人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

劉邦年

（安徽祥源科技股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 電氣自動(dòng)化控制的系統(tǒng)功能

隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化在未來(lái)的生產(chǎn)和發(fā)展中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。科學(xué)合理地應(yīng)用人工智能技術(shù)，并在應(yīng)用中不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善，可有效提升電氣自動(dòng)化控制的工作效率和工作質(zhì)量，滿足社會(huì)發(fā)展的要求[1]。電氣自動(dòng)化控制具有較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)和架構(gòu)，涉及的內(nèi)容也比較龐雜。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)離不開控制程序的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，而自動(dòng)化控制可有效提升工作效率，減輕人工勞動(dòng)量，并進(jìn)一步提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和效率。

在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，電氣設(shè)備的運(yùn)行由預(yù)警技術(shù)和職能監(jiān)控技術(shù)組成。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替了人工巡查，提升了準(zhǔn)確性，是電氣自動(dòng)化控制穩(wěn)定運(yùn)行的核心保證。通過(guò)使用智能監(jiān)控技術(shù)能夠達(dá)到自動(dòng)報(bào)警效果，使電氣設(shè)備的運(yùn)行更加順利，避免重大事故的發(fā)生。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行中應(yīng)準(zhǔn)確并完整地記錄設(shè)備故障，合理應(yīng)用控制系統(tǒng)，提高工作水平。

2 人工智能的概念及應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 人工智能技術(shù)的概念

人工智能技術(shù)在人們的日常生活和工作中得到了廣泛應(yīng)用。它隨著人類社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)的發(fā)展而產(chǎn)生，包括了以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多學(xué)科內(nèi)容[2]。人工智能與人類智慧接近，進(jìn)行以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程，模擬人類思維收集和利用信息數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)字和圖像等不同信息做出識(shí)別判斷。人工智能技術(shù)作為高科技的新型技術(shù)，屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的分支，在應(yīng)用中分析、研究以及開發(fā)不同的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容融為一體。人工智能技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展，能夠有效降低人力和物力成本，提升仿真精度，應(yīng)用于工業(yè)能夠提升操作的準(zhǔn)確性。

人工智能在20世紀(jì)中期發(fā)展成型。隨著云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)得到了快速提升，為社會(huì)各個(gè)行業(yè)帶來(lái)了明顯變化，同時(shí)廣泛應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制方面。人工智能技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他設(shè)備，可滿足相關(guān)口令的各種智能要求。例如，我國(guó)智能手機(jī)的快速發(fā)展，主要依靠智能語(yǔ)音技術(shù)通過(guò)手機(jī)指令滿足用戶的各種使用需求。電氣自動(dòng)化控制應(yīng)隨著時(shí)代的發(fā)展，結(jié)合人工智能技術(shù)，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，從而不斷提升電力系統(tǒng)的工作質(zhì)量與效率，促進(jìn)電力企業(yè)的發(fā)展。

2.2 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.2.1 人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣泛

電氣自動(dòng)化控制在傳統(tǒng)的應(yīng)用中只能對(duì)系統(tǒng)的某一部分做單向的信息傳輸，優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)蝹€(gè)部分起到很好的控制效果，但無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的其他部分實(shí)施有效控制[3]。人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以把傳輸單向信息變?yōu)閭鬏斁W(wǎng)絡(luò)信息，全方位地控制系統(tǒng)。情況緊急下，根據(jù)實(shí)際情況處理數(shù)據(jù)迅速解決系統(tǒng)故障，從而保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 人工智能技術(shù)的操作比較簡(jiǎn)單

運(yùn)行電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要熟悉工作原理，了解各元部件的連接關(guān)系，對(duì)各項(xiàng)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析對(duì)比，耗費(fèi)的時(shí)間較多且難免出現(xiàn)錯(cuò)誤。而運(yùn)用人工智能技術(shù)能對(duì)繁雜的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速和可視化的分析研究，提高了自動(dòng)化控制效率，減少了人力資源的浪費(fèi)，也降低了錯(cuò)誤率。因此，日常工作中技術(shù)人員可利用人工智能技術(shù)全面把握系統(tǒng)，方便快捷地獲取運(yùn)行參數(shù)，并及時(shí)校正系統(tǒng)中的錯(cuò)誤連接點(diǎn)，避免浪費(fèi)時(shí)間，提升其安全性和可靠性，將節(jié)約的人力資源合理應(yīng)用于設(shè)備檢測(cè)環(huán)節(jié)，從而提升人員利用效率。

2.2.3 提高電氣自動(dòng)化的準(zhǔn)確率

電氣自動(dòng)化控制中出現(xiàn)的錯(cuò)誤將嚴(yán)重影響工作的準(zhǔn)確性，且需花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行校驗(yàn)，影響工作進(jìn)度，不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。人工智能技術(shù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析并檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，有效降低電氣自動(dòng)化的計(jì)算錯(cuò)誤，從而提升電氣自動(dòng)化的精確程度。同時(shí)，人工智能技術(shù)加強(qiáng)了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提升了電力系統(tǒng)的操作性以及電氣自動(dòng)化控制的效率和準(zhǔn)確性。

2.2.4 統(tǒng)一操作標(biāo)準(zhǔn)

人工智能技術(shù)能使電氣自動(dòng)化設(shè)備所設(shè)定的參數(shù)與實(shí)際工作參數(shù)一致，避免受到外界因素的影響或發(fā)生人為疏忽導(dǎo)致的故障，提升工作效率。穩(wěn)定的自動(dòng)化控制是電氣系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，人工智能通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作設(shè)備，使自動(dòng)化控制穩(wěn)定運(yùn)行，可為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提供保障，從而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。

3 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用

3.1 在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

電氣設(shè)備是保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)順利運(yùn)行的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)工作非常重要。電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)性和復(fù)雜性，包含電機(jī)和電路等多門學(xué)科知識(shí)[4]。隨著科技的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備的整體質(zhì)量不斷提升。人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和操作中的應(yīng)用，能有效促進(jìn)電氣設(shè)備的發(fā)展，提升其在電氣系統(tǒng)應(yīng)用中的質(zhì)量和效率。工作人員在操作時(shí)會(huì)受到外界的影響，如操作失誤、情緒控制以及對(duì)設(shè)備原理不理解等，從而造成設(shè)備控制的不穩(wěn)定。人工智能技術(shù)使操作具有一致性，避免了上述情況。人工智能的關(guān)鍵要素是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)編寫計(jì)算機(jī)程序智能控制電氣裝置。例如，機(jī)械繼電器工作速度較慢，如果應(yīng)用人工智能技術(shù)編寫的PLC程序控制開關(guān)量，可以通過(guò)虛擬繼電器提升運(yùn)行速度，且操作者不用花費(fèi)大量時(shí)間等待繼電器的反應(yīng)。利用PLC程序控制斷路器，能有效監(jiān)控短路情況，提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并優(yōu)化電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，解決以往工作中存在的難題。

3.2 在診斷故障中的應(yīng)用

電氣系統(tǒng)運(yùn)行中由于各種因素的干擾會(huì)發(fā)生故障，在故障發(fā)生前一般會(huì)有征兆，且不同的征兆可能會(huì)產(chǎn)生不同類型的故障[5]。電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行是保證電氣系統(tǒng)有效控制的基礎(chǔ)，采取措施預(yù)防可能發(fā)生的故障，可有效保證電氣設(shè)備的穩(wěn)定。此外，需定位已經(jīng)發(fā)生故障的電氣設(shè)備，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修保養(yǎng)，以保證其穩(wěn)定運(yùn)行。

將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電氣設(shè)備的故障預(yù)防和修復(fù)，能有效提升設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。人工智能技術(shù)中的專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及模糊理論技術(shù)具有故障診斷能力。例如，在變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，傳統(tǒng)的診斷需要利用復(fù)雜化的技術(shù)，投入大量的人力、財(cái)力以及物力等，且故障排除遇到的困難較多。如果不能準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)會(huì)使故障診斷出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重影響了電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。應(yīng)用人工智能技術(shù)在進(jìn)行電氣設(shè)備的故障診斷中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化診斷，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的故障問(wèn)題，節(jié)省了檢測(cè)時(shí)間，從而為后續(xù)的故障處理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和充足的時(shí)間。

3.3 在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制是電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的重要內(nèi)容，其穩(wěn)定運(yùn)行能有效提升整體電氣自動(dòng)化控制的運(yùn)行質(zhì)量和效率。在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中合理應(yīng)用人工智能技術(shù)，需充分發(fā)揮人工智能技術(shù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)以及專家系統(tǒng)的有效控制。人工智能技術(shù)可通過(guò)交流或直流傳動(dòng)方式進(jìn)行模糊控制，以達(dá)到良好效果。模糊控制中模糊推理和語(yǔ)言變量的技術(shù)核心應(yīng)結(jié)合專家系統(tǒng)科學(xué)地應(yīng)用模糊控制器，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建閉環(huán)結(jié)構(gòu)[6]。專家系統(tǒng)仿效專家經(jīng)驗(yàn)和控制理論進(jìn)行計(jì)算，具有較強(qiáng)的自動(dòng)化控制能力。它靈活的選擇控制率能很好地適應(yīng)各種系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)控參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電氣自動(dòng)化控制中也備受關(guān)注，具有良好的發(fā)展前景。

3.4 在日常操作中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化控制的操作過(guò)程比較復(fù)雜且繁瑣，需要遵守嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求。在操作中如果出現(xiàn)問(wèn)題可能會(huì)影響電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不僅給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能會(huì)造成人員傷亡。將人工智能技術(shù)科學(xué)合理地應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制的日常操作，能夠有效簡(jiǎn)化操作程序，避免故障發(fā)生，提升設(shè)備操作的精準(zhǔn)性和工作效率。同時(shí)，人工智能技術(shù)具有簡(jiǎn)單的操作界面，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作，并可以對(duì)日常操作中常見的問(wèn)題采取良好的處理措施，有效控制事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，確保電氣系統(tǒng)整體運(yùn)行的安全。

4 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的案例分析

4.1 人工智能技術(shù)在智能斷路器中的應(yīng)用

某變配電站由于用電負(fù)荷較大，近年來(lái)發(fā)生了數(shù)次斷電事故，甚至引起電力火災(zāi)。經(jīng)當(dāng)?shù)毓芾聿块T核查后，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行了智能化改造。設(shè)計(jì)的智能斷路器是將人工智能應(yīng)用于傳統(tǒng)斷路器，改善傳統(tǒng)斷路器工作滯后的缺點(diǎn)，利用人工智能技術(shù)提前預(yù)測(cè)問(wèn)題，提升電力系統(tǒng)的安全性。在該變配電站中，智能斷路器的設(shè)計(jì)采用五連桿的自由脫扣器機(jī)構(gòu)，通過(guò)合閘電磁鐵的釋放按鈕完成閉合操作。當(dāng)?shù)匕l(fā)生電力火災(zāi)時(shí)電流不超過(guò)2 000 A，因此將額定工作電流設(shè)定為4 800 A，從而有效降低了火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

智能斷路器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)包括單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)以及數(shù)字顯示技術(shù)，其中單片機(jī)技術(shù)能夠存儲(chǔ)所有可能引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)模型。研究人員經(jīng)過(guò)分析變配電站近年來(lái)的火災(zāi)情況，收集當(dāng)時(shí)的電壓和電流數(shù)據(jù)樣本，并將這些樣本投入單片機(jī)中進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練完成后的單片機(jī)與傳感器和顯示設(shè)備連接在一起，可很好地監(jiān)測(cè)線路，完成對(duì)故障的檢驗(yàn)。

在完成智能斷路器的改造后，技術(shù)人員通過(guò)改變參數(shù)進(jìn)行了危險(xiǎn)試驗(yàn)、臨界值試驗(yàn)以及安全試驗(yàn)，檢測(cè)智能斷路器的報(bào)警狀態(tài)，結(jié)果如表1所示。

表1 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

可見，投入使用后，智能斷路器有效完成了報(bào)警和保護(hù)動(dòng)作，保障了變配電站的用電安全。

4.2 人工智能技術(shù)在變壓器監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

某變配電站在改造電力系統(tǒng)時(shí)決定利用人工智能技術(shù)加強(qiáng)變壓器監(jiān)測(cè)，一方面收集和積累數(shù)據(jù)信息，另一方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器功能、供電穩(wěn)定以及用電安全。為保證智能監(jiān)測(cè)的有效性和準(zhǔn)確性，應(yīng)收集對(duì)象參數(shù)，訓(xùn)練智能設(shè)備，建立模型。例如，在監(jiān)測(cè)變壓器中，變壓器在一般工作狀態(tài)下的工作溫度為50～70 ℃，出現(xiàn)故障時(shí)電阻阻值會(huì)增加，因此智能監(jiān)測(cè)應(yīng)將變壓器溫度作為核心指標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)收集30個(gè)工作日內(nèi)的變壓器信息，通過(guò)調(diào)試了解不同負(fù)載下變壓器的溫度變化，構(gòu)建低負(fù)載、中負(fù)載、高負(fù)載以及過(guò)負(fù)載模型。同時(shí)，收集不同故障時(shí)變壓器的溫度，將得到的數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)中獲取樣本，并根據(jù)隨機(jī)森林法進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練，精準(zhǔn)歸納故障類型。單片機(jī)與傳感器相連接，在發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

智能系統(tǒng)包括單片機(jī)、通信結(jié)構(gòu)、傳感器以及其他附屬部分，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器附近配置的智能系統(tǒng)，精準(zhǔn)顯示變壓器工作狀態(tài)下的溫度值。異常情況發(fā)生時(shí)，智能系統(tǒng)能夠及時(shí)識(shí)別故障并發(fā)出警報(bào)。工作人員對(duì)相關(guān)輸入?yún)?shù)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 報(bào)警反應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，智能系統(tǒng)在變壓器監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中運(yùn)行良好，充分體現(xiàn)了人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用效果。

5 結(jié) 論

隨著科技的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展更加智能化和科技化。電氣行業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展應(yīng)滿足社會(huì)的需要和人們生活的需求。人工智能技術(shù)的應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制發(fā)揮了重要作用，有效提升了工作質(zhì)量和效率，保證了電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。電氣企業(yè)在發(fā)展中應(yīng)順應(yīng)時(shí)代潮流，結(jié)合電氣行業(yè)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新技術(shù)，推動(dòng)人工智能技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化，從而促進(jìn)電氣企業(yè)的健康發(fā)展。