智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的運用

徐繼祥

（國能浙江能源銷售有限公司，浙江杭州 310000）

現(xiàn)今，智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。采用智能技術(shù)，可提升電力系統(tǒng)控制能力，使系統(tǒng)整體得到優(yōu)化，滿足電力系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展需求。傳統(tǒng)的控制與優(yōu)化手段已無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，需在智能技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，使其自動化水平不斷提升。如最早采用的PID 控制策略，其具有算法簡單、魯棒性高、可靠安全的特點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用。隨著社會的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中開始廣泛應(yīng)用智能控制手段，包括模糊控制、專家系統(tǒng)等，全面推進智能電網(wǎng)的建設(shè)。

1 電力系統(tǒng)自動化結(jié)構(gòu)及功能

1.1 結(jié)構(gòu)

在電力行業(yè)發(fā)展的過程中，電力系統(tǒng)自動化是主要發(fā)展方向，包括發(fā)電控制自動化、電力調(diào)度自動化、配電自動化等。從目前來看，發(fā)電控制自動化已實現(xiàn)，但還需進一步優(yōu)化與完善；調(diào)度自動化實現(xiàn)在線潮流監(jiān)視，采用SCADA 系統(tǒng)及綜合程序，可對故障進行模擬，滿足配電網(wǎng)自動化發(fā)展需求，目前成為變電站綜合自動化發(fā)展熱點，可采取無人值班的管理模式[1]。采用調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，使調(diào)度員學(xué)習(xí)更加便捷；配電自動化也已基本實現(xiàn)，但水平有待提升。以配電網(wǎng)自動化來說，系統(tǒng)構(gòu)成包括配電網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)、通道、子站、終端4個構(gòu)成層次。其中，主站為系統(tǒng)核心，子站為中間層，具有收集數(shù)據(jù)的功能，同時也可進行區(qū)域監(jiān)控。

電力系統(tǒng)自動化水平會直接影響電能生產(chǎn)、自動調(diào)度、自動化管理等作業(yè)水平。電力系統(tǒng)廣泛分布在全國各地，構(gòu)成部分包括發(fā)電站、輸配電網(wǎng)、配電站等，具有龐大、復(fù)雜的特點。電力系統(tǒng)自動化包括調(diào)節(jié)、檢測、控制3方面，旨在實現(xiàn)自動和元件自動安全保護、信息自動傳輸、生產(chǎn)自動調(diào)度等。通過自動化建設(shè)，可保障供電的電能質(zhì)量，使系統(tǒng)運行更加安全可靠，提升電力系統(tǒng)積極效益及管理效能[2]。

電力系統(tǒng)信息自動傳輸系統(tǒng)具有調(diào)度中心和發(fā)電廠、變電站實時信息傳輸?shù)墓δ埽浒ㄟh動裝置及通道兩個構(gòu)成部分。通道形式較多，包括載波、高頻、聲頻等。遠動裝置根據(jù)功能可劃分為3個種類，即遙測、遙信和遙控。將變換場站模擬量輸送到調(diào)度中心的接收端中，然后顯示出來，這個過程就是遙測；將開關(guān)量輸送到接收端，并且顯示信息內(nèi)容，這個過程為遙信；將調(diào)度端的控制、調(diào)節(jié)信號輸送到場站接收端，并且控制調(diào)節(jié)對象，這個過程為遙控[3]。遠動裝置可根據(jù)組成方式進行種類劃分，有布線邏輯式和存儲程序式兩種。前者采用硬件邏輯電路，配合固定接線技術(shù)，滿足各類功能需求，后者采用計算機技術(shù)制作運動裝置。

事故裝置也是電力系統(tǒng)自動化重要的構(gòu)成部分，反事故自動裝置可防止電力系統(tǒng)事故對系統(tǒng)、設(shè)備的運行造成嚴重危害，該裝置通常分為兩類：①繼電保護裝置，具有防止系統(tǒng)故障損壞電氣設(shè)備的功能，可在母線、發(fā)電機、線路等電氣設(shè)備的保護中應(yīng)用，具體可分為方向保護、電流保護、高頻保護等多種類型；②系統(tǒng)安全保護裝置，用來保護系統(tǒng)安全運行，避免系統(tǒng)振蕩、失步解列、電壓崩潰等事故問題的出現(xiàn)。系統(tǒng)安全保護裝置可根據(jù)功能進行劃分，包括備用設(shè)備的自動投入、控制受電端功率缺額、控制送電端功率過剩、控制系統(tǒng)振蕩失步。

1.2 功能

根據(jù)電能生產(chǎn)與分配過程，自動化可分為電網(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)信息自動傳輸、供電系統(tǒng)、電力工業(yè)管理系統(tǒng)等多個類型，同時構(gòu)成分層級的自動化系統(tǒng)。其中，最低層為區(qū)域調(diào)度中心、變電站和電廠；中間層為省市調(diào)度中心、樞紐變電站、直屬電廠；最高層為總調(diào)度中心[4]。每個層次都采用多級控制的方式，包括電廠、配電網(wǎng)等。

以配電網(wǎng)自動化來說，其具有數(shù)據(jù)搜集與監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、電壓調(diào)控、工作調(diào)控、規(guī)劃運行等功能。如運用通訊手段對配電網(wǎng)中的各項數(shù)據(jù)進行收集與監(jiān)控，包括電流、電壓等，然后分析系統(tǒng)是否發(fā)生故障，并且進行自動報警和處理；對于架空線路來說，如果發(fā)生短路故障，配電自動化系統(tǒng)可自動識別和隔離故障區(qū)域，避免其他區(qū)域被故障干擾和影響。針對電纜線路故障，不僅可進行識別，也可轉(zhuǎn)移負荷，同時連接供電網(wǎng)絡(luò)，具有遠程調(diào)控故障線路的功能；配電網(wǎng)系統(tǒng)較復(fù)雜，所以很難收集系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)，難以實現(xiàn)配電網(wǎng)無功功率優(yōu)化調(diào)控[5]。所以，在實際運行時，可基于投切電容器管理實現(xiàn)電壓調(diào)控；配電網(wǎng)具有元件數(shù)量與種類繁多的特點，難以進行人工調(diào)節(jié)，所以采用GIS 技術(shù)構(gòu)建而成的圖資地理信息系統(tǒng)，可將數(shù)據(jù)和接線采用圖形的方式呈現(xiàn)，以此應(yīng)對各類突發(fā)情況；可收集配電網(wǎng)區(qū)域某個時間段的信息，綜合分析配電網(wǎng)運行情況，提出規(guī)劃建議，實現(xiàn)整體優(yōu)化，為配電網(wǎng)改造奠定基礎(chǔ)。

2 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中應(yīng)用的意義

2.1 提升監(jiān)控水平

在電力系統(tǒng)監(jiān)控方面，智能技術(shù)發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)監(jiān)控采用人工操作的方式，不僅效率低下且易產(chǎn)生誤差。在智能技術(shù)應(yīng)用后，可遠程實時監(jiān)測電力系統(tǒng)，自動化水平大幅提升，減少人力成本的投入，同時使監(jiān)測更加精準[6]。利用傳感器、檢測設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實時獲取電力系統(tǒng)中的各項參數(shù)，掌握電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，精確控制電流、電壓、負荷等，不僅可提升系統(tǒng)運行效率，也能預(yù)防安全事故，使供電更加穩(wěn)定。

2.2 滿足節(jié)能需求

在電力系統(tǒng)建設(shè)過程中，為提升系統(tǒng)節(jié)能效果，需充分發(fā)揮智能技術(shù)的優(yōu)勢作用。傳統(tǒng)電力管理效率較低，存在較嚴重的能源浪費問題，造成系統(tǒng)運行成本較高。在智能技術(shù)應(yīng)用下，可對系統(tǒng)進行智能化控制與調(diào)配，精準預(yù)測負荷，使電力調(diào)度更加合理，提升資源分配與利用率，保障供需平衡的同時，使資源利用效率提升。如此不僅可實現(xiàn)智能維護，及時解決潛在隱患，還可減少資源浪費的問題。

3 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的運用

3.1 模糊控制

模糊控制具有簡單、便捷的特點，在各個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。為實現(xiàn)對直線電機運動高精度控制，采用全閉環(huán)系統(tǒng)控制策略，在速度環(huán)控制中，由于電機直接受到負載作用的影響產(chǎn)生擾動，單純采用PID 控制，難以實現(xiàn)快速響應(yīng)的目標(biāo)。模糊控制廣泛適用在各種系統(tǒng)中，對時變負載具有魯棒性，直線電機伺服控制系統(tǒng)對響應(yīng)速度有一定要求，需在短時間內(nèi)完成系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)，所以可在速度環(huán)設(shè)計PID 模糊控制器，以此控制電機速度[7]。

總的來看，模糊控制將模型建立作為基礎(chǔ)，在電熱爐、電風(fēng)扇等電器中都可應(yīng)用模糊控制理論。以互聯(lián)電力系統(tǒng)的混合智能控制為例，其可采用模糊自調(diào)整PI 控制模式。自動發(fā)電控制系統(tǒng)具有變量較多、非線性、不確定性等特點，為實現(xiàn)智能化控制，通常將調(diào)整控制經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為依據(jù)，將其輸入到系統(tǒng)中后，系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)實施自動控制，對PI 參數(shù)自動調(diào)整，即生成智能PI 控制器。傳統(tǒng)PI 控制可與專家系統(tǒng)結(jié)合，生成智能PI 控制器，有效提升控制效果[8]。

在實際設(shè)計過程中，由于需輸入輸出各種信號變量，無法使用定量表示各個評價指標(biāo)，數(shù)據(jù)具有可變性、不規(guī)律的特點，所以采用智能機器對人腦思維進行模仿，即運用模糊控制理論解決問題。在該策略應(yīng)用過程中，PI 控制器參數(shù)初始值設(shè)定是非常重要的環(huán)節(jié)，利用模糊推理系統(tǒng)完成。在模糊自調(diào)整PI 控制器中，GA、PSO 等進化算法可實現(xiàn)參數(shù)初始值優(yōu)化，同時也可優(yōu)化控制規(guī)則，實現(xiàn)自動調(diào)整，提升電力系統(tǒng)自動化運行水平。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也可有效提升電力系統(tǒng)自動化水平，可有效管控電力系統(tǒng)，提升電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。采用該系統(tǒng)，可構(gòu)建非線性模型，有效解決數(shù)據(jù)預(yù)報問題，滿足精準預(yù)報短期系統(tǒng)負荷的需求。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可計算系統(tǒng)穩(wěn)定性，獲取詳細的狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)分析與檢驗，提煉有價值的數(shù)據(jù)信息，為故障檢驗提供更多依據(jù)，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定準確。在繼電保護中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也發(fā)揮著重要作用，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化繼電保護系統(tǒng)，準確組合與模擬各種參數(shù)，形成穩(wěn)定的保護體系，可提升故障識別與診斷能力，及時排除系統(tǒng)中的故障問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可判斷電力系統(tǒng)設(shè)備是否發(fā)生故障，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出跳閘命令，自動且迅速地將故障設(shè)備在電力系統(tǒng)中隔離[9]。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有魯棒性、容錯能力、自適應(yīng)能力等性能，在繼電保護中可充分發(fā)揮作用，有效提升繼電保護效果。例如，采用雙隱層改進BP 網(wǎng)絡(luò)，以此為基礎(chǔ)提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遠距離保護繼電器的算法，通過仿真試驗，對單相接地故障進行自動診斷，具有較好的保護性能，可準確識別樣本。在輸電系統(tǒng)中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可降低損耗，使電流輸送更加穩(wěn)定，有效提升電能利用效率。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可預(yù)測電力系統(tǒng)負荷，由于短期負荷預(yù)測較重要，所以相關(guān)研究較多。例如，將BP 網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，采取自適應(yīng)負荷預(yù)測手段，解決負荷數(shù)據(jù)非平衡性問題，有效提升預(yù)測精度。

3.3 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也較廣泛，可辨識電力系統(tǒng)的警告或緊急狀態(tài)，然后提供相應(yīng)的處理方案，使系統(tǒng)恢復(fù)控制。專家系統(tǒng)就是運用知識進行判斷和分析，列出各項分析結(jié)論，使更多人可利用少數(shù)專家的知識，提出更加科學(xué)合理的建議，使判斷更加準確[10]。利用專家系統(tǒng)既可判斷嚴密的數(shù)值化信息，也可判斷定性信息、模糊信息。其能夠顯示導(dǎo)出結(jié)論的根據(jù)，準確辨識存在疑點的結(jié)論，并且對錯誤知識進行修正，然后重新推理。在電力系統(tǒng)中，運用專家系統(tǒng)可提升操作水平及管理人員素質(zhì)。根據(jù)任務(wù)性質(zhì)進行劃分，專家系統(tǒng)包括規(guī)劃型、診斷型、監(jiān)測型、教育型等多種類型。專家系統(tǒng)包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機等構(gòu)成部分，其中，知識庫用于貯存專家知識和經(jīng)驗，對系統(tǒng)性能好壞有直接影響。所以，須構(gòu)建良好的知識庫，通過領(lǐng)域?qū)＜耀@取豐富的知識，然后采用恰當(dāng)?shù)谋磉_形式。

在電壓與無功功率控制中，可采用專家系統(tǒng)，基于常規(guī)算法進行控制，結(jié)合運行人員知識，有效提升控制效果。由于電壓和無功功率較復(fù)雜，同時具有非線性的特點，所以需進行大量數(shù)據(jù)計算，單純依靠啟發(fā)式知識難以滿足需求，所以將專家經(jīng)驗、數(shù)值計算程序作為基礎(chǔ)，開發(fā)混合式專家系統(tǒng)。在電網(wǎng)靜態(tài)和動態(tài)安全分析中，也可采用專家系統(tǒng)，針對預(yù)想事故選擇、評估與安全指標(biāo)計算問題進行處理。在選擇方面，需對系統(tǒng)歷史、結(jié)構(gòu)等要素進行分析，掌握各項知識內(nèi)容，這些知識普遍具有啟發(fā)式特征，難以使用常規(guī)算法描述，所以將知識方法作為基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)度員運行經(jīng)驗及數(shù)據(jù)算法，使安全分析問題得到有效解決，提升系統(tǒng)管理水平。具體來說，可在發(fā)電廠中運用專家系統(tǒng)，其具有在線監(jiān)測系統(tǒng)工程執(zhí)行數(shù)據(jù)庫采集、CRT 顯示、數(shù)據(jù)處理、越限報警等功能，同時也可對各個設(shè)備進行在線診斷，指導(dǎo)系統(tǒng)運行，包括起停指導(dǎo)、磨損預(yù)報、壽命預(yù)報等。

4 結(jié)束語

綜上所述，在電力系統(tǒng)自動化建設(shè)過程中，為進一步提升系統(tǒng)自動化水平，可采用智能技術(shù)。智能技術(shù)不僅可提升電力系統(tǒng)的監(jiān)控水平，也能滿足節(jié)能需求，使系統(tǒng)運行更加安全穩(wěn)定。通常可采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能技術(shù)，主要在系統(tǒng)監(jiān)測、故障分析、電力調(diào)度等自動化管理方面應(yīng)用，可有效提升系統(tǒng)自動化管理水平，保障監(jiān)測與分析的準確性，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，并實現(xiàn)智能化處理，避免故障影響系統(tǒng)運行。