人工智能在變電運行操作自動化中的應(yīng)用

王雅琦

（國網(wǎng)山西省電力公司臨猗縣供電公司，山西 運城 044100）

0 引 言

傳統(tǒng)的變電運行操作依賴于人工，操作過程復(fù)雜、耗時較長，且存在一定的安全隱患。變電站環(huán)境惡劣，工作人員面臨高壓、高溫、高噪聲等危險因素，因此人工操作容易出現(xiàn)誤操作，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成影響。近年來，人工智能技術(shù)在圖像識別、語音識別、數(shù)據(jù)分析等方面優(yōu)勢顯著，逐漸成為電力系統(tǒng)自動化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于變電運行操作自動化，可以有效提高運行效率、降低人工成本，并提高系統(tǒng)安全性。本文通過研究人工智能在變電運行操作自動化中的應(yīng)用，旨在提高變電運行操作的效率和準(zhǔn)確性，降低人工成本，減少變電站工作人員面臨的危險因素，提高工作安全性，探索人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景，為電力行業(yè)的發(fā)展提供新思路。

1 人工智能技術(shù)概述

人工智能是一種通過模擬人類智能的方法，使計算機具有學(xué)習(xí)、推理、感知、解決問題的能力[1]。人工智能旨在實現(xiàn)計算機智能化，使計算機能夠適應(yīng)各種環(huán)境，完成各種復(fù)雜的任務(wù)。從20 世紀(jì)50 年代開始，人工智能逐漸成為一門獨立的學(xué)科。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能進(jìn)入了一個新的繁榮時期，主要有機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理以及計算機視覺4 類。

2 變電運行操作自動化現(xiàn)狀

在當(dāng)前的變電運行操作中，雖然已經(jīng)應(yīng)用了一些自動化技術(shù)，但仍存在一些局限。通過分析當(dāng)前變電運行操作自動化的局限性、存在的問題和挑戰(zhàn)，可以為后續(xù)探討人工智能在變電運行操作中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[2]。雖然自動化技術(shù)在變電運行操作中得到了一定程度的應(yīng)用，但是與發(fā)達(dá)國家相比，我國在技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用水平上仍存在一定差距。不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備之間兼容性較差，導(dǎo)致自動化系統(tǒng)難以實現(xiàn)無縫對接，影響了運行效率和穩(wěn)定性?，F(xiàn)有變電運行操作自動化系統(tǒng)的集成度較低，各個子系統(tǒng)之間的信息交流不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和資源浪費。人工智能在變電運行操作中的應(yīng)用尚處于初級階段，未充分發(fā)揮其在提高運行效率、減少人工干預(yù)等方面的優(yōu)勢。同時，變電運行操作自動化面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)，因此實現(xiàn)現(xiàn)有操作系統(tǒng)的智能化升級，進(jìn)一步提高運行效率和降低成本，才是未來發(fā)展的關(guān)鍵。

3 人工智能在變電運行操作自動化中的應(yīng)用

3.1 智能判斷

在變電運行操作中，人工智能的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)智能判斷，提高運行效率和可靠性[3]。第一，通過實時采集變電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、溫度、濕度等，人工智能系統(tǒng)可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整合與歸類，以便后續(xù)的分析和判斷。第二，利用機器學(xué)習(xí)算法和模式識別技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實時監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)。通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行模式識別，可以檢測設(shè)備的異常運行狀態(tài)，并給出相應(yīng)的預(yù)警或報警信息。第三，人工智能在故障診斷方面發(fā)揮著重要作用?；跉v史數(shù)據(jù)和故障案例的分析，利用機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法對設(shè)備的故障特征進(jìn)行學(xué)習(xí)和識別[4]。通過對實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障特征的提取和匹配，可以快速準(zhǔn)確地診斷設(shè)備的故障原因和位置，為故障搶修和恢復(fù)提供指導(dǎo)。第四，通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，人工智能可以輔助運維決策的制定。借助機器學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對設(shè)備的壽命進(jìn)行預(yù)測，為設(shè)備維護(hù)和更換提供合理的時間窗口，同時通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，制定更加優(yōu)化的運維策略，提高設(shè)備的可用性和運行效率。第五，人工智能技術(shù)可以實現(xiàn)智能報警和智能交互。通過自然語言處理和語音識別技術(shù)，實現(xiàn)與系統(tǒng)的智能對話和交互，在設(shè)備故障處理過程中為運維人員提供準(zhǔn)確的信息和建議。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常或故障時，系統(tǒng)可以自動發(fā)出報警信號，及時通知運維人員進(jìn)行處理。

3.2 自動操作與控制

在變電運行操作自動化中，利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)自動操作與控制是關(guān)鍵。通過引入人工智能技術(shù)，可以降低人工干預(yù)，提高運行安全性，同時減少人為失誤導(dǎo)致的故障風(fēng)險。首先，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，對變電站設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行智能分析。通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘和對當(dāng)前運行數(shù)據(jù)的實時分析，及時發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)備故障和運行隱患，以便在問題發(fā)生前采取預(yù)防措施，避免設(shè)備損壞和停電事故的發(fā)生。其次，人工智能技術(shù)可以對變電站設(shè)備的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，優(yōu)化運行參數(shù)。通過算法調(diào)整電壓、電流、功率等參數(shù)，使設(shè)備運行在最佳狀態(tài)，提高能源利用率，降低能源損耗。再次，人工智能技術(shù)可以實現(xiàn)對變電站設(shè)備的自動操作。在設(shè)備維護(hù)、故障處理和正常運行過程中，根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法，自動完成設(shè)備的啟動、停止和切換等操作。最后，人工智能技術(shù)可以實現(xiàn)對變電站設(shè)備的智能控制。通過構(gòu)建控制策略和規(guī)則，使設(shè)備在運行過程中自動調(diào)整狀態(tài)，以滿足電力系統(tǒng)的需求。例如，在電網(wǎng)負(fù)荷變化時，智能控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整發(fā)電機組的輸出功率，保持電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

3.3 智能巡檢與維護(hù)

智能巡檢與維護(hù)是人工智能在變電運行操作自動化中的重要應(yīng)用之一[5]。通過運用無人機、機器人等載體，實現(xiàn)對變電站設(shè)備的高效巡檢和維護(hù)，可以顯著提高設(shè)備的運行可靠性。智能巡檢機器人，如濟南祥控自動化設(shè)備有限公司研制的XKCON 祥控智能巡檢機器人，采用紅外測溫技術(shù)、設(shè)備熱缺陷鑒別技術(shù)等，對變電站現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行近距離觀察，實現(xiàn)可見光視頻分析、溫濕度檢測、紅外測溫等重要功能。機器人支持定時定點巡檢，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和異常處理，并及時上報變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。在變電站的運行過程中，設(shè)備發(fā)熱的現(xiàn)象一方面是由于設(shè)備持續(xù)使用的影響，另一方面提示著設(shè)備運行存在的缺陷和問題。紅外測溫儀通過采集物體發(fā)射的紅外線，無須接觸電力設(shè)備，就能在設(shè)備的正常運行過程中快速準(zhǔn)確地測定溫度，并識別設(shè)備的工作狀況、判斷設(shè)備故障的發(fā)生部位和性質(zhì)，使得紅外測溫技術(shù)在電力行業(yè)成為檢測電力設(shè)備溫度和診斷電力設(shè)備故障的重要手段。智能巡檢機器人還具備360°全景監(jiān)測范圍高速云臺，實現(xiàn)對變電站設(shè)備的多角度、高清監(jiān)測，確保巡檢覆蓋全面，及時發(fā)現(xiàn)隱患。

3.4 一鍵順控

在變電運行操作自動化中，一鍵順控是人工智能技術(shù)的重要應(yīng)用之一。首先，通過一鍵順控功能，變電站運行人員可以實現(xiàn)對變電設(shè)備的一鍵自動控制和操作。一鍵順控功能利用人工智能技術(shù)對變電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析。通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的處理和判斷，一鍵順控系統(tǒng)可以自動識別設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，并根據(jù)運行要求進(jìn)行自動調(diào)整。例如：當(dāng)電流超過額定值時，系統(tǒng)可以自動切斷電路；當(dāng)溫度超過安全范圍時，系統(tǒng)可以自動降低負(fù)荷。其次，通過一鍵順控功能，變電站運行人員可以快速、準(zhǔn)確地對設(shè)備進(jìn)行操作，提高運行效率和可靠性。一鍵順控功能還可以與人工智能算法和模式識別技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)故障預(yù)測和診斷。系統(tǒng)通過對設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和故障案例的學(xué)習(xí)和分析，可以提前判斷設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，并發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信息。運行人員可以根據(jù)系統(tǒng)的提示和建議進(jìn)行相應(yīng)的處理，及時避免設(shè)備故障的發(fā)生，保證電力系統(tǒng)的正常運行。再次，一鍵順控功能的應(yīng)用可以極大簡化運行人員的操作步驟，減少人為失誤的風(fēng)險，同時便于運行人員可以快速、便捷地對設(shè)備進(jìn)行控制，提高工作效率。最后，一鍵順控功能還能實現(xiàn)設(shè)備的自動聯(lián)動。例如，在發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以自動聯(lián)動其他設(shè)備，進(jìn)行短暫切換和恢復(fù)操作，減少對電力系統(tǒng)的影響。

4 一鍵順控技術(shù)應(yīng)用案例

某變電站原本采用傳統(tǒng)的操作方式，即人工對設(shè)備進(jìn)行逐一操作。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，該變電站引入了一鍵順控技術(shù)，提高了操作效率和安全性。一鍵順控技術(shù)應(yīng)用前后的對比分析如表1 所示。

表1 一鍵順控技術(shù)應(yīng)用前后的對比分析

4.1 操作效率對比

在引入一鍵順控技術(shù)前，操作人員需要對設(shè)備進(jìn)行逐一操作和操作前的安全檢查，并在操作后進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)。引入一鍵順控技術(shù)后，操作人員只需在控制中心點擊鼠標(biāo)，即可完成設(shè)備的全部操作，大大提高了操作效率。傳統(tǒng)操作方式為30 min/次，而應(yīng)用一鍵順控技術(shù)后僅為1 min/次。

4.2 安全性對比

傳統(tǒng)操作方式中，操作人員需要直接接觸設(shè)備，存在觸電、誤入間隔、高空墜落等安全風(fēng)險。引入一鍵順控技術(shù)后，操作人員在控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，避免了直接接觸設(shè)備，降低了安全風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計，傳統(tǒng)操作方式的安全事故發(fā)生率為0.50%，而應(yīng)用一鍵順控技術(shù)后的安全事故發(fā)生率為0.01%。

4.3 人力資源對比

傳統(tǒng)操作方式需要大量的人力資源，而一鍵順控技術(shù)則大大減少了人力資源的需求。傳統(tǒng)操作方式每次操作所需的人員為5 人，應(yīng)用一鍵順控技術(shù)后每次操作僅需1 人。

4.4 設(shè)備故障率對比

引入一鍵順控技術(shù)后，設(shè)備的故障率明顯降低。傳統(tǒng)操作方式的設(shè)備故障率為2.0%，應(yīng)用一鍵順控技術(shù)后的設(shè)備故障率為0.1%。

4.5 對比總結(jié)

通過以上對比分析可以看出，引入一鍵順控技術(shù)后，變電站的操作效率、安全性、人力資源需求和設(shè)備故障率都得到了顯著改善。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一鍵順控技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。

5 結(jié) 論

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在變電運行操作自動化領(lǐng)域的應(yīng)用將呈現(xiàn)以下趨勢。首先，基于大數(shù)據(jù)和云計算的智能分析與決策支持技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，有助于提高變電運行的效率和安全性。其次，人工智能技術(shù)與變電運行領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的結(jié)合將更加緊密，推動行業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展。再次，隨著機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的進(jìn)步，故障診斷和預(yù)測能力將得到顯著提高，降低運行風(fēng)險。最后，人工智能將促進(jìn)變電運行管理模式的變革，實現(xiàn)狀態(tài)檢修、智能巡檢等先進(jìn)運維方式，為電力系統(tǒng)的發(fā)展注入新的活力。

盡管人工智能技術(shù)在變電運行操作自動化中具有巨大的潛力，但其在實際應(yīng)用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。一是變電運行環(huán)境復(fù)雜多變，涉及高壓、高電流等高危因素，因此人工智能系統(tǒng)在應(yīng)對不同場景時的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。二是變電運行所需的實時數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，如何有效處理這些數(shù)據(jù)以保證人工智能模型的準(zhǔn)確性是一大難題。三是現(xiàn)有的人工智能技術(shù)在故障診斷和預(yù)測方面仍存在一定的局限性，需要進(jìn)一步提高其準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。四是人工智能技術(shù)與變電運行領(lǐng)域的專業(yè)知識相結(jié)合尚存在一定的困難，需要進(jìn)一步加強技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)。