模式和趨勢。

3）物聯網。通過感知、識別、定位和互聯技術，物聯網實現物理世界和網絡世界的連接，實現信息的自動采集和交互[1]。

1.3 信息化與智能化技術的融合和互動

信息化與智能化技術相互融合形成智能信息化系統，信息化技術為智能化提供豐富的數據和信息基礎，而智能化技術賦予信息化系統智能化的分析、決策和應用能力。信息化技術為智能化提供數據和場景，智能化技術通過對這些數據進行深度學習、模式識別和自適應分析，實現智能決策和行為。

2 智能電網與智能輸電系統概述

2.1 智能電網的概念和特點

智能電網是指利用先進的信息化、通信、感知和控制技術，實現對電力系統的全面感知、高效管理和智能運行的現代化電力系統。其特點包括高度自動化、高度智能化、高度可靠性、高效能耗、可持續性和對新能源的高度整合。

2.2 智能電網技術組成和架構

智能電網技術組成主要包括五大模塊：感知層，負責采集電力系統的數據，包括傳感器、智能儀表等；通信層，用于實現電力系統內外的信息傳輸和通信，包括物聯網、通信網絡等；數據處理與分析層，用于對感知數據進行處理、分析和挖掘，包括大數據分析、人工智能等；決策與控制層，實現電力系統的智能決策和遠程控制，包括智能算法、控制策略等；應用與服務層，提供各種智能化應用和服務，包括能源調度、故障診斷、用戶側管理等。這些模塊共同構成智能電網的技術架構，實現了對電力系統的全面感知、智能決策和高效運行。

2.3 智能輸電系統的關鍵技術和應用

智能輸電系統作為智能電網的重要組成部分，具有關鍵的技術和應用方向。其中，關鍵技術包括高壓直流輸電技術（HVDC）、靈活直流輸電技術、電力電子技術、智能終端設備等。應用方向主要集中在輸電網的運行管理、設備狀態監測、故障檢測與診斷、負荷預測和電能質量管理等方面。

3 電能信息化與監控系統概覽

3.1 電能信息化的概念和目標

電能信息化是指利用現代信息技術，對電能的產生、傳輸、分配、使用等環節進行數據采集、傳輸、處理和分析，實現對電能系統的全面監控、運行優化、智能調度和安全保障。

3.2 電能數據采集、傳輸和處理技術

電能信息化的實現離不開先進的數據采集、傳輸和處理技術。數據采集包括現場感知設備（如傳感器、儀表等）采集實時數據，這些數據反映了電能系統的狀態、負荷、電壓、電流等信息。電能數據采集、傳輸和處理技術的主要方面，包括數據采集、數據傳輸、通信技術、數據處理、大數據分析、人工智能、數據安全以及實時數據分析與決策。本文歸納總結，展示電能信息化中起到關鍵作用，幫助提高電能系統的效率、可靠性和安全性，具體如表1 所示。

表1 電能數據采集、傳輸和處理技術

3.3 電能監控系統的設計和應用

電能監控系統是電能信息化的核心組成部分，其設計主要包括監控中心、數據采集、數據傳輸、數據處理和應用系統等模塊。監控中心作為系統的核心，負責整合各種數據、監控設備和應用系統，實現對電能系統的綜合監控和運行管理。數據采集模塊負責采集現場的實時數據，保證數據的準確性和及時性。電能監控系統的主要模塊及其功能，包括監控中心、數據采集、數據傳輸、數據處理和應用系統。本文歸納整理，展示電能監控系統，實現了對電能系統的綜合監控、運行管理和智能決策，具體如表2 所示。

表2 電能監控系統的設計和應用

4 智能化電力調度與運行概覽

智能化電力調度與運行是現代電力系統的重要組成部分，其通過智能化技術的應用，實現了電力系統的高效、安全、可靠運行。智能化電力調度與運行的實現離不開先進的信息技術、通信技術、數據分析技術等，其核心目標是在滿足能源需求的前提下最大程度地降低碳排放，提高能源利用效率[2]。

4.1 智能監控與數據采集

通過在電力系統各個關鍵節點部署傳感器和監控設備，實時采集電力系統的運行數據，包括電壓、電流、頻率、負荷等信息。這些數據形成了電力系統的實時監控基礎，為后續智能調度和運行提供數據支撐。

4.2 數據處理與大數據分析

應用大數據分析技術對實時采集的數據進行處理和分析，識別潛在問題和優化機會。通過對歷史數據的分析，預測未來負荷、風電、光伏等情況，為系統運行決策提供依據。

4.3 智能調度與優化

結合大數據分析結果和實時監控信息，通過智能調度系統優化發電計劃、輸電線路和配電方案。該系統能夠根據實時情況做出動態調整，最大程度保障電力系統的穩定運行。

4.4 智能設備和自動化系統

采用智能設備和自動化系統，實現對電力設備的智能化調控和自動化運行。例如，智能斷路器、智能變壓器等設備能夠自動感知運行狀態并做出適時調整。

4.5 人工智能與機器學習

運用人工智能和機器學習技術，對電力系統運行模式和歷史數據進行分析，構建智能模型。這些模型能夠預測故障、優化調度方案，提高電網安全和運行效率。智能化電力調度與運行的實施，對電力系統帶來了顯著的優勢：提高電力系統運行效率：通過智能化調度和優化，電力系統能夠更加高效地利用清潔能源，減少能源浪費，降低供電成本[3]。

5 發輸電與用電系統信息化與智能化技術的研究與應用方案

5.1 智能電網建設

中國在過去十年積極推進智能電網建設，采用先進的信息技術、通信技術和控制技術，實現對電力系統的實時監控、調度和運營管理。智能電網使得電力系統能夠快速適應清潔能源的大規模接入，提高電網運行效率和可靠性。

5.2 智能變電站

采用智能化設備和傳感器，實現對變電站設備的實時監測和遠程控制，提高了電網的可靠性和運行效率。智能變電站能夠自動檢測設備狀態、故障診斷以及智能化調度，有效降低了維護成本和提高了供電質量。

5.3 智能電表和用電監控系統

部署智能電表，實現對用戶用電情況的實時監測和遠程抄表。同時，通過智能用電監控系統，可以對用電設備進行智能調度，優化能源利用，降低用電成本，推動能效提升。

5.4 大數據分析與預測

應用大數據技術對電力系統的歷史數據、實時數據進行分析，預測電力需求、風光能發電情況等，為電力系統運行提供科學依據。這樣的預測能力有助于更精準地進行調度和規劃。

5.5 智能調度與優化系統

采用智能調度與優化系統，能夠自動化生成最優的供電方案，充分考慮清潔能源、負荷需求等多方面因素，以確保電力系統穩定運行的同時降低碳排放。這些信息化與智能化技術的應用，使中國電力系統能夠更高效、更可靠地運行，也為清潔能源的大規模接入奠定了基礎。這個案例凸顯了信息化與智能化技術在電力系統中的實際運用，對實現碳中和、能源轉型和可持續發展發揮著積極作用[4]。

本文歸納總結，展示所述信息化與智能化技術，具體如表3 所示。

表3 發輸電與用電系統信息化與智能化技術的研究與應用案例

6 結語

信息化與智能化技術在電力系統安全中發揮著重要作用，可用于電網監測、智能電表、遠程監控、故障診斷、預測分析等，提高了電力系統的安全性、可靠性和效率。然而，隨著技術的進步，信息安全成為一大關切，尤其涉及用戶信息隱私和數據的安全。在應對網絡攻擊和風險方面，采取多層次的防御策略，加強安全意識培養、使用安全技術工具、實施安全監控是至關重要的。