一、引言

随着“双碳”目标推进，新能源大规模并网使电网运行形态发生深刻变化，智能变电站作为电能转换与传输的关键枢纽，需具备更高的自动化水平与调控能力。电力自动化系统作为智能变电站的“神经中枢”，承担着数据采集、设备监控、故障处理等核心职能，其优化设计是提升变电站智能化水平的关键。

传统电力自动化系统存在诸多局限：采用分散式架构导致设备间数据交互兼容性差，数据传输延迟超20ms；故障诊断依赖人工经验，平均故障处理时间超1小时；缺乏对新能源并网数据的精准监测，难以实现源网协同调控。《智能电网发展行动计划（2021-2025年）》明确提出“优化智能变电站自动化系统架构，提升数据处理与故障响应能力”。因此，研究电力自动化系统的优化设计与应用，对推动智能电网高质量发展具有重要现实意义。

二、电力自动化系统优化设计的核心依据与原则

标准化原则：严格遵循IEC61850标准构建系统通信协议与数据模型，统一设备接口规范，实现保护装置、测控设备、智能终端等多设备间的无缝通信，解决传统系统“信息孤岛”问题。

可靠性优先原则：采用“冗余设计+容错控制”提升系统稳定性，关键环节部署双机热备装置，数据传输采用加密校验技术，确保极端工况下系统不中断运行；优化故障诊断逻辑，缩短故障识别与处置时间。

智能化适配原则：兼顾新能源并网与源网协同需求，优化数据采集与处理模块，增强对风电、光伏等波动性电源数据的监测能力；引入人工智能算法实现负荷预测、故障预警等智能功能，提升系统调控精度。

三、电力自动化系统在智能变电站中的优化设计核心内容

3.1感知层优化：全面提升数据采集精准性与覆盖能力

感知层作为电力物联系统的数据源头，其优化核心在于实现“全面覆盖与精准监测”双重目标。具体措施包括：广泛部署高精度智能传感器，逐步替换传统监测设备，实现对变压器油温、母线电压、开关分合状态等关键运行参数的高频实时采集，将数据采集频率由原有水平提升至100Hz，同时将测量误差严格控制在±0.5%以内，显著提升数据源的可靠性与时效性。为适应能源结构转型需求，新增标准化新能源并网接口模块，支持与风电、光伏等多种逆变设备的数据通信协议对接，实现对分布式电源出力、工况及并网点运行的全面感知，提升源网协调能力。此外，在关键设备节点部署集成式状态监测单元，开展包括绝缘老化趋势、机械振动特性、局部放电等在内的多维度全生命周期监测，为设备健康评估与早期故障预警提供坚实的数据基础。

3.2通信层升级：构建高可靠与高效率的数据传输体系

通信层致力于打造“光纤以太网为主、5G无线为辅”的双冗余链路架构，以保障数据传输的高效性与可靠性。主干网络采用光纤以太网技术，将核心业务数据传输速率提升至10Gbps，端到端通信延迟控制在5ms以内，满足保护类业务对实时性的苛刻要求。针对地理偏远或敷设光缆困难的变电站，新增5G无线通信模块作为备用传输通道，有效抵御冰雪、山洪等极端天气带来的通信中断风险，提升系统鲁棒性。在通信机制方面，引入“发布-订阅”模式优化数据传输流程，根据业务紧要程度动态分配带宽资源，确保如保护跳闸、故障录波等高优先级数据的低延时、无阻塞传输。同时，应用区块链技术对传输数据进行加密与分布式存证，保障数据完整性与可追溯性，从根本上提升通信安全防护水平。

3.3应用层提质：增强系统智能分析与决策控制能力

应用层聚焦于“智能诊断+精准调控”两大方向，通过构建四大核心功能模块全面提升变电站的智能化水平。智能监控模块集成全站多源运行数据，依托先进的可视化人机界面，实时展示设备状态、电气量信息及电网潮流分布，支持运行人员的远程操控与参数设定。故障诊断模块引入BP神经网络算法，结合历史故障案例与实时运行数据，实现对设备异常状态的自动识别、分类与定位，系统诊断准确率提高至95%以上，大幅缩短故障处置时间。负荷调控模块融合人工智能预测技术，基于天气、时段、用户行为等多维度数据，精准预测区域短期与超短期用电负荷，动态优化变电站出力策略，提升系统运行经济性。新能源协同模块则通过实时感知分布式电源出力波动，依托AGC/AVC系统自动调节无功补偿设备与变压器分接头位置，有效平抑新能源接入引起的电压波动，维持电网稳定运行。

四、优化后系统的应用实践与成效分析

将优化后的电力自动化系统应用于某220kV智能变电站，该变电站承担区域新能源消纳与居民供电任务，原系统存在数据延迟高、故障处理慢等问题，应用后成效显著。

系统性能大幅提升：数据传输延迟从原25ms降至4ms，满足实时调控需求；设备兼容性显著增强，新增6台光伏逆变器接口实现即插即用，调试周期缩短60%；系统运行稳定性提升，连续运行180天无故障，较原系统故障发生率下降85%。

运维与调控效能优化：智能故障诊断模块使故障平均处理时间从65分钟缩短至12分钟，运维人员工作量减少40%；负荷调控模块使变电站网损率从3.2%降至2.1%，年节约用电成本超80万元；新能源协同模块有效平抑光伏出力波动，电压偏差控制在±3%以内，新能源消纳率提升15%。

供电可靠性提升：优化后变电站供电可靠率从99.85%提升至99.98%，年停电时间缩短至1.05小时，远低于行业平均水平；成功应对3次极端天气导致的设备异常，通过智能预警与远程调控避免大面积停电事故。

五、结论与展望

电力自动化系统通过“感知层精准采集、通信层高效传输、应用层智能调控”的三级优化设计，有效破解了传统系统数据延迟、兼容性差、诊断滞后等痛点，显著提升了智能变电站的运行可靠性与调控效能。未来需进一步深化优化：一是推动数字孪生技术应用，构建变电站虚拟仿真模型，实现自动化系统的虚实联动调试与故障模拟；二是强化边缘计算部署，在变电站本地实现数据实时处理与快速响应，降低对云端算力的依赖；三是完善标准化体系，推动不同厂家设备的深度兼容，实现智能变电站自动化系统的规模化推广与迭代升级。

参考文献

[1]刘汉鹏.智能变电站电力自动化系统的优化与提升路径研究[J].中国战略新兴产业,2025,(09):140-143.

[2]杭凯.电气工程及其自动化技术下的电力系统自动化发展分析[J].光源与照明,2024,(11):216-218.

[3]周星辰.智能变电站自动化系统的结构及其工程调试技术研究[J].现代工业经济和信息化,2022,12(12):306-307.