智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

梁才干

（貴州 從江 557400）

智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

梁才干

（貴州 從江 557400）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)技術(shù)也在不斷向自動(dòng)化及智能化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變。作為近20年發(fā)展起來(lái)的新興的學(xué)科技術(shù)，智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文主要探討智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并探討智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化中的實(shí)踐應(yīng)用。

智能技術(shù)；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用

相較于火電廠，水電廠是比較潔凈的發(fā)電方式。由于火電廠的資源隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展而日益稀缺，很容易導(dǎo)致未來(lái)需求不再滿足社會(huì)公眾的用電危機(jī)，因此水電廠發(fā)電形式受到政府及社會(huì)的關(guān)注，提升水電廠的自動(dòng)化水平是必然的發(fā)展趨勢(shì)。水電廠的自動(dòng)化涉及到多方面綜合技術(shù)，包含控制、測(cè)量、計(jì)算機(jī)等科學(xué)理論。隨著科技的不斷發(fā)展，人工操作已無(wú)法滿足對(duì)相關(guān)監(jiān)視變量及自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)要求，要想提高水電廠中電氣自動(dòng)化的運(yùn)行水平，保證水電廠可以安全正常發(fā)電，就需要引進(jìn)智能技術(shù)，通過(guò)智能技術(shù)來(lái)提升電能質(zhì)量，減輕人工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 關(guān)于智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)，英文全稱Intelligent Control Technology，可簡(jiǎn)稱ICT，是屬于控制理論的新興發(fā)展階段形式，主要是為了解決傳統(tǒng)模式無(wú)法解決的系統(tǒng)復(fù)雜控制問(wèn)題。如果智能技術(shù)在水電廠中電氣自動(dòng)化的應(yīng)用可以廣受推崇，必然對(duì)未來(lái)發(fā)電的自動(dòng)化形式產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

雖然在傳統(tǒng)水電廠控制中發(fā)展了魯棒式控制及自適應(yīng)控制方法，來(lái)適應(yīng)水電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的不確定性需要，但隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，客觀因素上工業(yè)自動(dòng)化要求日益增多，在實(shí)際水力發(fā)電中，越來(lái)越多的要求又趨于復(fù)雜多變，對(duì)于不確定因素的掌控能力直接關(guān)系到最終的控制結(jié)果。

1965年傅京遜提出人工智能控制說(shuō)，并于1971年確立智能控制是自動(dòng)與人工相結(jié)合的主體概念，使得智能控制技術(shù)得以開(kāi)創(chuàng)。在智能理論基礎(chǔ)上，G.A.Saridis又進(jìn)行了延展分層次遞階的智能控制形式，結(jié)合人工、自動(dòng)及運(yùn)籌學(xué)等多種交叉融合的學(xué)科知識(shí)，使得智能控制得以真正延展使用。所謂的智能系統(tǒng)如圖1所示，系統(tǒng)可以產(chǎn)生智能行為去響應(yīng)輸入的狀態(tài)信號(hào)，使得智能控制系統(tǒng)具備一定的適應(yīng)性、學(xué)習(xí)性與組織性。

圖1 電氣自動(dòng)化設(shè)備智能系統(tǒng)

智能控制的應(yīng)用使得理論知識(shí)得以延展，可以解決傳統(tǒng)控制的弊端。雖然智能控制水平尚處于初級(jí)階段，完整理論體系并未真正建立，但人們對(duì)智能技術(shù)日益關(guān)注，并期望能應(yīng)用于各個(gè)區(qū)域行業(yè)中。水電廠是應(yīng)用的主要方面，智能控制技術(shù)的運(yùn)用與水電廠電氣自動(dòng)化建立了休戚相關(guān)的聯(lián)系。

2 水電廠電氣自動(dòng)化中智能控制技術(shù)的應(yīng)用

智能控制技術(shù)包括專家系統(tǒng)控制方面、分層遞階控制方面、學(xué)習(xí)控制方面、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方面、模糊邏輯控制方面等等，本文針對(duì)水電廠探討以下幾個(gè)方面：

2.1 專家系統(tǒng)控制

自動(dòng)控制學(xué)科經(jīng)歷古典理論、現(xiàn)代理論到高級(jí)自適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)展，都是建立在關(guān)于數(shù)據(jù)分析與計(jì)算方面的基礎(chǔ)上，實(shí)踐操作也從傳統(tǒng)的模擬轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)?shù)氐臄?shù)字化。但是無(wú)論怎么發(fā)展變遷，傳統(tǒng)技術(shù)并沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變，依然是單獨(dú)機(jī)器的反饋控制，單純以準(zhǔn)確執(zhí)行規(guī)律算法來(lái)達(dá)到控制的目的。對(duì)于自動(dòng)化中的環(huán)境參數(shù)、結(jié)構(gòu)變化都缺乏一定的應(yīng)變能力，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)時(shí)去調(diào)整控制策略。

80年代專家系統(tǒng)控制給傳統(tǒng)控制的局限性打開(kāi)了新的思路，它是通過(guò)處理各定性結(jié)構(gòu)、啟發(fā)結(jié)構(gòu)或不確定結(jié)構(gòu)信息的知識(shí)進(jìn)行推理，從而達(dá)到系統(tǒng)所需的任務(wù)目標(biāo)。專家控制技術(shù)的實(shí)質(zhì)在于運(yùn)用智能方式來(lái)達(dá)到對(duì)控制對(duì)象及規(guī)律的優(yōu)化目的，并使得專家知識(shí)趨于實(shí)用化，一般是采取專家系統(tǒng)與其他基本控制系統(tǒng)相互結(jié)合組成，專家系統(tǒng)用于復(fù)雜形式的智能方面協(xié)調(diào)工作及決策工作，同時(shí)激勵(lì)其他基本控制系統(tǒng)的工作，并進(jìn)行相關(guān)組織協(xié)調(diào)，依靠基本控制系統(tǒng)來(lái)掌控一些控制規(guī)律。

典型的專家控制系統(tǒng)是水電廠故障診斷智能系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱OIFDS。主要通過(guò)控制對(duì)象的層次性劃分來(lái)逐層診斷分析，提升故障診斷的效率與準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，專家控制系統(tǒng)存在一定的實(shí)時(shí)性及機(jī)器學(xué)習(xí)的限制問(wèn)題。

2.2 模糊邏輯控制

模糊邏輯控制指的是結(jié)合模糊集合理論的宏觀系統(tǒng)控制方法。通過(guò)語(yǔ)言控制規(guī)則來(lái)傳達(dá)實(shí)際專家操作經(jīng)驗(yàn)。模糊控制的特質(zhì)在于通過(guò)模糊關(guān)系來(lái)定義人為操作經(jīng)驗(yàn)，并將對(duì)象通過(guò)模糊決策或推理來(lái)加以控制。由于模糊控制對(duì)于控制對(duì)象沒(méi)有太多依賴性，因此可以為系統(tǒng)的隨機(jī)因素或不確定因素創(chuàng)設(shè)良好的控制環(huán)境背景。芯片裝置的模糊微處理為模糊控制技術(shù)開(kāi)發(fā)了實(shí)踐新途徑，使得模糊控制技術(shù)對(duì)于水電廠機(jī)組來(lái)說(shuō)成為有效的控制手段。但與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，模糊控制尚存在很多的不足之處，對(duì)于控制品質(zhì)及學(xué)習(xí)能力方面還有待提高。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

雖然在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論下，線性系統(tǒng)得以發(fā)展完善，但非線性系統(tǒng)受理論與復(fù)雜應(yīng)用限制發(fā)展緩慢，此時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。客觀方面來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具備良好的適應(yīng)能力與學(xué)習(xí)能力，由于介于數(shù)值的推理與計(jì)算，作為數(shù)學(xué)的應(yīng)用工具卻不以模型為主要依托，僅僅需要給定數(shù)值信息的輸入即可得到相應(yīng)的輸出，因此具備一定的非線性映射的性能，若是輸入有所異常，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可以適應(yīng)性給出輸出，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還具備一定的插值、適應(yīng)性能。

與專家系統(tǒng)技術(shù)相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并不像專家系統(tǒng)技術(shù)一樣依賴知識(shí)規(guī)則，即使知識(shí)處理存儲(chǔ)的單元出現(xiàn)異常，對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制來(lái)說(shuō)，僅僅會(huì)影響小部分，不會(huì)影響系統(tǒng)核心的工作，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)多被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域中。具體存在的優(yōu)勢(shì)及潛力可體現(xiàn)如下：①為不能依靠模型或規(guī)則準(zhǔn)確描述的對(duì)象提供信息處理的新思路；②神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的本身復(fù)雜特性使得對(duì)大型數(shù)據(jù)信息處理及控制方面凸顯優(yōu)勢(shì)；③所具備的非線性、插值、適應(yīng)等性能可以很好地解決非線性系統(tǒng)的復(fù)雜問(wèn)題，是對(duì)非線性系統(tǒng)控制的首選。

3 在水電廠電氣自動(dòng)化中應(yīng)用智能技術(shù)的前景發(fā)展

目前智能的集成化是智能理論與控制技術(shù)結(jié)合發(fā)展的主導(dǎo)方向。智能集成多體現(xiàn)在模糊智能技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合、人工智能技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)合方面。對(duì)于水電廠發(fā)電的工業(yè)過(guò)程中，控制系統(tǒng)可以運(yùn)用知識(shí)處理的優(yōu)勢(shì)來(lái)有效控制發(fā)電過(guò)程中的一些不確定性，對(duì)于知識(shí)的處理蘊(yùn)含了對(duì)知識(shí)方面的學(xué)習(xí)、利用、推理及相關(guān)決策。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與模糊系統(tǒng)技術(shù)的集成化，可以有效解決模糊技術(shù)系統(tǒng)的一些弊端，使得整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)成本降低，提升系統(tǒng)對(duì)信息模糊處理的適應(yīng)性能。因此這種集合趨勢(shì)普遍受到智能控制領(lǐng)域技術(shù)專家的重視。目前，貴州區(qū)域已有部分水電控制專家致力研究此集成技術(shù)。模糊知識(shí)的有效處理與學(xué)習(xí)，再加上與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，必將使得水力發(fā)電的智能控制水平得以上升，為智能控制提供新的道路。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與智能控制技術(shù)的結(jié)合必將是未來(lái)水電廠電氣自動(dòng)化的趨勢(shì)，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，意味著水電廠將減少人力成本，可以創(chuàng)造無(wú)人值班、少人值守的工作條件，同時(shí)也促使水電廠電氣自動(dòng)化趨于智能化、安全化方向的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然智能控制的研究尚處于初級(jí)階段，理論體系尚未真正完善，但社會(huì)公眾已對(duì)智能控制技術(shù)給予關(guān)注。智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用，可以有效提升電氣自動(dòng)化的工作控制效率，大力節(jié)約人力資源及物力資源的成本，使得水電事業(yè)趨于安全化、智能化、自動(dòng)化方面發(fā)展。

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[2]羅穎.智能技術(shù)在水電廠電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，35：92.

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TV736

A

1004-7344（2016）18-0075-02

2016-6-1

梁才干（1985-），男，侗族，貴州從江人，助理工程師，本科，主要從事工作和研究方向是水電廠電力技術(shù)方面。