基于人工智能的電力系統自動化控制策略研究

北京中冶設備研究設計總院有限公司 楊鵬翔 宗 楊 馬 躍

人工智能技術可以提高電力系統的運行效率和可靠性，通過智能化的控制算法和自動化系統，電力系統運行可以更加精確和穩定。借助人工智能技術能夠實時監測和診斷電力系統的運行狀況，及時發現潛在問題，快速定位，并采取相應措施，從而避免或減少故障和停電的發生。此外，人工智能技術還可以優化電力系統的負荷管理和能源分配，實現能源的合理利用和節約。人工智能在電力系統自動化控制中的應用是電力行業發展的重要方向，對于提高電力系統的運行效率和可持續發展具有重要意義。

1 電力系統自動化中的人工智能控制技術類型

1.1 人工神經網絡

人工神經網絡是一種模仿人腦神經元網絡結構和功能的計算模型。在電力系統自動化控制中，人工神經網絡可以用于繼電保護、負荷檢測和主設備保護等方面。人工神經網絡還可以應用于電力市場調度、能量管理和電力負荷預測等領域。通過使用人工神經網絡，電力系統可以實現更高效、更可靠地運行，提高供電質量和穩定性。此外，人工神經網絡還可以與其他智能技術結合，如遺傳算法和模糊邏輯控制，以實現更智能化的電力系統管理和優化[1]。不僅如此，神經網絡也可以從靜態和動態兩種角度對控制范圍內的系統或設備進行實時監控，通過收集的數據信息判斷系統和設備的運行狀態及有無異常。

1.2 模糊控制理論

模糊邏輯是基于人類思維方式進行運算或搜索，通過采集設備運行的歷史數據、現有數據，可以對設備未來的運行數據進行模糊預測及運算，而后基于預測結果分析電力系統和設備的未來運行狀態，找出未來電力系統和設備可能存在的問題，大幅度降低發生未知問題的系統和設備的維修難度。在電力系統自動化控制中，模糊控制理論可以用于優化電力系統的負荷管理和能源分配。通過將模糊控制器應用于電力系統中，可以更好地應對負荷變化和能源波動，從而提高電力系統的效率和穩定性。模糊控制理論的主要思想是將模糊概念引入控制系統中，通過模糊集合和模糊規則來描述系統的行為和控制策略。與傳統的精確控制方法相比，模糊控制理論具有更強的適應性和魯棒性，能夠處理不完全信息和不確定性因素。在電力系統中，由于負荷和能源的波動性，傳統的精確控制方法往往難以滿足實際需求，而模糊控制理論可以更好地應對這些變化，保持系統的穩定性和可靠性。模糊控制器的設計通常包括模糊化、模糊推理和去模糊化三個步驟。首先，將輸入和輸出變量模糊化，將其轉化為模糊集合，以便能夠進行模糊推理。其次，通過模糊推理，根據模糊規則來確定系統的控制策略。最后，通過去模糊化將模糊輸出轉化為具體的控制信號，以實現對電力系統的控制[2]。

1.3 專家系統

專家系統是一種基于專家知識的計算機程序，可以模擬專家的決策過程。在電力系統自動化控制中，專家系統可以用于繼電保護、電力運行規劃和實際控制等方面。專家系統在電力系統中扮演著重要角色，能夠利用專家的經驗和知識，進行智能決策，提高電力系統的效率和可靠性。通過收集和整理大量的專家知識，專家系統可以快速、準確地分析電力系統的運行狀況，并根據專家知識進行決策。這些決策可以幫助電力系統進行繼電保護，確保電力系統的安全運行。同時，專家系統也可以參與電力系統的運行規劃，優化電力系統的負荷管理和能源分配，實現能源的合理利用和節約。在電力系統的實際控制過程中，專家系統可以提供實時的決策支持，幫助電力系統運營商進行智能化的控制，提高電力系統的穩定性和可靠性。專家系統的設計和開發需要綜合考慮電力系統的特點和需求，以及收集和整理專家的知識和經驗，建立專家知識庫。設計合適的決策算法和推理機制，以便將專家知識轉化為實際的決策。最后，需要進行系統的實時監測和優化，以確保專家系統的準確性和可靠性。專家系統結構圖如圖1所示。

圖1 專家系統

2 基于人工智能的電力系統自動化控制策略

2.1 基于人工神經網絡的電力系統自動化控制

第一，繼電保護通過應用人工神經網絡技術，可以建立一套智能的繼電保護系統，該系統能夠及時、準確地檢測電力系統中的各種故障，并采取相應的措施來保護主要設備。而人工神經網絡能夠學習和記憶大量不同類型的故障模式，通過與實際情況進行比對，實現快速、準確的故障診斷和定位，從而顯著提高電力系統的可靠性和安全性。除此之外，智能繼電保護系統還可以自動分析電力系統的運行數據，提供詳細的故障報告和數據分析，為系統運維人員提供有價值的參考和決策依據。因此，應用人工神經網絡的智能繼電保護系統是電力系統領域的一項重要創新，將為電力系統的運行和維護帶來巨大的改進和提升。

第二，負荷檢測通過應用人工神經網絡，實現對電力系統中各個負荷的準確監測和預測。人工神經網絡可以學習和記憶大量的負荷數據，并根據實時數據進行模式識別和預測，從而幫助運維人員更好地了解電力系統的負荷需求，并進行合理的負荷調節和優化，提高電力系統的效率和節能性。

第三，主設備保護通過應用人工神經網絡，可以建立一套智能的主設備保護系統。該系統能夠及時、準確地檢測主要設備的運行狀態，并采取適當的措施來保護其免受損壞或故障。人工神經網絡可以學習和記憶主要設備的運行特征，從而能夠及時發現設備異常，并通過與設備運行數據進行比對，實現快速、準確的故障診斷和定位。通過這樣的智能主設備保護系統，可以提高電力系統的可靠性和穩定性，確保電力系統的正常運行。

2.2 基于模糊控制理論的電力系統自動化控制

在電力系統中，模糊控制理論的應用可以通過以下技術操作實現。一是模糊規則庫的建立：需要根據電力系統的特性和需求，構建一個包含模糊規則的規則庫。這些規則庫描述了輸入變量和輸出變量之間的關系，以及如何根據輸入信息推斷出模糊輸出。規則庫的建立需要根據專家知識和實際數據進行，確保規則庫能夠準確地描述電力系統的運行特征[3]。二是模糊化：要對輸入變量進行模糊化處理。模糊化是將輸入變量轉化為模糊集合的過程，以便在模糊規則庫中進行推理。通過定義隸屬度函數，將輸入值映射到模糊集合上，以表示輸入變量的模糊程度。三是模糊推理：利用模糊規則庫和模糊化的輸入變量進行推理，得到模糊輸出。在模糊推理過程中，通過計算模糊規則的匹配度和模糊輸出的隸屬度函數，確定模糊輸出的模糊程度和權重。四是去模糊化：將模糊輸出轉化為具體的控制信號。去模糊化是將模糊輸出轉化為實際值的過程。常用的去模糊化方法包括最大隸屬度法和平均值法。根據模糊輸出的隸屬度函數，確定最終的控制信號。五是控制信號的應用：將去模糊化后的控制信號應用于電力系統，實現對電力系統的精確控制。根據具體的控制需求，調節電力系統的相關參數或執行相應的操作，以實現對電力系統的穩定運行和性能優化。

此外，隨著人工智能技術的不斷進步，模糊控制理論在電力系統中的應用前景將更加廣闊。通過將模糊控制器與其他智能技術相結合，可以進一步提高電力系統的控制性能和效率。例如，將模糊控制器與人工神經網絡相結合，可以實現對電力系統的智能化控制和優化。人工神經網絡可以學習和記憶大量的數據，并根據實時數據進行模式識別和預測，從而實現對電力系統的智能化控制和優化。

2.3 基于專家系統的電力系統自動化控制

在電力系統中，專家系統是通過模擬人類專家的知識和經驗，幫助電力系統實現智能化的運行和管理。專家系統可以在電力系統的各個環節中發揮重要作用，包括繼電保護、電力運行規劃和實際控制等方面。

第一，在繼電保護過程中，應用相關的專家系統可以提供準確的故障診斷和定位。專家系統可以根據輸入的故障信息，分析電力系統的拓撲結構和設備狀態，并推斷出可能的故障位置和原因。通過與專家知識庫中的規則進行匹配，專家系統能夠給出準確的故障診斷結果，并及時采取措施進行故障處理，保證電力系統的安全運行。第二，在電力運行規劃的過程中，應用相關的專家系統可以實現電力系統的優化調度和負荷管理。專家系統可以根據歷史數據和實時信息，預測未來的負荷需求，并制訂出最佳的運行策略。通過與專家知識庫中的規則進行匹配和推理，專家系統能夠給出合理的負荷調節方案，并提供決策支持，提高電力系統的效率和節能性。第三，在電力系統的實際控制過程中，應用相關的專家系統可以實現對系統參數和設備狀態的實時監測和調節。專家系統可以通過與實時數據進行比對和分析，判斷電力系統是否處于正常運行狀態，并根據專家知識庫中的規則，及時采取控制措施來調節電力系統的各個參數，保持系統的穩定性和可靠性。另外專家系統的應用還可以減少人為錯誤和決策延遲，提高電力系統的響應速度和決策準確性[4]。

3 電力系統自動化中智能技術發展趨勢

第一，智能化實時控制是電力系統自動化領域的一個重要發展方向。通過使用人工智能技術，如機器學習和深度學習，電力系統可以實現更精確、更高效的實時控制。智能化實時控制可以幫助電力系統快速響應實時需求和變化，提高供電質量和穩定性[5]。通過實時監測和分析電力系統數據，智能化實時控制可以自動調整電力系統的運行參數，優化能源分配和負荷管理。第二，人工智能技術在電力系統故障診斷方面的應用也越來越重要。通過使用機器學習和數據分析方法，電力系統可以實時監測和診斷潛在問題和故障。人工智能故障診斷技術可以幫助電力系統快速定位和解決故障，減少停電時間和損失。通過分析電力系統的歷史數據和實時監測數據，人工智能故障診斷可以提供準確的故障診斷結果，并根據診斷結果采取相應的措施，保障電力系統的安全和可靠運行。第三，綜合智能控制是將多種智能技術結合用于電力系統自動化控制的一種方法。通過將機器學習、深度學習、模糊控制等智能技術相互結合，電力系統可以實現更智能化、更高效地控制。綜合智能控制可以將不同的智能技術進行優勢互補，提高電力系統的運行效率和可靠性。通過綜合智能控制，電力系統可以實現更精確的負荷管理、優化能源分配和協調控制，從而提高電力系統的整體性能和可持續發展能力。

4 結語

總之，人工智能技術在電力系統自動化控制方面的應用為電力行業帶來了許多新的機會和挑戰。通過多樣化人工智能技術的合理規劃應用，可以幫助電力系統優化調度、實現故障預測和診斷，并提高電力系統的可靠性和穩定性。此外，人工智能還可以優化電力系統的負荷管理和能源分配，實現能源的合理利用。