淺談電氣自動化控制中的人工智能技術

國網建始縣供電公司 陳久慧 謝文

隨著時代的發(fā)展和進步，我們國家的科技水平日益提高，在一些技術的研究開發(fā)中，正逐漸向自動化和智能化發(fā)展。將人工智能技術引入到電氣自動化控制中，實現(xiàn)人工智能技術和電氣自動化控制有機地結合起來正是大勢所趨。運用人工智能技術，可以大幅度地減少電氣技術的使用費用，提高電氣技術的運行效率，保證電氣技術在實際應用中的安全性，減少事故的發(fā)生。因此，持續(xù)加大人工智能技術對電氣自動化控制中的研究和應用是非常有實際意義的。

1 人工智能技術在電氣自動化應用中的概述

人工智能技術，也就是所謂的AI 技術。人工智能技術是以信息技術為基礎，通過圖像識別、語言識別和計算機等技術來實現(xiàn)智能化應用。目前，我國非常重視人工智能技術的發(fā)展，并將其應用到各個領域。在電氣自動化的進程中，也逐漸采用了人工智能技術，比如，在自動化儀器和信息處理領域，都是由人工智能來完成的。在電氣自動化方面，利用人工智能技術可以極大地彌補傳統(tǒng)的人工方面的不足[1]。具體來看，將人工智能技術應用于電力自動化領域，可以極大地節(jié)約人力，降低不必要的人力和物力，簡單來說就是引入了人工智能技術以后，就可以利用人工智能來收集、分析、處理數(shù)據(jù)，這就大大減少了人力資源的消耗。同時，由于采用人工操作，很可能會因為操作不當而造成故障，所以，在人工智能的應用中，電氣設備可以利用計算機技術，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，從而有效地避免了人為的失誤，所以，只要保證電氣設備和人工智能技術的硬件配置，就可以保證電氣自能化運行的準確性。另外，將人工智能技術運用到電氣控制系統(tǒng)中，可以保證電氣設備的標準化和性能，通過人工智能技術，可以實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動控制，從而提高電力系統(tǒng)的運行效率，同時也可以通過信息化的設備來控制系統(tǒng)的運行，而不是簡單的重復生產。這樣就可以在很大程度上保證產品的標準化和一致性，從而保證了產品在生產中的質量。

2 人工智能技術在電氣自動化應用中的優(yōu)勢

2.1 穩(wěn)定性

人工智能技術的發(fā)展離不開信息技術的發(fā)展，正是信息技術的發(fā)展為人工智能發(fā)展提供了有力保證。目前，人工智能技術正在朝著更加完善和穩(wěn)定的方向發(fā)展。經過幾年的發(fā)展，信息技術發(fā)展日趨成熟和穩(wěn)定，為人工智能技術的發(fā)展和應用提供了堅實的技術支撐。所以，以信息技術為基礎的人工智能技術，也可以保證系統(tǒng)的正常工作，并且具有很高的穩(wěn)定性。在電氣自動化作業(yè)中，利用計算機信息技術實現(xiàn)了對設備的信息化管理，并對其進行了周期性的維護，從而保證了生產的平穩(wěn)運行。一般而言，人工智能技術只要設置特定的參數(shù)，就可以完成一系列復雜的工作，比如對設備進行維修，對故障進行人性化的匯報，這樣既可以節(jié)約大量的人力和資源，又可以保證維修的精確度和穩(wěn)定性[2]。而且，將人工智能技術運用到電氣自動化系統(tǒng)中，可以對電氣自動化系統(tǒng)進行及時、準確的檢測和維修，保證了電氣自動化設備在長時間的使用中的安全性。

2.2 便捷性

相對于傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，由于采用了人工智能技術，使得電氣化的運行變得更為方便。在傳統(tǒng)的方式下，要耗費大量的人力、物力、財力，并且在運行的時候，會有一些人為的原因造成系統(tǒng)的故障，所以在人工智能的運用下，這些問題都可以得到很好地解決。通過將人工智能技術和電氣化技術相結合，極大地改善了電子控制技術的使用，實現(xiàn)了自動化、智能化的數(shù)據(jù)處理和設備的操作。在電子系統(tǒng)中引入智能化元素，使得電子系統(tǒng)和電子設備操作更加靈敏和智能化。因此，相對于傳統(tǒng)的控制方式，引入人工智能機術在電氣自動化設備上的應用將更加方便，是對電氣自動化技術的一種改進和完善，推動了電氣化的發(fā)展。

2.3 實用性

人工智能技術是一種以多項技術相結合而成的技術，它是以計算機技術和智能化技術為核心，通過對人的行為進行特定的仿真，從而實現(xiàn)各項領域在人工智能技術的應用。將智能技術和電氣系統(tǒng)結合起來，就等于為電氣系統(tǒng)的運行提供了更加精確、穩(wěn)定、先進的安全保障。人工智能技術能夠在最大限度地減少損失的前提下，根據(jù)設備的實際使用狀況，對設備進行合理的響應，從而保證設備的安全。同時，利用人工智能技術可以大大節(jié)約人力、物力，為相關企業(yè)節(jié)約大量的資金，提高生產效率，節(jié)約能源，降低生產成本，具有很強的實用價值。

3 人工智能技術在電氣自動化控制中的主要應用場景

3.1 電氣設備設計

電氣設備在電氣自動化系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，其運行狀況直接影響到其控制能力的上限和下限。為了間接地提高電氣系統(tǒng)的工作效率和電氣系統(tǒng)的控制效果，需要將人工智能技術運用到電氣系統(tǒng)的設計方案中，使其具備一定的智能判斷和環(huán)境感知能力，從而在不需要人為干預的情況下，實現(xiàn)對設備的正常工作。比如，在電氣裝置上安裝一個微控制器和一個執(zhí)行元件，在監(jiān)控到該裝置的異常情況時，控制器就可以判定該裝置的行為狀態(tài)，并對該執(zhí)行元件發(fā)出暫時斷路、充電和放容等控制命令[3]。

3.2 故障預警

將人工智能運用在電氣系統(tǒng)的操作過程中，通過傳感器等終端感知裝置，對現(xiàn)場的溫度、電流、電壓等進行連續(xù)的采集，并向系統(tǒng)的后臺發(fā)送數(shù)據(jù)。然后，經過預處理，將監(jiān)控信號轉化為可辨識的數(shù)據(jù)，將監(jiān)控數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)進行比較，當兩者的誤差超過一定范圍，或者操作參數(shù)出現(xiàn)異常變化，則表示電氣系統(tǒng)的實際工作狀況與實際情況不符，系統(tǒng)會發(fā)出相應的故障預警，以便于工作人員迅速發(fā)現(xiàn)問題，并采取相應的處理措施，避免由于故障未及時處理導致電氣設備燒損等嚴重損失。在故障預警方面，與自動控制技術相比，人工智能技術具有更大的優(yōu)越性，除了通過對實時監(jiān)控和整定值的比較，還可以通過現(xiàn)場實際情況進行有邏輯地分析采集到的數(shù)據(jù)，從而了解設備的工作狀態(tài)，判斷設備的故障征兆，并在識別到故障征兆后就報警，無需等到出現(xiàn)實質性故障問題后再發(fā)送自動報警信號。

3.3 故障排查診斷

首先，在故障診斷方案中，通過設置PLC 控制器等設備，在電氣自動控制系統(tǒng)中設置幾個自檢信號，利用智能芯片，對高壓變壓器、電機等電氣設備進行圖像處理、電路診斷、頻率參數(shù)分析等常規(guī)手段，對變壓器、電機等電氣設備進行故障診斷，一旦發(fā)現(xiàn)故障，或者故障曲線與故障特征的相似性達到一定程度，就會對故障進行預警和診斷。而故障診斷的基本原理就是通過對設備數(shù)據(jù)的不斷收集、分析、補全、標注等數(shù)據(jù)的處理，然后利用人工智能技術對設備的關鍵特征進行建模，從而對設備的剩余壽命進行預測，并進行故障判定。其次，在故障診斷方案中，以專家智囊團為基礎，通過分析故障設備的運行參數(shù)，提取出具有高相似性的故障實例，并將故障的設備參數(shù)與同類案例中的電流、電壓等參數(shù)進行比較，從而確定故障類型、原因及故障發(fā)生的原因，并通過智能算法，自動產生故障診斷報告、應急處理方案和維修方案。此外，員工還可以利用系統(tǒng)的追溯分析工具，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取故障發(fā)生前后的設備運行數(shù)據(jù)，了解設備的故障發(fā)展狀況，并通過追溯分析結果與故障診斷結果的一致性，為故障診斷的準確性提供了雙重保障。

3.4 電氣設備閉環(huán)邏輯控制

在電氣設備控制過程中，人工智能技術將采取閉環(huán)邏輯控制方式，把受控對象的狀態(tài)信息反饋到輸入端，對比輸入值和反饋信息，根據(jù)二者偏差情況來下達相應糾偏指令，直至系統(tǒng)輸出情況達到預期要求為止。如此，在無人工干預前提下，系統(tǒng)可以自動糾偏受外部環(huán)境、設備老化、設備長時間運行等因素影響而偏離的運行參數(shù)，避免參數(shù)誤差持續(xù)積累而引發(fā)設備故障等一系列連鎖問題。如此，工作人員僅需提前編寫控制程序、設定各項參數(shù)整定值與劃定偏差范圍、不定期檢查系統(tǒng)運行狀況和著手解決設備故障等突發(fā)問題，即可保持電氣設備乃至電氣工程的良好運行工況，無需全程參與到電氣控制過程當中，這有利于簡化控制流程與減輕工作負擔。此外，考慮到現(xiàn)場環(huán)境與設備狀態(tài)并非一成不變，由電氣控制系統(tǒng)定期對既定整定值的合理性進行分析，綜合分析現(xiàn)場環(huán)境條件、控制要求、電氣設備運行狀況等因素，重新計算電壓、電流、電機轉速等電氣參數(shù)的最佳整定值，從而解決因現(xiàn)場環(huán)境等要素發(fā)生變化后固有整定值缺乏實際參考價值的問題。

3.5 狀態(tài)監(jiān)測

在早期的電氣工程中，建立的電氣自動化控制系統(tǒng)對故障的處理能力十分有限，往往都是在發(fā)生故障后，才會采取自動報警、故障診斷、切斷故障部分與正常部分的聯(lián)系，但是長此以往，會對企業(yè)產生重大的經濟損失。為此，必須將人工智能技術運用于狀態(tài)監(jiān)控場景，通過對設備運行狀況，進行及時采集，并根據(jù)歷史運行情況進行預測，判斷設備超載、欠壓、過流等故障的發(fā)生概率，當故障發(fā)生率達到一定程度后，及時調整設備運行參數(shù)，停機檢修等措施，將設備的故障隱患消除于無形，從而防止設備故障，造成實質性損失。

4 人工智能技術在電氣自動化控制中的運用難點

4.1 人工智能技術成本控制

當前在電氣自動化控制中提出了一種基于神經網絡的新方法，即基于神經網絡的方法來實現(xiàn)對環(huán)境變量和技術參數(shù)的控制。但是，在電氣自動化系統(tǒng)中運用人工智能技術進行管理和技術優(yōu)化，可以解決一些具體問題，但是從技術尚未完全成熟和長期的發(fā)展趨勢來看，必須根據(jù)其發(fā)展的核心特征和發(fā)展趨勢，對其進行成本控制。所以，將人工智能技術推廣到電氣自動化領域，就必須在技術成本控制方面進行優(yōu)化，加大技術內容的深度開發(fā)，以及技術創(chuàng)新和集成力度，以此降低技術應用成本。

4.2 設備軟件及硬件系統(tǒng)優(yōu)化

對設備的軟硬件系統(tǒng)進行優(yōu)化，是將人工智能技術應用于電氣自動化的前提，不同性能的電氣自動化裝置，其控制邏輯和軟件編程都有差異。根據(jù)不同的電氣自動化裝置，如何進行軟硬件的優(yōu)化，是實現(xiàn)智能化技術應用的最大優(yōu)勢。但在目前的電氣自動化領域，由于采用了人工智能技術，存在著技術分化、技術整合困難等問題。一些尖端科技的應用，使其能夠比較完整地將人工智能技術應用到電力自動化裝置中，但由于其使用門檻較高，無法滿足中小型電氣自動化裝置的需要。一些比較成熟的人工智能技術的優(yōu)化，由于技術滯后，不能充分利用其核心優(yōu)勢。

4.3 技術適配效果及電氣自動化設備的調試

將人工智能技術用于電氣自動化設備的技術調試是非常重要的，它有助于提高故障診斷的效率和強化數(shù)據(jù)參數(shù)的管理。比如，在變頻恒壓水箱中，要解決變頻恒壓水箱在各種工況下的排水量控制、壓力控制、數(shù)據(jù)分析和故障排除等問題。通過人工智能技術，可以提高變頻恒壓水箱的穩(wěn)定性，防止變頻恒壓水箱出現(xiàn)過負荷和頻率變化，增強變頻恒壓水箱對數(shù)據(jù)的控制和分析能力，解決一些結構性技術問題對電氣自動化設備穩(wěn)定運行的影響[4]。

5 基于人工智能的電氣化的應用策略

5.1 優(yōu)化設計領域

在電氣設備的設計中，往往存在著極其繁瑣的工序。比如：相關電路、磁場等領域的設計，需要有大量的理論知識和豐富的設計經驗，將以前的設備用試驗方法完成。在信息技術發(fā)展過程中，若將電子產品的手工采集逐漸轉變?yōu)槿斯ぶ悄苄问剑梢源蟠罂s短產品的研發(fā)周期，藉由電腦CAD 技術，可以有效地提高設計者的設計品質與效能。電氣設備在人工智能中的應用主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）遺傳算法；（2）系統(tǒng)算法。與傳統(tǒng)的遺傳算法相比，由于其本身具有的優(yōu)勢，使得其計算精度得到了極大地提升，因此被廣泛地應用于電氣系統(tǒng)中。

當電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)算法可以通過捕獲數(shù)據(jù)，并與系統(tǒng)算法相結合，實現(xiàn)對電氣產品的有效分離。

5.2 診斷應用

電氣設備的運行一般要求各個部件協(xié)同工作，因為某些部件如發(fā)動機、發(fā)電機等會出現(xiàn)故障，從而導致整個電氣系統(tǒng)的運行中斷。因此，為了確保項目的順利進行，必須在設備的操作中持續(xù)加大對項目的檢查。然而，常規(guī)的故障診斷方法往往無法及時地找到故障的根源，從而造成資源的浪費。因為許多電氣故障都是突發(fā)事件，為了對故障進行有效的預報，可以在電器上增設一個故障警報，當計算機的控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設備有問題時，會將工作狀況發(fā)送給控制中心，從而使整個操作過程結束，從而減少產品的損失率。利用人工智能控制系統(tǒng)，能夠在設備出現(xiàn)故障之前，對設備進行實時的預報，并將網絡神經控制與人工智能技術相結合，在極其復雜的操作環(huán)境中，快速地發(fā)現(xiàn)故障的根源，極大地提高了設備的診斷效率，降低了企業(yè)的各種損失。

5.3 在電氣控制領域的應用

人工智能控制在電氣生產的全過程中起著舉足輕重的作用，它能保證電氣系統(tǒng)的正常運轉。然而，在電氣自動化系統(tǒng)中，由于其控制程序嚴格，且對設備的控制過程十分復雜，故可充分發(fā)揮計算機的運算功能，從而提高電氣控制的精確性。工作人員可以利用人工智能技術的自動計算、預測結果、精確控制等運算特性，通過一個簡單的控制界面，完成對系統(tǒng)的遙控，并自動存儲有關的數(shù)據(jù)和計算結果，并通過圖形的方式顯示出來，方便操作人員日后的控制。

5.4 將智能應用融于電力系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)的控制方法主要有專家系統(tǒng)和神經網絡兩種。專家系統(tǒng)的相關應用軟件比較復雜，針對電氣系統(tǒng)在運行過程中遇到的問題，進行實時仿真，并對其進行情景判定，再結合實際情況，認真研究電氣系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和領域，適時地更新數(shù)據(jù)庫，使之適應人類的需求。與傳統(tǒng)的神經網絡相比，這種算法更具靈活性，它采用了特殊的存儲模式來處理大量的電氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并利用神經網絡的分類特性對數(shù)據(jù)進行分類，以輸入和輸出的形式顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)。所以，在電氣系統(tǒng)中運用人工智能技術，可以建立一個電氣產品的預測模型，在短時間內，可以對有關的產品進行預測，并給出相應的預報，為技術人員提供綜合的數(shù)據(jù)分析，提高電器的使用效率。

6 結論

總之，人工智能技術是對電氣自動化的一種擴展，在電子信息技術飛速發(fā)展的今天，它作為先進技術的典型。在人工智能的支持下，將人工智能技術運用到電氣自動化的控制中，實現(xiàn)了對電氣自動化的管理，這將大大促進電力系統(tǒng)的智能化，從而大大地提高了電氣自動化的質量和效率，降低了企業(yè)不必要的投資，使得整個電力系統(tǒng)的生產效率得到了極大地提升。