人工智能在電氣自動化控制中的應用分析

湖南電科院檢測集團有限公司 李 斌

隨著我國電力系統的發展，電氣自動化控制技術得到了廣泛應用，其主要是通過各種電氣自動化儀表、自控技術、設備的應用，實現電力系統的自動化運行與管理。目前，基于信息技術、網絡技術、專家系統、智能技術的不斷進步，人工智能發展較快，且在電氣自動化控制領域得到了廣泛應用，在其可模擬人類思維，具有學習能力，可精準進行故障診斷與分析，在提高電力系統自動化運行效率、安全性方面發揮著重要作用。本文圍繞人工智能在電氣自動化控制中的應用展開具體分析。

人工智能技術原理與發展情況

(一)人工智能技術原理

人工智能簡稱為AI（Artificial Intelligence），其作為一門學科，在1856年問世。人工智能涉及領域眾多，包括計算機科學、控制論、信息學、神經心理學、哲學、語言學等，屬于綜合性邊緣學科。目前，針對人工智能尚未有一個統一的表述，且不同學科對人工智能的理解、認知有所差異。從廣義上來看，人工智能技術是關于人造物的智能行為，包括知覺、學習、推理、交流以及復雜環境中的行為；從工程學的角度出發，人工智能技術主要是指借助人工使機器具備與人類智慧相關的功能，如：判斷、推理、證明、感知、理解、思考、識別、規劃、設計、學習以及問題求解等，可以將其理解為人類智慧在機器上的實現。

目前，人工智能技術主要可分為兩大類。一類是弱人工智能技術，主要是賦予機器某種既定的、事先設定的程序指令，只對特定外界刺激作出反應，無法自主改變。因此弱人工智能技術所表現的智能與行為可被人類控制，且不會對人類產生威脅，但是其無法如同人類一般通過自我學習提高智能性。另一類是強人工智能技術，其可因外界環境的變化與刺激產生自我意識，且可對此類變化與刺激進行分析、推理與判斷。強智能技術包括類人與非類人的兩種，前者機器擁有與人類類似的推理能力與思維方式；后者機器擁有自己的推理能力與思維方式。因此，強智能技術可按預先設定指令運行，或是根據環境需要運行，可主動完成任務，不完全依照實現設定的程序運行。

(二)人工智能技術發展情況

人工智能技術的誕生可追溯至20世紀50年代，發展至今其已經成為了最前沿、最熱門的高新技術之一。

1956年，達特碼斯大學正式以“人工智能”的名義召開了學習討論會，此次討論會長達兩個月，由此標志“人工智能”作為一門新學科出現。在過去的半個世紀里，人工智能技術的發展較為順利，其發展階段可大致劃分如下：1956年前——孕育時期；1956～1970年——形成時期；1966～1974年——暗淡時期；1970～1988年——知識應用時期；1986年至今——集成發展時期。尤其是20世紀80年代以來，隨著機器學習、計算智能、人工神經網絡、行為主義等領域研究的不斷深入，人工智能技術的發展越加成熟，且開始得到推廣應用，并進一步滲透到其他學科領域。

我國在人工智能領域方面的研究起步較晚，直至1978年，人工智能技術被納入國家計劃研究，由此時期開始，我國逐漸重視人工智能技術。1989年，我國第一次召開了中國人工智能控制聯合會議，并于1993年將智能控制、智能自動化等項目納入國家科技攀登計劃。基于國家政策與資金的大力支持，我國在人工智能領域方面的研究不斷深入，且在持續縮短與國際水平的差異，目前我國在人工智能技術方面已經取得了不少領先國際的創造性成果。從實際應用領域來看，人工智能技術已經在不同行業實現了推廣應用，且為我國現代化建設作出了巨大貢獻。本文從電氣自動化控制領域出發展開分析，詳細探討了人工智能的應用情況。

人工智能在電氣自動化控制中的應用優勢

電氣自動化控制技術，主要是通過各種工具與系統獲取信息，并對各種信息進行處理與決策，并將此運用于日常生產活動中，由此可全面提高實際生產運行效率與可靠性[4]。對于電氣自動化控制而言，其最重要的功能就是控制，而控制的前提是數據分析，借助人工智能可有效提高數據分析能力，保證決策的精確性與可靠性，提高控制效率與效果。人工智能在電氣自動化控制中的應用優勢具體可歸納為如下幾點。

(一)有效減小外界干擾

根據電氣自動化控制系統運行情況顯示，一般主要采取構建自動化模型的方式，其受到的干擾較為強烈，參數的變化、數值的計算均會對控制結果產生影響。基于此種運行模式下，大幅增加了電氣自動化控制難度，通過人工智能技術的應用則無需顧慮動態模型計算的準確性，在構建自動化模型時無需苛刻的運行環境，有利于提高電氣自動化控制水平。

(二)實現高效的參數調節

在電氣自動化控制領域中，通過人工智能技術的應用有利于簡化電氣控制，其操作性更強，且適應能力也要強于傳統的控制器。此外，人工智能在電氣自動化控制中的應用，需在語言、響應信息方面重新設計模型參數，由此參數調節更為高效、便捷。

(三)具有強大的適應性

基于傳統電氣自動化控制系統下，每一種控制往往都是應對某一個特定對象，實際控制效果較好，但是靈活性較差，一旦更換控制對象，往往無法獲得理想的控制效果。對此，通過人工智能技術的應用，可有效提高電氣自動化控制的適應性，無論是特定數據、還是隨機選擇的數據，只要輸入自動化控制系統內即可獲得相同的控制效果，自動化控制性能更加優越。

人工智能在電氣自動化控制中的應用要點

人工智能在電氣自動化控制中的應用主要可歸納如下五個方面：電氣設備、電氣控制、電力系統、故障診斷以及日常操作，下文就此展開詳細分析。

(一)電氣設備方面

電氣設備設計過程是一個十分復雜的工作，其不僅體現在涉及學科眾多方面，如：電路、電機、電磁場等，還體現在其需要大量的經驗知識。傳統設計方法主要是基于經驗不斷實驗，但是此種方法耗時耗力，且很難獲得最優設計方案。通過人工智能技術的應用，可實現計算機輔助設計，將員工經驗與計算機技術結合共同完成電氣設備的設計工作，有效縮短電氣產品開發周期，提高產品質量與使用效率[5]。同時，人工智能技術可應用于電氣設備運行中，其可代替人腦實現電氣設備自動化運行，不僅減小了操作人員工作壓力，也有利于提高電氣設備工作效率與準確度。

(二)電氣控制方面

在電氣自動化運行中，電氣控制是關鍵內容，只有嚴格按照要求控制每個運行環節，方可保證運行結果的可靠性。通過人工智能技術的應用，可有效提高電氣自動化控制能力，并提高工作運行效率，其可簡單的理解為利用事先設定的程序進行實時控制，目前常用的技術包括專家系統、神經網絡及模糊控制等[6]。以模糊控制為例，其主要是以模糊語言變量、推理為基礎，以專家經驗為原則，基于被控制對象的模糊模型，使用模糊控制器實現電氣自動化控制。

(三)故障診斷方面

電氣設備運行期間一旦發生故障，必然出現一些征兆，且不同征兆對應不同故障，因此此類征兆具有多樣性、不確定性以及非線性特征。對此，基于人工智能技術的應用，可通過各種征兆分析，快速、精確判斷故障原因，并進行隔離與修復，及時恢復電氣設備正常運行。

電氣設備故障診斷中，主要采用的是人工智能中邏輯模糊“神經網絡”專家系統，以變壓器為例，可通過變壓器油中溶解氣體分析，判斷故障類型、程度，并提出處理建議，為系統正常運行提供可靠保障[7]。此外，智能巡檢機器人系統也是一大重要發展方向，其可提供視覺檢測、紅外測溫、遠程控制、智能分析、缺陷管理、儀表讀數、閘刀和開關狀態判別、微氣象數據采集分析及自主充電等功能。此系統主要可分為變電站巡檢機器人（移動站系統）、后臺系統（基站系統）兩大部分，后臺系統由運維人員使用，可控制變電站巡檢機器人，發出命令，并展示與分析設備巡檢數據等。對此，必須保證后臺系統安全穩定運行，完善相關測試工作，尤其是要落實長時間、大規模、連續性、極限性測試，從而保證智能巡檢機器人系統能夠取得良好的使用效果。

(四)電力系統方面

人工智能技術在電力系統中的運用，常用的是神經網絡、專家系統及模糊集理論，尤其是專家系統最為普遍。專家系統融合了諸多專家知識、判斷經驗在人工智能系統內，一旦在電力系統運行時遭遇相關問題，可及時調動存儲的知識與經驗進行問題判斷與處理[8]。此系統要求定期更新數據內存，及時補充新問題、新方法，保證程序運行的可靠性。

(五)日常操作方面

與人工操作相比，人工智能技術的應用可將繁瑣的操作簡單化，且可提高操作效率、精準度。在電氣自動化控制中，對人工操作的要求十分嚴格，一旦操作失誤將導致嚴重后果，引發重大故障，經濟損失巨大。基于人工智能技術的應用，有利于簡化操作界面，實現遠程控制，提高電力系統運行效率與安全性。

人工智能在電氣自動化控制中的案例分析

(一)項目背景

某電廠配置5臺發電機、6臺主變壓器、1臺高壓備用變壓器，出線包括1段110kV 母線、東西2段10kV 母線、南北2段35kV 母線，可通過聯絡變壓器、母線開關連接。發電機端為高壓廠用電，使用電抗器取電；變壓器主控室內設置電氣設備，2臺一組設置在鍋爐、汽機兩側，使用通信信號聯系。

(二)人工智能技術應用

本項目終期規模包括電廠全廠電氣系統，配置人工智能調節器，具體功能配置如下：取消原本控制屏、保護屏，采用微機控制與保護裝置；對保護控制屏自投設備、電抗器保護進行更新，采用電抗器微機保護與自投裝置、測控裝置，實現直流、溫度與指揮信號控制；開關柜中安裝微機保護測控裝置，設置廠用電度表，收集各個單元與電能信息。

基于人工智能技術在電氣設備自動化控制中的應用，具體表現如下：

設置十八面微機保護測控屏、計算機工作站，基于先進網絡技術實現資源共享、雙向通信；基于電氣運行人員操作習慣，設置軟手操作，減少誤操作，提高自動化運行水平；基于人工智能技術實現全部模擬量、開關量的實時收集，根據實際需求存儲與處理，且可直觀展現系統、一次設備運行狀態；基于人工智能技術對主要設備的開關量狀態、模擬量數值進行實時監控，并提供報警功能，利用計算機可遠程控制電動隔離、斷路器開關，調整勵磁電流，根據順控程序實現同期并網帶負荷及停機操作；電氣自動化控制系統內設置操作權限，滿足運行值班管理需求。

綜上所述，自動化控制是電氣工程領域的一大進步，人工智能技術的運用更是實現了電氣自動化控制水平的全面提升。基于電氣工程實際發展中，因根據實際需求與既有系統運行情況，合理選擇人工智能技術，增強系統數據采集、分析與處理能力，全面提高自動化控制效率與水平。