電力系統(tǒng)運(yùn)行中電氣工程自動(dòng)化實(shí)踐應(yīng)用分析

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司鐵嶺供電公司 畢守東

電力系統(tǒng)正常安全運(yùn)行為人們生活生產(chǎn)提供了保障，對(duì)人們生活具有重大的影響。為了確保人們?nèi)粘陶Ｓ秒姡仨氁岣唠娏ο到y(tǒng)運(yùn)行安全和質(zhì)量，而電氣自動(dòng)化技術(shù)正是維護(hù)電力系統(tǒng)安全有效運(yùn)行的關(guān)鍵手段之一。在復(fù)雜電力系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以提高電力系統(tǒng)管理水平，還能及時(shí)處理系統(tǒng)中突發(fā)問題[1-2]。因此，電力企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)電力自動(dòng)化技術(shù)的認(rèn)知和了解，推動(dòng)企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，以便電力系統(tǒng)能夠持續(xù)為人們生活生產(chǎn)提供用電保障。

1 電力系統(tǒng)運(yùn)行中電氣工程自動(dòng)化實(shí)踐應(yīng)用作用分析

1.1 提升電氣產(chǎn)品質(zhì)量

在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用之前，人們對(duì)電氣產(chǎn)品的要求是質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，性能可靠即可，對(duì)其功能性要求幾乎沒有。隨著自動(dòng)化技術(shù)普及應(yīng)用，電氣產(chǎn)品發(fā)展水平不斷提高，電氣產(chǎn)品使用性能和質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，經(jīng)過長時(shí)間使用，仍能保持正常功能，維持電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1.2 提升系統(tǒng)維護(hù)及控制效率

目前電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，能夠很好解決電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和分析處理，使得電力系統(tǒng)管理更加高效，大幅度縮短了系統(tǒng)故障維護(hù)時(shí)間。所以，運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)可以提高電氣操作便捷性，并且還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)電氣設(shè)備聯(lián)合使用，促使控制效率提高[3]。

1.3 促進(jìn)負(fù)荷調(diào)整

負(fù)荷調(diào)整是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要調(diào)整手段。基于電氣自動(dòng)化技術(shù)，能夠保證系統(tǒng)用電指標(biāo)等更加合理，并且通過自動(dòng)化設(shè)備還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和負(fù)荷均衡化，減少負(fù)荷異常問題[4]。尤其是自動(dòng)化電氣設(shè)備應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)智能控制，減少用電低峰時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行能耗，保證系統(tǒng)良好運(yùn)行。

2 電力系統(tǒng)運(yùn)行中電氣自動(dòng)化常用技術(shù)分析

2.1 人工智能技術(shù)的應(yīng)用分析

我國幅員遼闊，電力系統(tǒng)縱橫全國，大部分地區(qū)工作環(huán)境非常惡劣，一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)問題，維護(hù)檢修難度較大，導(dǎo)致人們用電質(zhì)量下降。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)檢修以人工方式為主，效率低下。隨著人工智能技術(shù)快速發(fā)展，基于人工智能技術(shù)的電力系統(tǒng)能夠很好解決上述問題，并且系統(tǒng)能夠在一定程度上判斷和處理系統(tǒng)異常故障問題，采集數(shù)據(jù)并分析，快速提供解決方案，使得電力系統(tǒng)檢修相應(yīng)速度大大提高，短時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)正常用電，不斷提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，還降低了系統(tǒng)管理人員工作難度[5-6]。

2.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用分析

自動(dòng)化仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用發(fā)展而來，極大促進(jìn)了我國電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平提高，并且隨著技術(shù)發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與國際接軌。通過應(yīng)用自動(dòng)化仿真技術(shù)，可以仿真計(jì)算分析得到各種電力數(shù)據(jù)，為電力企業(yè)發(fā)展和科研提供支撐。另外，自動(dòng)化仿真技術(shù)還能與其他控制系統(tǒng)配合使用，形成閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于新裝置測試極其重要，能夠在實(shí)際應(yīng)用之前，找到問題并解決，提供電力系統(tǒng)裝置的性能，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。

3 人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)電氣自動(dòng)化中應(yīng)用實(shí)例

在電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中，電力系統(tǒng)母線保護(hù)是其重要控制對(duì)象，系統(tǒng)母線能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行直接決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。因此，一旦電力系統(tǒng)母線出現(xiàn)問題，必須要在最短時(shí)間內(nèi)將故障點(diǎn)隔離，并且維持整個(gè)系統(tǒng)能夠繼續(xù)安全運(yùn)行，為人們生活生產(chǎn)提供用電保證[7]。當(dāng)前，國內(nèi)電力系統(tǒng)母線保護(hù)主要基于電流比相原理，或者采用帶比率制動(dòng)的電流差動(dòng)原理來實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。但是大量實(shí)踐表明：基于上述原理采取的母線保護(hù)措施存在能力不足和抗電流互感器飽和的問題。本文研究中為了解決上述問題，提出了基于人工智能技術(shù)的ANN（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）以及仿真技術(shù)保護(hù)母線措施，并以實(shí)際案例進(jìn)行研究分析。

3.1 母線保護(hù)的ANN模型構(gòu)建

利用ANN數(shù)字模型來研究電力系統(tǒng)母線保護(hù)的實(shí)質(zhì)就是建立數(shù)字模型來代替實(shí)際存在的母線實(shí)體，以模型仿真計(jì)算實(shí)際系統(tǒng)中母線的輸入和輸出數(shù)據(jù)關(guān)系來研究分析解決問題的措施[8]。當(dāng)ANN數(shù)字模型為線性函數(shù)時(shí)，則說明電力系統(tǒng)中的母線保護(hù)物理實(shí)體是一種新型網(wǎng)絡(luò)，其輸出單一。并且，在這種情況下，電力系統(tǒng)中還存在一個(gè)隱含層，在研究中考慮該問題，是為了在滿足收斂穩(wěn)定性的前提下，提高網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。因此，本文研究以母線ANN數(shù)字模型進(jìn)行實(shí)證分析，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)研究成果，本次研究算法借鑒線性函數(shù)ANN訓(xùn)練算法，即輸入N與網(wǎng)絡(luò)隱含節(jié)點(diǎn)數(shù)（M）均為32，并且網(wǎng)絡(luò)w層和U層對(duì)角線中的每個(gè)權(quán)系數(shù)的初始值均為1，同時(shí)，非對(duì)腳線權(quán)系數(shù)的初始值為0。在確定上述基本條件情況下，開展仿真訓(xùn)練ANN模型，并且發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練次數(shù)接近200時(shí)，模型進(jìn)入收斂狀態(tài)，并趨于穩(wěn)定。

3.2 ANN模型的靈敏度檢驗(yàn)

當(dāng)ANN模型訓(xùn)練完成之后，再對(duì)其靈敏度進(jìn)行分析，考察輸出（單一）對(duì)輸入（多個(gè)）靈敏度。主要操作步驟為：設(shè)置最小靈敏輸入值，輸入到其中一個(gè)模型之中，其余模型的輸入值就設(shè)置為0；將模型輸出值與輸入值進(jìn)行對(duì)比分析，若輸出值大于輸入值，則說明模型靈敏度符合要求，否則，不滿足靈敏度要求。只有滿足靈敏度要求的ANN數(shù)字模型，才能用來研究母線保護(hù)。本文基于人工智能技術(shù)和仿真技術(shù)創(chuàng)建的ANN模型經(jīng)過檢驗(yàn)均符合研究需求，能夠用到電力系統(tǒng)母線保護(hù)的故障分析當(dāng)中。

3.3 基于ANN模型的母線保護(hù)故障啟動(dòng)及判斷方法

一般來說，電力系統(tǒng)母線保護(hù)分為故障啟動(dòng)、判斷等具體過程。其中，母線故障啟動(dòng)過程主要是母線保護(hù)能夠在最短時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)，并能夠最靈敏反映出母線上任何區(qū)域的故障，即母線啟動(dòng)需要具有快速性和靈敏性；而母線故障判斷過程最主要是能夠準(zhǔn)確分析判斷出故障的地點(diǎn)，不管是區(qū)域內(nèi)還是區(qū)域外，這個(gè)過程最重要的關(guān)注點(diǎn)在母線保護(hù)選擇性。

3.3.1 故障啟動(dòng)方法

考慮到母線保護(hù)要能夠以最快的速度和最靈敏反應(yīng)來反映母線的故障，所以本次研究采用兩種母線保護(hù)故障啟動(dòng)方法，經(jīng)過實(shí)際訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)，自適應(yīng)模型預(yù)測法能夠很好適用于母線保護(hù)的抗區(qū)外故障TA飽和問題研究，完美解決了基于電流比相原理而存在的電流互感器飽和能力較差的問題，另外，開啟母線出口則需要應(yīng)用電流瞬時(shí)幅值增量法。

3.3.2 故障判斷方法

母線判斷分為母線區(qū)內(nèi)判斷和區(qū)外判斷，其具體判斷方法如下：

母線區(qū)內(nèi)故障的判定。當(dāng)母線安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，通過母線ANN模型，利用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬訓(xùn)練分析，得出母線保護(hù)對(duì)象的輸出和輸入對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系。當(dāng)母線區(qū)內(nèi)發(fā)生故障后，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以發(fā)現(xiàn)母線保護(hù)對(duì)象的輸出與輸入關(guān)系發(fā)生變化，此時(shí)采集的數(shù)據(jù)將不能正確反映輸出和輸入關(guān)系，并且輸出往往較大，表明母線區(qū)內(nèi)存在故障問題，所以可以用此作為判斷依據(jù)。

由于母線保護(hù)對(duì)象受到TA飽和等因素影響，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，ANN模型輸出會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致工作人員對(duì)母線區(qū)內(nèi)故障判斷困難增加。本文研究為了解決該問題，在上述自適應(yīng)模型基礎(chǔ)上加入同步識(shí)別法，實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障判斷。該方法主要是對(duì)模型輸出變化情況和故障發(fā)生的時(shí)間差別來判斷故障問題，即考慮故障產(chǎn)生與輸出變化同步性。并且由于自適應(yīng)模型具有快速、靈敏功能，一旦母線出現(xiàn)故障，模型可以快速分析。具體過程為：當(dāng)母線發(fā)生故障，觀察ANN模型啟動(dòng)與輸出變大之間是否存在時(shí)間差，當(dāng)同步時(shí)，則說明故障在母線區(qū)內(nèi)，反之，則故障在母線區(qū)外。

母線區(qū)域外故障的判定。由上可知，母線區(qū)外的故障判斷也是根據(jù)ANN模型的輸出和輸入關(guān)系來判斷，當(dāng)母線保護(hù)對(duì)象區(qū)外發(fā)生故障，但輸出和輸入關(guān)系并不會(huì)出現(xiàn)變化，所以能夠用來作為判斷區(qū)外是否發(fā)生故障的依據(jù)。考慮到系統(tǒng)中TA飽和的問題，盡管在出現(xiàn)故障時(shí)，ANN模型輸出會(huì)變大，但實(shí)際上故障啟動(dòng)時(shí)間與模型輸出時(shí)間之間存在大約5ms的差別，因此能夠?qū)⑵渥鳛榕袛嗄妇€區(qū)外故障的依據(jù)。值得注意的是，這種故障判斷需要在母線保護(hù)的中心單元進(jìn)行。

4 結(jié)語

綜上可知，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用對(duì)提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，但我國電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展還有待完善。隨著國內(nèi)用電系統(tǒng)不斷增加，海量的用電數(shù)據(jù)導(dǎo)致電力系統(tǒng)管理難度逐漸提升，而自動(dòng)化技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)營和管理控制水平。所以，企業(yè)要加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用，如人工智能技術(shù)，并且探索出一套可有效實(shí)施的應(yīng)用方案，以提高我國電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，推動(dòng)我國電力系統(tǒng)發(fā)展，引領(lǐng)世界。