智能化技術(shù)在電力工程自動(dòng)化中的應(yīng)用

吳劍坪

（泉州億興電力工程建設(shè)有限公司泉州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)分公司，福建 泉州 362000）

0 引言

近些年來，我國(guó)對(duì)電力能源的需求不斷增加，各個(gè)城市電網(wǎng)的供配電壓力也不斷增加，電力企業(yè)的供配電效率必須得到提升。而電氣工程及其自動(dòng)化可以提高電網(wǎng)的供配電效率，因此該技術(shù)在電力系統(tǒng)和建筑電氣工程中的應(yīng)用迫在眉睫。

1 電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)之間的關(guān)系分析

智能化技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化進(jìn)一步發(fā)展的方向，智能化技術(shù)控制電氣設(shè)備需要的人力資源更少，但是控制效率更加安全高效。電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)是智能化技術(shù)的基礎(chǔ)，智能化技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)的升華。當(dāng)前采用的是電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來電力行業(yè)將使用智能化技術(shù)代替電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行智能化控制。

2 建筑電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)常見應(yīng)用方向

2.1 自動(dòng)化控制應(yīng)用

建筑電氣工程中，智能化技術(shù)與神經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了建筑電氣工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)和運(yùn)算，極大地提升了整個(gè)建筑電氣工程的控制效率，同時(shí)也提升了自動(dòng)化控制的運(yùn)行效率和資源利用率，整個(gè)智能化技術(shù)下的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)、自我控制的能力，即使在復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境之下依舊可以保持高效穩(wěn)定地運(yùn)行[1]。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用

在建筑電氣工程中使用監(jiān)控的手段已經(jīng)比較常見，對(duì)建筑電氣工程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以降低電氣故障發(fā)生的概率。而建筑電氣工程智能化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過監(jiān)控設(shè)備捕捉到安全事故信息，立即采取保護(hù)措施并發(fā)出警報(bào)，可以有效地防止電氣安全事故的危害擴(kuò)大[2]。

2.3 故障診斷應(yīng)用

智能化技術(shù)可以與人工智能技術(shù)相互結(jié)合，利用電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)故障發(fā)生的位置和原因進(jìn)行診斷，極大地提高了故障診斷的效率，有效地保障了電氣工程中設(shè)備的安全。人工故障排查和診斷的效率非常低，容易影響建筑電氣工程的正常工作。

2.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

建筑電氣工程中常用的技術(shù)為建筑信息模型，即BIM技術(shù)，通過智能化技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員精簡(jiǎn)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，提高電氣系統(tǒng)的智能化控制效率。

2.5 供配電智能化管理應(yīng)用

建筑電氣工程供配電智能化管理可以減少人力資源的投入，如果電力公司采用人工的方式對(duì)建筑內(nèi)各用戶的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，會(huì)浪費(fèi)大量的人力資源而且還不能保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，因此最佳的供配電管理方式就是在建筑電氣工程中采用智能化技術(shù)對(duì)電氣系統(tǒng)的供配電進(jìn)行管理。

3 電力系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)應(yīng)用

3.1 智能變電站

電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)可以應(yīng)用在智能變電站中，智能變電站的功能需要依賴于自動(dòng)化控制器、電氣設(shè)備參數(shù)儀表、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及通信技術(shù)而實(shí)現(xiàn)，唯有通過以上技術(shù)的支持，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的智能化控制。智能變電站通過傳感器采集電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，從而分析各個(gè)電力設(shè)備是否存在潛在的安全隱患，最后根據(jù)電力設(shè)備的故障原因即可智能化地選擇最佳的處理方式，這樣就可以保證智能變電站穩(wěn)定、安全地進(jìn)行工作。智能變電站利用智能化技術(shù)提高了電力系統(tǒng)的供配電效率，在用電高峰期和低谷期分別對(duì)變電站進(jìn)行智能化調(diào)整，降低了電力能源的浪費(fèi)，提高了電氣企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，符合綠色環(huán)保、節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。智能變電站最重要的一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)交流，變電站必須在了解當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的用電情況后，才能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行智能化控制，因此大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能變電站中的使用也是至關(guān)重要的一部分，大數(shù)據(jù)技術(shù)同樣屬于智能化技術(shù)，該技術(shù)可以提高智能變電站收集和處理數(shù)據(jù)的能力。智能變電站體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能變電站體系結(jié)構(gòu)圖

智能變電站體系分為站控層、間隔層和過程層3層結(jié)構(gòu)，其中站控層設(shè)備由站控層A網(wǎng)、B網(wǎng)、監(jiān)控主機(jī)、打印機(jī)以及遠(yuǎn)程通信服務(wù)器組成；間隔層由保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波、電能表以及規(guī)約轉(zhuǎn)換器等設(shè)備組成；過程層由電流合并單元、電壓合并單元、電流互感器、電壓互感器、短路智能終端以及常規(guī)一次設(shè)備等設(shè)備組成。

在某智能變電站中運(yùn)用智能化檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)管理人員、電力設(shè)備、故障情況以及維修情況進(jìn)行分析，通過建立數(shù)據(jù)庫分析上述因素之間的關(guān)系。

管理人員按照智能化檢測(cè)系統(tǒng)的屬性對(duì)電力設(shè)備、故障情況以及維修情況3個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，電力設(shè)備與故障情況和維修情況2個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息交互，故障情況與維修情況數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息交互，維修情況則與故障情況數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息交互。

該變電站智能化控制系統(tǒng)通過創(chuàng)建智能分析模塊對(duì)故障出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，該智能分析模塊中的故障關(guān)鍵變量為漏油故障、油位故障、溫差故障、切換開關(guān)故障、鐵芯絕緣故障、閃絡(luò)故障、穢物故障、散熱故障、繞組漏電故障、繞組變形故障、嚴(yán)重異常、中等異常以及輕微異常，其中嚴(yán)重、中等和輕微異常設(shè)置不同的故障代碼，而其他故障類型各自設(shè)置其他類型的故障代碼，通過故障代碼明確區(qū)分各種故障原因，最后再通過ESN_Train()和ESN_Analysis()函數(shù)設(shè)計(jì)算法流程。

首先，變電站智能控制系統(tǒng)判斷輸入樣本是否能夠進(jìn)行迭代；其次，根據(jù)輸出結(jié)果的數(shù)據(jù)狀態(tài)判斷是否能夠繼續(xù)迭代；最后，可以得到故障數(shù)據(jù)結(jié)果，而故障結(jié)果大于1，就立即對(duì)變電站進(jìn)行停機(jī)處理，如果結(jié)果介于0.5～1就應(yīng)該返回輸出故障結(jié)果步驟重新進(jìn)行判斷，而結(jié)果小于0.5就應(yīng)該立即派人檢修變電站設(shè)備。

根據(jù)該流程圖即可對(duì)故障原因進(jìn)行量化分析，整個(gè)工程全部自動(dòng)化完成，無須人工參與和干預(yù)，算法可以自主判斷電力設(shè)備的工作裝備是否正常，并根據(jù)結(jié)果完成停機(jī)、檢修或者繼續(xù)運(yùn)行等操作。

3.2 電廠的自動(dòng)化

電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)可以在電廠的自動(dòng)化管理中應(yīng)用。例如風(fēng)電廠通過主發(fā)電機(jī)、自動(dòng)迎風(fēng)轉(zhuǎn)向裝置完成風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電的效率與風(fēng)力有直接關(guān)系，風(fēng)力不同則風(fēng)力發(fā)電的效率也不同。因此風(fēng)電廠中風(fēng)力不同，各個(gè)發(fā)電設(shè)備的參數(shù)設(shè)置也不盡相同，可以先使用智能化技術(shù)對(duì)風(fēng)力進(jìn)行分析；其次，根據(jù)風(fēng)力參數(shù)的變化對(duì)各個(gè)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行智能化調(diào)整；最后，就可以保證風(fēng)電廠的發(fā)電效率。而火電廠則更加需要智能化技術(shù)，火電廠的發(fā)電過程比風(fēng)電廠更復(fù)雜，需要控制的流程和環(huán)節(jié)也比較多，因此火電廠需要利用智能化技術(shù)對(duì)各個(gè)流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)火電廠發(fā)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化情況分析故障原因和位置，提高火電廠的發(fā)電效率以及保證火電廠的安全性和穩(wěn)定性[3]。某火電廠電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化流程如圖2所示。

由圖2可知，火電廠電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化具備大氣監(jiān)測(cè)、煙氣監(jiān)測(cè)、電除塵控制、輸煤控制、除灰除渣控制、吹灰控制、水處理控制、聯(lián)鎖保護(hù)、信號(hào)報(bào)警以及輔機(jī)控制等功能。

圖2 火電廠電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化流程圖

3.3 電力調(diào)度的自動(dòng)化

電氣系統(tǒng)電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)可以在電力調(diào)度的自動(dòng)化管理中應(yīng)用。電力系統(tǒng)中最重要的就是電力能源的調(diào)度和管理，無論城市還是鄉(xiāng)村發(fā)電廠，它們可以供給的電力能源是有限的，當(dāng)發(fā)電廠不能供給出足夠多的電力能源時(shí)，需要足夠高的電力調(diào)度效率才能保證生活和生產(chǎn)需要的電力能源得到滿足。首先，智能化技術(shù)可以從電力調(diào)度的信息監(jiān)控、電網(wǎng)載荷、供配電調(diào)整以及故障分析4個(gè)方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，信息監(jiān)控即對(duì)各地的用電需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；其次，根據(jù)電網(wǎng)載荷對(duì)供配電進(jìn)行調(diào)整，使各個(gè)地區(qū)的用電需求得到滿足；最后，利用故障分析預(yù)測(cè)電力調(diào)度過程中可能發(fā)生的問題，這樣才能通過智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力調(diào)度的自動(dòng)化控制。

電力調(diào)度的自動(dòng)化主站運(yùn)維操作系統(tǒng)由應(yīng)用層、接口層和對(duì)象層3個(gè)部分構(gòu)成，其中應(yīng)用層負(fù)責(zé)安全管控工作，主要具備流程化管控、合規(guī)性檢查、規(guī)則庫管理、運(yùn)行工況監(jiān)視、結(jié)果自檢、統(tǒng)計(jì)分析、操作預(yù)演以及自動(dòng)巡檢等模塊功能；接口層負(fù)責(zé)權(quán)限管理工作，主要具備工況巡視適配接口、操作命令適配接口、檢修票信息同步適配接口、網(wǎng)管適配接口、內(nèi)網(wǎng)安全適配接口以及動(dòng)環(huán)適配接口等模塊功能；對(duì)象層負(fù)責(zé)防誤操作工作，主要具備節(jié)點(diǎn)、進(jìn)程、數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、安全設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等模塊功能。

4 電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)應(yīng)用

電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)化、綠色化以及模塊化的方向發(fā)展。其中網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用前景中智能化技術(shù)的核心就是數(shù)據(jù)分析，對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)分析得越精準(zhǔn)，就越容易預(yù)防電氣工程中出現(xiàn)安全事故或者設(shè)備故障等問題，因此電氣設(shè)備數(shù)據(jù)必然需要通過聯(lián)網(wǎng)的方式進(jìn)行整合和分析，只有網(wǎng)絡(luò)化才能提高電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)應(yīng)用效果，智能變電站、電廠電力系統(tǒng)以及電力調(diào)度運(yùn)維操作系統(tǒng)都已經(jīng)開始利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面可視化，極大地提高了各個(gè)系統(tǒng)的工作效率和質(zhì)量；綠色化應(yīng)用前景中，智能化技術(shù)可以在電氣工程的各個(gè)方面推動(dòng)智能化設(shè)備的運(yùn)用，降低了電氣工程的成本，提高了電氣工程的智能化控制精度，有效減少了電力生產(chǎn)過程中的污染，有利于綠色節(jié)能型電氣工程的建設(shè)，智能變電站、電廠電力系統(tǒng)以及電力調(diào)度運(yùn)維操作系統(tǒng)的應(yīng)用直接提高了電力工程的自動(dòng)化和智能化水平，但是并不會(huì)在電力生產(chǎn)中造成更大的電力污染，反而減少了電力能源的浪費(fèi)；模塊化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是方便、快捷、高效以及精準(zhǔn)，因此為了提高智能化技術(shù)下電氣工程控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，必然會(huì)朝模塊化的方向發(fā)展，只有模塊化的智能化電氣工程控制系統(tǒng)才能夠在更多電力企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)論

綜上所述，電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)和建筑電氣工程中都已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，可見該技術(shù)對(duì)電力行業(yè)的影響非常深遠(yuǎn)。在該文中，智能變電站、電廠電力系統(tǒng)以及電力調(diào)度運(yùn)維操作系統(tǒng)都可以明顯看出模塊化的特征，模塊化的優(yōu)勢(shì)在于刪減較為便利，有利于后期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和再次優(yōu)化。因此，電力企業(yè)必須著手推動(dòng)電氣工程及其自動(dòng)化的智能化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，提高電氣配給的安全性和穩(wěn)定性，從而更好地為生產(chǎn)和生活提供電氣服務(wù)。