人工智能技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

黃桂萍，蔡小偉（龍巖學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

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人工智能技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

黃桂萍，蔡小偉
（龍巖學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 龍巖 364012）

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們生活水平的提高，人工智能技術(shù)在人們的生活中扮演著越來越重要的角色.時至今日，它已經(jīng)貫穿到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活的方方面面，幫助人們節(jié)約了大量的時間和人力.在電氣自動化領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，它能夠促進(jìn)自動化控制的發(fā)展進(jìn)步、自動化系統(tǒng)的不斷完善.所以，在電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用方面深入研究人工智能技術(shù)具有重要的理論意義和實踐意義.

關(guān)鍵詞：人工智能；電氣；自動化系統(tǒng)

隨著計算機(jī)技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)的普及，人工智能逐漸興起.不同于傳統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)，它主要是借助于計算機(jī)來模擬人類的智能活動，能夠突破傳統(tǒng)技術(shù)的束縛，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的不足.在50年代，人工智能技術(shù)在理論研究方面取得革命性的進(jìn)展，被廣泛應(yīng)用到航空、醫(yī)療、教育、電力等各大領(lǐng)域，取得了令人矚目的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.在電氣領(lǐng)域，人工智能技術(shù)能夠控制電氣設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)用等環(huán)節(jié)，節(jié)省大量的人力物力，提高電氣設(shè)備的穩(wěn)定性，實現(xiàn)技術(shù)

和方法的高效運(yùn)轉(zhuǎn).

1 人工智能技術(shù)

1.1 人工智能技術(shù)的理論研究

人工智能是一門開發(fā)、研究、模仿、延伸、擴(kuò)展人類智能的前沿學(xué)科.由于這門學(xué)科成熟的時間較晚，所以在學(xué)術(shù)界，還沒有形成對人工智能的權(quán)威、準(zhǔn)確定義.專家們對人工智能的內(nèi)涵各執(zhí)一詞.雖然他們的定義不完全相同，但是他們對于人工智能本質(zhì)的看法卻是一致的，人工智能是計算機(jī)學(xué)科的一支分支，它運(yùn)用計算機(jī)軟件來開發(fā)研究、模擬人類智能，并結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、心理學(xué)等多種學(xué)科的知識，形成了一種類似于人類智能的反映控制系統(tǒng).在生產(chǎn)生活中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地促進(jìn)信息傳遞、提高工作效率、刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以逐漸成為各大領(lǐng)域的革新趨勢.

1.2 人工智能技術(shù)的應(yīng)用

上個世紀(jì)70年代，人工智能技術(shù)取得初步的實踐成果之后，首先被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，大大地提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率，降低了工業(yè)生產(chǎn)的能耗，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益.90年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的成熟，人工智能技術(shù)借助計算機(jī)獲得更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，開始進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，促進(jìn)了機(jī)器的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高.值得一提的是人工智能技術(shù)從最初的手感階段到自主反饋階段，逐漸獲得了觸覺、視覺、自主學(xué)習(xí)能力、自主規(guī)劃能力、自主決策能力，邁入了人工智能的高級階段.機(jī)器人的出現(xiàn)就是人工智能技術(shù)發(fā)展到高級階段的一個重要標(biāo)志.

2 人工智能技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

在電氣領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用最為普遍，首先在電氣設(shè)備的設(shè)計環(huán)節(jié).電氣設(shè)備的設(shè)計是一項內(nèi)容復(fù)雜、牽涉廣泛的系統(tǒng)工作，設(shè)計者不僅僅需要運(yùn)用電磁場、電路等學(xué)科的知識，而且還需要具備豐富的經(jīng)驗和多年的實踐經(jīng)歷.在過去，設(shè)計者主要采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，借助簡單的實驗和純粹的手工勞動，這很難找出最優(yōu)化的設(shè)計方案.但是在引入人工智能之后，借助計算機(jī)的強(qiáng)大計算能力和記憶能力，設(shè)計者能夠節(jié)省下大量的人工勞動和時間，在短時間內(nèi)形成電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計方案，這大大縮短了電器產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性.其次在電氣設(shè)備的運(yùn)作環(huán)節(jié).電氣設(shè)備的高效運(yùn)作一直是電氣自動控制領(lǐng)域的難題，因為它涉及到諸多的相關(guān)領(lǐng)域和其他學(xué)科的知識.但是人工智能的引入則能夠節(jié)省大量的人工勞動、腦力勞動和體力勞動，實現(xiàn)電氣設(shè)備的自動化運(yùn)作，提高電氣設(shè)備的工作效率和工作精準(zhǔn)度.

2.2 人工智能技術(shù)在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制在電氣行業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中起著至關(guān)重要的作用.目前，在電氣化控制領(lǐng)域，基本上都已經(jīng)實現(xiàn)了人工智能控制，而人工智能控制離不開計算機(jī)的運(yùn)行程序，所以完善運(yùn)行程序是實現(xiàn)人工智能控制的關(guān)鍵.在電氣控制領(lǐng)域，計算機(jī)的控制程序能夠自動查詢不同環(huán)節(jié)的需要，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制.所以，各個環(huán)節(jié)的計算機(jī)控制程序都是嚴(yán)格控制的，不允許有一絲細(xì)微的差錯，否則就有可能導(dǎo)致生產(chǎn)問題.

2.3 人工智能技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用

電氣設(shè)備在發(fā)生故障之前，一般都會出現(xiàn)相應(yīng)的征兆，不同的征兆預(yù)示著不同的故障，而征兆具有不確定性和非線性的特征，不知道何時會出現(xiàn)在何處，也不能夠運(yùn)用線性思維來解決.人工智能技術(shù)則能夠較好地解決這一問題，它能夠在設(shè)備出現(xiàn)故障之前，運(yùn)用計算機(jī)軟件對征兆進(jìn)行檢測，以此來判斷電氣設(shè)備的故障類型，并自動啟動維修程序，對故障部位進(jìn)行定期維修，實現(xiàn)電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn).人工智能軟件在發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備的故障之后，能夠?qū)收喜课贿M(jìn)行定位、隔離、修復(fù)，保證電氣設(shè)備的無障礙運(yùn)行.目前，在人工智能領(lǐng)域，已經(jīng)形成了多個成熟的故障診斷技術(shù)，如模糊邏輯、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等，能夠解決大多數(shù)電氣設(shè)備的故障問題.例如電氣設(shè)備中的重要設(shè)備—變壓器，它的正常運(yùn)行關(guān)系到整個電力系統(tǒng)的正常工作，所以對于它的故障診斷和研究一直是研究的重點和難點.運(yùn)用人工智能技術(shù)來分析變壓器油液中的氣體，能夠全面地掌握變壓器的故障類型并提出相應(yīng)的診斷措施.

3 人工智能技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用案例

近年來，隨著人工智能技術(shù)的成熟，國家電網(wǎng)等國內(nèi)外大型電網(wǎng)公司相繼開啟了基于人工智能系統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)，節(jié)省了資源，提高了效率，為中國特色社會主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).

3.1 人工智能技術(shù)的故障自愈功能

目前，電力是許多行業(yè)和領(lǐng)域的主要能源支持，一旦電力供應(yīng)不上，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展就會蒙受巨大的損失.所以，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，確保電力資源能夠安全、及時地輸送到需要的地方是十分重要的.但是，電力系統(tǒng)難免會發(fā)生故障，出現(xiàn)問題，影響社會經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn).目前，電網(wǎng)出現(xiàn)故障之后，維修人員要抵達(dá)現(xiàn)場需要一定的時間，所以，在一定時間內(nèi)，如何減少故障的發(fā)生率、縮小故障的影響范圍就成了電網(wǎng)建設(shè)的重點項目.在電網(wǎng)建設(shè)中引入人工智能技術(shù)后，電網(wǎng)具有了一定的故障自愈功能，能夠在最大程度上縮小故障的影響范圍，減少故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失.電網(wǎng)的故障自愈功能無法脫離開電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備和配電設(shè)備的可視化管理，可視化管理能夠在第一時間檢測到電網(wǎng)設(shè)備和配電設(shè)備發(fā)生的異常，在定位故障點之后，自動開啟維修程序，對故障點進(jìn)行自動維修，實現(xiàn)故障的高速響應(yīng)處理.人工智能技術(shù)在開啟故障維修的同時，也會實施有效的隔離，將故障的影響盡可能地縮小，盡量不影響用戶的正常生活.

3.2 人工智能客戶終端的建設(shè)

人工智能技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的故障診斷和自愈，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)智能客戶終端的人性化和個性化服務(wù).人工智能客戶終端能夠?qū)蛻舻挠秒娗闆r實行實時監(jiān)控，自動檢測電表及輸電系統(tǒng)中的故障.用戶通過智能終端，可以隨時隨地地查詢用電量、電費(fèi)等情況，增強(qiáng)自身的節(jié)約用電意識.任意查詢用電量是人工智能客戶終端為用戶提供的人性化服務(wù)之一，它能夠為生產(chǎn)用戶提供某一時刻的用電信息，為用戶改進(jìn)生產(chǎn)計劃提供數(shù)據(jù)支持.此外，智能客戶終端中還可以根據(jù)用戶的預(yù)存費(fèi)用信息對客戶提供余額報警服務(wù)，在預(yù)存費(fèi)用用完之前，向用戶發(fā)出警報，避免因欠費(fèi)而造成的停電，提高社會生產(chǎn)效率.

4 人工智能技術(shù)在某電廠電氣自動化系統(tǒng)中的設(shè)計和應(yīng)用

某電廠共有五臺發(fā)電機(jī)，六臺變壓器和一臺高壓備用變壓器.發(fā)電機(jī)中的#1、#2、#3、#5的容量都是都是12MW，#4的容量是15MW.發(fā)電機(jī)的出線電壓是6kV.變壓器的出線電壓有10kV母線、35kV母線和110kV母線，它們都可以與母聯(lián)開關(guān)相聯(lián)系.高壓廠的用電源自發(fā)電機(jī)段，通過電抗器輸送.發(fā)電機(jī)的電氣受到主控制室控制.電氣自動化中的設(shè)備和控制室之間，通過電話和指揮信號相聯(lián)系.

運(yùn)用人工智能對原有的電氣自動化系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后的電氣自動化系統(tǒng)具有如下功能：1.自動采集數(shù)據(jù)和部分自動處理.系統(tǒng)能夠?qū)λ械拈_關(guān)量和模擬量進(jìn)行實時監(jiān)控，并能夠按照預(yù)先系統(tǒng)的設(shè)定進(jìn)行處理或者存貯；2.畫面顯示.電氣自動化系統(tǒng)經(jīng)過人工智能的改造之后，能夠模擬畫面顯示設(shè)備和系統(tǒng)的真實運(yùn)行狀態(tài)、電流情況、電壓數(shù)值等，并生成歷史趨勢圖；3.運(yùn)行監(jiān)控.電氣自動化系統(tǒng)經(jīng)過人工智能的改造后能夠?qū)χ饕O(shè)備的數(shù)量值、開關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)控，如果有越限、突發(fā)情況，能夠按照順序來記錄電話圖像、語音等情況并報警；4.操作功能.通過計算機(jī)設(shè)備來控制斷路器和電動隔離開關(guān)，調(diào)整勵磁電流，并根據(jù)順控程序進(jìn)行同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或停機(jī)操作；此外，還有故障錄波、在線分析、在線參數(shù)設(shè)定及修改、運(yùn)行管理等其他的功能.

總的來說，人工智能技術(shù)研究的目的是將人類的一部分智能賦予機(jī)器，使機(jī)器能夠勝任需要人類腦力勞動的復(fù)雜工作.它的研究對象是人類的感知能力、行為能力你、思維能力等人類特有的智能.在電氣自動化系統(tǒng)中引入人工智能，能夠提高電氣行業(yè)的自動化水平，提高社會生產(chǎn)力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展.

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中圖分類號：TM76；TD67

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）05-0055-02

收稿日期：2016-02-14