人工智能在輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用

紀(jì)何

摘 要：人工智能是電力系統(tǒng)中一個重要的發(fā)展方向，已在輸電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。近些年來，采用人工智能技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)，無人機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)為輸電線路的各項(xiàng)作業(yè)提供了新的方法，這些技術(shù)，保證了輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在此背景下，本文分析了人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用，希望能為相關(guān)人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;電力系統(tǒng);輸電線路;安全運(yùn)行

1.輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

為了提高輸電線路安全運(yùn)行水平、故障診斷和綜合防災(zāi)的能力，電力工程師經(jīng)過多年的研究，運(yùn)用AI實(shí)現(xiàn)了對線路影響較大的自然災(zāi)害信息的監(jiān)測、診斷、分析、預(yù)報(bào)，建立了保障輸電線路安全運(yùn)行智能化監(jiān)測的理念。在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，可以對輸電線路的避雷器、絕緣子、覆冰、舞動以及輸電線路安全運(yùn)行等故障進(jìn)行預(yù)診斷，安裝有針對性的傳感器，全天候監(jiān)測線路運(yùn)行狀況，可以增強(qiáng)線路的安全可靠性，從而實(shí)現(xiàn)線路監(jiān)測的智能化。

1.1輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)由兩部分組成：第一部分由前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信傳輸系統(tǒng)等構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集主要由高性能的傳感器和視頻探頭來進(jìn)行，可以對避雷器、絕緣子、覆冰、舞動、傳輸導(dǎo)線增容和安全運(yùn)行等進(jìn)行全方位的監(jiān)測，前端系統(tǒng)對所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心;第二部分由后端分析處理系統(tǒng)構(gòu)成，后端主要由AI方式處理相應(yīng)信號，得出監(jiān)測輸電線路的實(shí)時診斷結(jié)論。

1.2數(shù)據(jù)信號的無線傳輸

無線通信技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了信號的高速傳輸和網(wǎng)絡(luò)的大范圍覆蓋。在輸電線路探測熱點(diǎn)部位安裝傳感器，采集監(jiān)測數(shù)據(jù)信號，經(jīng)無線通信網(wǎng)絡(luò)GPRS/CDMA/3G，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)（包括線路運(yùn)行溫度、環(huán)境狀況、避雷器和絕緣子泄漏電流、覆冰、舞動幅度等實(shí)時數(shù)據(jù)）和監(jiān)測圖像的實(shí)時傳輸。無線通信技術(shù)將現(xiàn)場取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信號輸送到監(jiān)控中心，可以有效地完成輸電線路智能化監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測數(shù)據(jù)的同步傳輸，通過GPRS技術(shù)，集成輸電線路運(yùn)行在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，與AI的故障診斷技術(shù)相結(jié)合，建立起一體化的監(jiān)測信息平臺，可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路的智能化監(jiān)測。

2.人工智能監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

2.1輸電線路在線監(jiān)測專家系統(tǒng)

輸電線路在線監(jiān)測專家系統(tǒng)的開發(fā)，是根據(jù)監(jiān)測收集的數(shù)據(jù)來推斷輸電線路故障的原因，其結(jié)構(gòu)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機(jī)制、推理機(jī)和人機(jī)接口5部分組成。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通過輸電線路中避雷器、絕緣子污閃、覆冰、舞動、線路安全運(yùn)行和遠(yuǎn)程可視等傳感監(jiān)測手段獲得的數(shù)據(jù)信號，建立ES靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫;推理機(jī)制采用正向推理;ES的核心是知識庫，輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)知識的表達(dá)采用產(chǎn)生式規(guī)則，把知識表示成一般的IF-THEN（條件—結(jié)論）形式，知識的獲取遵循領(lǐng)域知識和現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的知識庫建成模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊間相互獨(dú)立，由協(xié)調(diào)器控制和協(xié)調(diào)各模塊的工作。當(dāng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行時，首先啟動輸電線路遠(yuǎn)程可視監(jiān)測模塊，獲取現(xiàn)場的可視圖像，然后啟動避雷器模塊、絕緣子污閃模塊、覆冰監(jiān)測模塊、舞動監(jiān)測模塊、輸電線路安全運(yùn)行模塊，最后根椐各模塊各自的分析結(jié)果，啟動綜合分析模塊，進(jìn)行全面的判斷。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)可對運(yùn)行中的輸電線路作出早期故障診斷結(jié)論，對現(xiàn)場運(yùn)行人員提供參考意見。

2.2線路運(yùn)行監(jiān)測模塊的應(yīng)用

加強(qiáng)輸電線路的管理，保障輸電線路的安全運(yùn)行，是電力行業(yè)的工作重心。輸電線路需要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，面對我國用電緊張的局面，實(shí)施輸電線路動態(tài)增容尤為需要。通常導(dǎo)線溫度限額是70℃，由于導(dǎo)線綜合機(jī)械強(qiáng)度在70～90℃內(nèi)幾乎不變，在保障輸電線路安全的前提下，將輸電線路運(yùn)行溫度由規(guī)定的70℃提升到80℃或90℃，可大大提高線路輸電能力。同時，為了保證輸電的安全，要加強(qiáng)輸電線路的日常巡視、檢查、維修等工作，在線路維護(hù)過程中，進(jìn)行線路檢測可以及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的安全隱患，檢測效果直接影響到線路維護(hù)工作的有效性。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，可以對輸電線路狀態(tài)維修起到?jīng)Q定性的作用。在線路上和鐵塔上安裝各類傳感裝置，便于對輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)（導(dǎo)線溫度、額定電壓、電流強(qiáng)度）和環(huán)境條件（氣溫、風(fēng)速、日照等）進(jìn)行全方位的監(jiān)測。輸電線路在線監(jiān)測采集的實(shí)時信號由監(jiān)測傳感器獲取，數(shù)據(jù)信號經(jīng)GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，由AI對輸電線路的性能、狀態(tài)及存在的早期潛伏性故障做出診斷。

2.3遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測的應(yīng)用

輸電線路遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由客戶端監(jiān)控軟件、圖像編輯器、流媒體服務(wù)器等部分組成，其核心技術(shù)是數(shù)據(jù)采集、壓縮解碼、無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)。系統(tǒng)可以對輸電線路周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，能夠隨時獲取輸電線路的運(yùn)行情況，強(qiáng)化對輸電線路的管理。圖像編碼器將所采集的數(shù)據(jù)信號通過壓縮編碼碼技術(shù)進(jìn)行處理，借助無線通信技術(shù)將處理后數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)搅髅襟w服務(wù)器中，管理員只需要登錄監(jiān)控軟件，將視頻流進(jìn)行解碼，就可獲取高質(zhì)量的現(xiàn)場圖像，并進(jìn)行瀏覽、監(jiān)控，最后通過人工智能技術(shù)對相關(guān)信息進(jìn)行處理。

2.4輸電線路的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

AI輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，在于它具有創(chuàng)新性、前瞻性和實(shí)用性。智能化監(jiān)測、診斷系統(tǒng)由專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成。專家系統(tǒng)知識庫輸電線路專家系統(tǒng)知識庫的開發(fā)，取決于領(lǐng)域?qū)＜业闹R和運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)。其知識庫由避雷器監(jiān)測模塊、絕緣子監(jiān)測模塊、覆冰監(jiān)測模塊、舞動監(jiān)測模塊、線路運(yùn)行監(jiān)測模塊和遠(yuǎn)程可視監(jiān)測模塊組成。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)僅需相關(guān)專家所提供的大量現(xiàn)場信息，運(yùn)用大數(shù)據(jù)加一定的學(xué)習(xí)算法進(jìn)行樣本訓(xùn)練，形成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷樣本集。它是一種智能型工具。輸電線路人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，增強(qiáng)了線路的在線監(jiān)測、狀態(tài)維修和故障診斷的能力。輸電線路人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、隱含層和輸出層維數(shù)是由輸電線路故障診斷狀態(tài)來決定的。

3.結(jié)語

近年來，人工智能在輸電線路狀態(tài)檢測和故障診斷中的開發(fā)和應(yīng)用，極大地提高了輸電線路在線監(jiān)測的智能化水平，保障了輸電線路的安全、可靠，降低了事故的發(fā)生率。隨著人工智能輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用的逐步推廣，人工智能正越來越顯示出強(qiáng)大的生命力。

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