關于智能化控制技術開發(fā)運用分析

包龍卿 馮勝華 馮興銀 潘文佩 冷風芹

摘 要：智能化控制技術與工業(yè)生產活動的深度融合是目前產業(yè)轉型的重點方向，其可被看做普通自動化控制技術的升級，在功能全面性及控制精度上均得到明顯提升。本文以1750MW級核電站封閉母線產業(yè)化項目為例，介紹常見的智能化控制技術，分析智能化控制技術的開發(fā)與應用，用以搭建系統(tǒng)、完善的智能化控制技術實踐理論體系，促進其在核電產業(yè)中的融合。

關鍵詞：智能化控制技術;核電項目;封閉母線

0引言

相較于自動化控制技術，智能化控制技術進一步明確了控制對象模型，并提供更加順暢、高效的數(shù)據(jù)交換方式，能夠滿足工業(yè)生產活動中多個復雜任務的同時控制。智能化控制系統(tǒng)在自適應性、自我診斷、自主學習等方面均較之前的控制技術有了顯著提升，能夠被順利應用至工業(yè)、軍事、建筑等多個領域，為推動智能化控制技術發(fā)展普及，需要對其開發(fā)應用經驗做總結性分析。

1智能化控制技術開發(fā)運用

1.1技術分類

1.1.1神經網絡控制技術

神經網絡控制技術分為生物和人工兩部分，其中，人工神經網絡是一種類人腦的神經突觸連接模型。神經網絡控制技術能夠逼近任何非線性函數(shù)，且具備極強的數(shù)據(jù)處理能力和容錯性能，可進行自主學習，非常適用于多變量的控制系統(tǒng)中，如圖1為神經網絡結構示意圖。神經網絡控制技術的發(fā)展時間并不長，以此為基礎的控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性、實時性等方面還存在一定不足。

1.1.2模糊控制技術

模糊控制首先對輸入對象做模糊處理，然后利用系統(tǒng)自帶的知識庫進行對比分析和模糊推理，將結果清晰化處理后再傳輸給控制對象。模糊控制技術控制過程不借助數(shù)學模型，其信息處理過程與人的思維發(fā)展規(guī)律相似，且具備魯棒性強、實時性高等優(yōu)勢，但在控制精度及控制目標自定義上要略遜于其他智能化控制技術[1]。

1.1.3專家控制系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)將專家理論與控制理論有機結合，可在未知條件下通過專家智能模擬，實現(xiàn)對目標的智能化控制，以達到專家親臨現(xiàn)場進行問題剖析的處理效果，因此在經濟性、便捷化程度方面獨具優(yōu)勢。專家控制系統(tǒng)中的專家理論具備較高的共享性，可實現(xiàn)專家資源的最優(yōu)配置，通過信息共享提高專家系統(tǒng)的控制性能。另外，專家控制系統(tǒng)還具備信息處理能力強、靈活性高、可逐級提升智能程度等特點。專家?guī)熳鳛閷＜铱刂葡到y(tǒng)的核心，其中知識、信息的全面性幾乎決定了專家控制系統(tǒng)的最優(yōu)性能，因此在系統(tǒng)構建過程中，專家知識獲取及專家?guī)斓母?、擴充是關鍵。

1.2技術應用

1.2.1神經網絡控制技術的應用

在電力行業(yè)，神經網絡控制技術在傳統(tǒng)電力控制系統(tǒng)中植入數(shù)學模型，該模型能夠高效處理各類復雜的電力系統(tǒng)運行信息，可應對多種自動控制環(huán)境。神經網絡控制技術在電力行業(yè)中的應用得到國家及有關部門的高度關注，目前，故障智能化診斷及控制已經可通過神經網絡控制技術來實現(xiàn)。例如，以人工神經網絡中的神經元模擬電力系統(tǒng)節(jié)點，通過神經元的系統(tǒng)化銜接搭建電力系統(tǒng)神經網絡，對整個系統(tǒng)中各個節(jié)點、模塊的運行狀態(tài)做實時監(jiān)控，并采集有效的數(shù)據(jù)、圖像或視頻信息，以此為基礎開展信息分析、挖掘工作，以準確定位電力系統(tǒng)異常點，幫助優(yōu)化電力系統(tǒng)運行方案，提高供電能力。

1.2.2模糊控制技術的應用

電力系統(tǒng)運行過程中，產生大量實時數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)處于不斷更新、變化的狀態(tài)，數(shù)據(jù)分析、描述難度高，給傳統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)運行帶來巨大壓力，易發(fā)生信息獲取不全面、故障診斷失誤、數(shù)據(jù)更新時效性不足等問題。在引入模糊控制算法后，自動化控制系統(tǒng)得到全面升級，在系統(tǒng)設計及后期運維管理難度上都明顯降低，以模糊控制及數(shù)據(jù)綜合分析取代以往的數(shù)學算法分析過程，各變量之間的關系更加明確，由此產生的控制效果也得到顯著提升。如圖2為模糊控制器的運行原理示意圖。

1.2.3專家控制系統(tǒng)的應用

專家控制系統(tǒng)可被視為一種智能化計算機程序，該程序中存儲大量與電力領域有關的專家知識，包括標準化數(shù)據(jù)、研究成果、實驗案例等，借助強大的專家數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)可自動完成故障診斷工作，并向電力管理人員提供相應的問題處理意見。在專家控制系統(tǒng)運行過程中，自動化控制系統(tǒng)可自行切換運行狀態(tài)及模式，并開展故障診斷、定位、排查等活動，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化管理[2]。例如當系統(tǒng)某一元件突發(fā)異常時，系統(tǒng)終端采集異常信號并傳輸至控制中心，經分析確認后，系統(tǒng)第一時間給出報警提示，提醒相關人員介入，同時對故障位置、原因等進行判斷，給出故障排除的具體措施，運維管理人員結合系統(tǒng)信息提示，即可快速、準確完成故障排除工作，以免影響系統(tǒng)其他模塊的正常運行。

2智能化控制技術開發(fā)運用案例分析

2.1 1750MW級核電封閉母線簡介

1750MW級核電為目前單機容量最大的核能發(fā)電機，其屬于半轉速三相同步發(fā)電機類型，并采用水氫氫冷卻方式，冷卻效果非常突出。該級別核電發(fā)電機的鉆子直徑達到2040mm，約為常規(guī)火電發(fā)電機的2倍，鉆子自重超過800t。1750MW級核電發(fā)電機裝機容量高、技術難度大，且內部結構復雜、制造精密，在日常運行過程中，發(fā)電機監(jiān)管工作難度也要遠高于一般火電。

2.2封閉母線智能化控制需求分析

封閉母線為1750MW級核電發(fā)電機組的重要元件，常規(guī)封閉母線并未安裝自封閉系統(tǒng)，在發(fā)電機組停機維護過程中，外部環(huán)境中的灰塵、水分等進入母線外殼，給母線清潔工作帶來較大難度。離相封閉母線相較于常規(guī)母線，封閉性更高，在運行過程中，受灰塵、雨水的影響程度較低，且具備安全性高的優(yōu)勢，因此近年來在核電機組中得到廣泛應用。但當環(huán)境溫度或負荷電流降低時，封閉母線的電壓隨之降低，因內外壓力差的產生導致外部空氣進入母線外殼，空氣中的灰塵、水分等導致母線受潮或結露，影響其絕緣性能，進而嚴重威脅到1750MW級核電發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性。尤其在風沙降雨天氣，或氣候潮濕的區(qū)域，以上問題發(fā)生的程度更高。

針對1750MW級核電封閉母線的特點和與運行缺陷，行業(yè)一般會選擇安裝微增壓系統(tǒng)的方式，向母線外殼內進行補壓，以達到平衡內外壓強的作用，避免外部空氣進入母線外殼。具體原理為：通過微增壓系統(tǒng)賦予封閉母線自封閉屬性，在核電發(fā)電機停機檢修或遭遇極端天氣時，微增壓裝置向母線外殼內填充經干燥及過濾處理的空氣，促使母線外殼內的氣壓穩(wěn)定在300～2500Pa，以免水分、灰塵等隨空氣進入外殼[3]。微增壓裝置可自動控制進入母線外殼空氣的壓力及溫度，裝置運行過程中若控制回路出現(xiàn)異常，就會引發(fā)母線微增壓裝置壓力異?，F(xiàn)象，影響其保護性能的發(fā)揮。因此，行業(yè)希望找到一種穩(wěn)定性更高、控制精度更好的控制方式，確保微增壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.3封閉母線微增壓系統(tǒng)控制方案優(yōu)化

2.3.1數(shù)據(jù)采集模塊

封閉母線微增壓系統(tǒng)智能化控制指標主要為溫度和壓力，其中，1750MW核電系統(tǒng)中封閉母線的合理運行溫度應不超過120℃，母線外殼內氣壓應保持在300～2500Pa。因此現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊由溫控表及壓力控制表構成。安裝過程中，確保溫控表接線可靠，接通電源調整面板上的波動開關，完成溫度上下限設置。若現(xiàn)場測得的溫度值低于溫度下限，設備綠燈亮起，若溫度高于溫度上限，設備紅燈亮起。微增壓設備正常運行時，溫控表指示燈為常閉狀態(tài)。壓力表自帶顯示盤，顯示壓力實測值及設定標準值，可利用SET按鍵及上下鍵完成標準壓力范圍設定。

2.3.2智能化控制邏輯

封閉母線微增壓智能化控制系統(tǒng)包括氣壓系統(tǒng)及閥門控制邏輯兩部分，對空氣做加壓、過濾處理，得到壓力值在0.8MPa的干燥、清潔空氣后，系統(tǒng)自動調整減壓閥、進氣閥、電磁補氣閥等閥門的狀態(tài)，向母線外殼內注入清潔空氣，以調整其壓力值到合理范圍，確保母線絕緣不受影響。控制邏輯的具體內容包括：第一，當壓力值降至300Pa以下時，壓力開關被觸發(fā)，改變常閉接點狀態(tài)，開啟電磁補氣閥向母線外殼內注入清潔空氣。第二，當壓力值達到300Pa之后，壓力開關被觸發(fā)，將常閉接點斷開，形成自保持回路繼續(xù)向外殼內注入空氣。第三，當外殼內壓力值達到2500Pa后，補氣回路自動斷開。同時在時間繼電器設置延時，若持續(xù)補氣時間達到延時指標壓力開關未發(fā)生關閉動作，自動開啟報警指示燈，將母線外殼低壓信息傳輸至控制中心，提示相關人員進行現(xiàn)場查看。注意在實際應用中，易發(fā)生封閉母線微增壓裝置低壓、高壓報警信號同時發(fā)出的現(xiàn)象，其原因主要是微增壓壓力上限值設定失誤。因此在使用智能化控制技術對封閉母線微增壓設備進行控制時，需結合1750MW核電機組運行特點合理選擇壓力上限。

3結論

智能化控制技術在電力行業(yè)的應用已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，分析智能化控制技術的類型及開發(fā)運用，有利于電力智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)和升級。加強智能化控制技術研究，并做好技術引進工作，促使電力行業(yè)健康化發(fā)展。

參考文獻

[1] 余祖良，汪健，張彪，等.微增壓在離相封閉母線中的應用[J].水電站機電技術，2019，42（11）：30-32.

[2] 秦傳儉，張恒偉，張恒革.封閉母線微正壓系統(tǒng)在廠用電系統(tǒng)中的應用[J].機電信息，2019（30）：43-44.

[3] 趙杉.論電氣自動化控制技術在電力系統(tǒng)中的應用[J].時代農機，2019，46（01）：79-80.