電力系統(tǒng)自動化中的智能技術(shù)應(yīng)用

包良玉

（國網(wǎng)果洛供電公司，青海果洛 814000）

電力自動化系統(tǒng)是一種典型的動態(tài)系統(tǒng)，具有非線性、時變性的特點(diǎn)。近些年，由于我國電力自動化系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，所投入的電力設(shè)備逐漸增多，在一定程度上提高了電力自動化系統(tǒng)管理難度。很多電力自動化系統(tǒng)受到客觀條件限制，存在控制不精準(zhǔn)、頻繁失控、系統(tǒng)失效、管理效率低、運(yùn)營成本增加等問題，導(dǎo)致綜合效益有所下降，不能滿足全方位掌控的目標(biāo)。智能技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)了電力系統(tǒng)自動化控制功能，包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、線性最優(yōu)控制等，有效提升了電力自動化系統(tǒng)控制精度和執(zhí)行效率，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的智能升級。

1 電力系統(tǒng)自動化及智能技術(shù)概述

1.1 電力系統(tǒng)自動化

電力系統(tǒng)自動化是我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，主要包括電力控制自動化、電力調(diào)度自動化及配電自動化，具有在線監(jiān)測、故障模擬、程序自動化管理、故障修復(fù)和信息自動化傳輸?shù)裙δ?。電力系統(tǒng)自動化運(yùn)營的主要目標(biāo)是確保供電質(zhì)量、保障電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、提升電力系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 智能技術(shù)

智能技術(shù)是指在系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用現(xiàn)代化計算技術(shù)、精密傳感技術(shù)、智能軟件技術(shù)等，讓系統(tǒng)仿人腦形式展開運(yùn)作，從而提升整個系統(tǒng)的運(yùn)行效能。智能技術(shù)是自動化技術(shù)的再次升級，其應(yīng)用有助于改善作業(yè)環(huán)境、提升系統(tǒng)運(yùn)行效率和質(zhì)量、降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險，具有良好的節(jié)能性，可提升自動化系統(tǒng)智能水平、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

2 目前電力系統(tǒng)自動化中的主流智能技術(shù)

2.1 模糊控制

模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語言變量、模糊邏輯推理為核心的計算機(jī)控制技術(shù)。通過模擬人類大腦思維，根據(jù)需求輸入模糊理論推導(dǎo)得出推理過程和決策過程，并對其進(jìn)行模糊輸出，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)智能控制[1]。模糊控制模糊控制在電力自動化系統(tǒng)中應(yīng)用具有操作簡單、客觀性強(qiáng)、非線性等特點(diǎn)，讓電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行更加便捷，實(shí)現(xiàn)更全面的自動化控制。但其也存在一定的缺陷，如學(xué)習(xí)能力差、決策誤差大、調(diào)整性較差、穩(wěn)定性不足等，這就需要配合其他智能技術(shù)來彌補(bǔ)模糊控制的缺陷。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是指在系統(tǒng)中借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對象的精準(zhǔn)描述及非線性對象建模，可以實(shí)現(xiàn)建模、控制、計算、推理、故障診斷等功能。作為智能領(lǐng)域的重要分支，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在自動化控制系統(tǒng)中具有借助模型控制器充當(dāng)對象模型、反饋系統(tǒng)中充當(dāng)控制器、傳統(tǒng)系統(tǒng)中優(yōu)化計算、其他控制方法與優(yōu)化算法等功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制已經(jīng)初步應(yīng)用于電力自動化系統(tǒng)領(lǐng)域中，并且在結(jié)構(gòu)模型、學(xué)習(xí)算法方面獲得了較多研究成果。在電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域中，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計算和數(shù)據(jù)處理，可以提升運(yùn)行效率，降低人力成本，實(shí)現(xiàn)智能化控制，避免人工操作產(chǎn)生的誤差[2]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可與電力自動化系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)故障自動檢測功能，降低電力自動化系統(tǒng)故障發(fā)生概率。

2.3 專家控制系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)是一種基于人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)原理的控制系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種智能計算機(jī)程序系統(tǒng)，包含了多個領(lǐng)域?qū)＜抑R經(jīng)驗(yàn)，借助計算機(jī)技術(shù)和AI 技術(shù)，結(jié)合行業(yè)專家知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷推理，模擬行業(yè)專家決策過程，從而處理更加復(fù)雜的問題[3]。

電力自動化系統(tǒng)專業(yè)性較強(qiáng)，非常適用于專家控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)識別和處理系統(tǒng)緊急故障、恢復(fù)系統(tǒng)控制、系統(tǒng)動態(tài)與靜態(tài)分析、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化、電壓無功控制、故障隔離等功能。如ES 專家數(shù)據(jù)庫，其不僅融合了電力行業(yè)所有的理論知識，同時還總結(jié)了電力行業(yè)專家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對提升電力系統(tǒng)自動化綜合性能有著重要意義。

2.4 線性最優(yōu)控制

線性最優(yōu)控制是一種特殊的最優(yōu)控制理念，其本質(zhì)是找出允許的控制方案，將動態(tài)系統(tǒng)從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到某種要求的終端狀態(tài)，從而讓性能指標(biāo)達(dá)到用戶要求。線性最優(yōu)控制通?？梢詰?yīng)用于非線性最優(yōu)控制問題領(lǐng)域中。

目前，線性最優(yōu)控制系統(tǒng)應(yīng)用較為成熟、適用性廣，可以應(yīng)用于多種控制理論體系中。在電力自動化控制領(lǐng)域，線性最優(yōu)控制主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電，加強(qiáng)各段輸電系統(tǒng)的智能化管控，改善輸電過程的動態(tài)效能。

3 電力系統(tǒng)自動化中智能技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

3.1 智能通信

構(gòu)建實(shí)時、高效、雙向、集成的通信系統(tǒng)是打造電力自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，自動化系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)、保護(hù)、控制均需要通信系統(tǒng)收發(fā)信息，所以，構(gòu)建智能通信系統(tǒng)是電力自動化系統(tǒng)升級的第一步。通過應(yīng)用智能通信系統(tǒng)，電力控制系統(tǒng)具備了自愈特征，系統(tǒng)可以檢測電力設(shè)備受到的各種擾動，并對其展開補(bǔ)償，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。智能通信系統(tǒng)中包含了IEDs（智能電子設(shè)備）、控制中心、智能儀表、電子控制器、系統(tǒng)保護(hù)等，可提高對電力系統(tǒng)的控制能力和服務(wù)水平。在智能通信領(lǐng)域，需要重點(diǎn)從兩個方面著手。

（1）開放的通信架構(gòu)。開放式通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“即插即用”的功能，有助于后期系統(tǒng)升級和改造，實(shí)現(xiàn)不同電力元件之間的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

（2）統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。將傳感器、IEDs、應(yīng)用系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)無縫通信；實(shí)現(xiàn)電力信息和決策指令在這些設(shè)備、系統(tǒng)間直接傳遞；實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間、系統(tǒng)之間、設(shè)備與系統(tǒng)之間的互操作功能，這也需要電力企業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)制定單位加強(qiáng)合作，實(shí)現(xiàn)各個系統(tǒng)、設(shè)備的互聯(lián)互通。

3.2 智能監(jiān)控

智能監(jiān)控是電力自動化系統(tǒng)中的基本組件，先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)時獲取電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將所采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)可識別的數(shù)據(jù)信息，以供電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用和決策。智能監(jiān)控通過采集信息可以判斷電力設(shè)備健康情況和系統(tǒng)完整性。借助智能化技術(shù)，打造基于微處理器的智能傳感器，可實(shí)現(xiàn)更多的監(jiān)測功能，除了獲取電力設(shè)備運(yùn)行的基本信息外，還可存儲電力系統(tǒng)運(yùn)行中的高峰參數(shù)和低峰參數(shù)，并將所采集的數(shù)據(jù)繪制成表格和圖像供管理人員參考，并提供相應(yīng)的決策建議。

先進(jìn)智能監(jiān)控采用了集成的分布式結(jié)構(gòu)，信息采集系統(tǒng)可以自適應(yīng)相互通信，提升信息采集的可靠性，即使某個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障也不會對其他系統(tǒng)造成負(fù)面影響，相關(guān)設(shè)備依然可以正常使用，減少故障帶來的負(fù)面影響。未來，電力自動化系統(tǒng)應(yīng)融入計算機(jī)代理程序（自治、交互的自適應(yīng)軟件模塊），該程序集成了監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整個自動化系統(tǒng)的自我管控。

3.3 智能設(shè)備

智能技術(shù)功能最終會呈現(xiàn)在智能設(shè)備上，電力自動化系統(tǒng)升級需要投入大量的智能設(shè)備，從而提升整個系統(tǒng)的功能。電力自動化系統(tǒng)智能設(shè)備主要包括電力電子設(shè)備、超導(dǎo)設(shè)備、大容量存儲設(shè)備等，通過應(yīng)用智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的最佳運(yùn)行平衡點(diǎn)，通過改造智能設(shè)備，如新型導(dǎo)體技術(shù)，保證電力傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

智能設(shè)備有助于打造新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成微電網(wǎng)。FACTS（柔性交流輸電系統(tǒng)）可以加強(qiáng)電力設(shè)備的管控，并且還可以控制非智能設(shè)備，降低電力自動化系統(tǒng)改造成本[4]。分布式電力系統(tǒng)設(shè)計方案，可以讓多臺電力機(jī)組借助智能通信系統(tǒng)構(gòu)成可智能調(diào)度的虛擬電廠，各個模塊可以實(shí)現(xiàn)自動化控制，極大地減少人工勞動力的投入。

3.4 智能控制系統(tǒng)

智能控制可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的分析、診斷、預(yù)測、排障、決策等功能，智能控制系統(tǒng)服務(wù)于參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、通信集成系統(tǒng)、設(shè)備機(jī)組系統(tǒng)、決策系統(tǒng)，通過監(jiān)測系統(tǒng)獲取電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)實(shí)時參數(shù)變化情況快速做出響應(yīng)，決策系統(tǒng)對故障快速診斷并下發(fā)操作指令，從而實(shí)現(xiàn)智能控制的一個循環(huán)流程。在智能控制系統(tǒng)中融合專家系統(tǒng)，借助專家系統(tǒng)中的知識實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)控制[5]。整個決策和執(zhí)行流程僅在幾秒鐘完成，通過電力系統(tǒng)的自愈功能極大提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。智能控制系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測。智能控制系統(tǒng)借助智能電子設(shè)備、傳感器、測量工具、用戶使用參數(shù)等，對整個電力自動化系統(tǒng)展開狀態(tài)評估，并且實(shí)時提供電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)信息，管理人員可以實(shí)時掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，通過借助向量測量單元和安全預(yù)警系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警。

（2）數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)軟件分析功能的發(fā)展依托于實(shí)時且精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和計算機(jī)的強(qiáng)大處理性能，通過數(shù)據(jù)分析可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計和應(yīng)急分析性能，并且整個分析過程僅在幾秒鐘完成，快速且精準(zhǔn)的分析可以為控制系統(tǒng)、管理人員提供充足時間解決緊急問題。專家系統(tǒng)將所得出的決策數(shù)據(jù)快速推送至決策系統(tǒng)，用于管理人員決策參考。控制中心的負(fù)荷預(yù)測功能可將傳感器所采集的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并繪制成趨勢圖，預(yù)測電力設(shè)備未來一段時間內(nèi)的運(yùn)行負(fù)荷，并借助概率風(fēng)險分析系統(tǒng)，計算電力設(shè)備在運(yùn)行、檢修期間的故障概率。

（3）診斷與解決問題。智能化控制系統(tǒng)借助傳感器可以實(shí)時、精準(zhǔn)地獲取電力設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并借助專家系統(tǒng)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷，判斷現(xiàn)有故障、隱藏故障、潛在故障，并針對這些故障提出相應(yīng)的解決方案，將方案傳輸給控制中心供管理人員決策判斷。

（4）執(zhí)行自動化控制。智能控制系統(tǒng)借助智能分析技術(shù)、智能通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行問題檢測、響應(yīng)自動化控制，借助控制中心下達(dá)的決策指令，執(zhí)行系統(tǒng)會自動快速動作，避免電力系統(tǒng)故障進(jìn)一步擴(kuò)展，降低緊急事故發(fā)生概率，通過修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)從而預(yù)防事故產(chǎn)生。

（5）goose 虛端。goose 虛端（自動化測試框架）可以實(shí)現(xiàn)各個子系統(tǒng)的集成，加強(qiáng)電力各個系統(tǒng)信息交流與保護(hù)，以多管理渠道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理模式。在實(shí)際應(yīng)用中，在各個操控系統(tǒng)中加入goose 虛端，在各個子系統(tǒng)互不干擾的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)每個系統(tǒng)模塊的聯(lián)動。通過決策系統(tǒng)的goose 總虛端，即可對其他子系統(tǒng)的goose 虛端進(jìn)行管控，控制電力設(shè)備開關(guān)和運(yùn)行參數(shù)。goose 虛端在智能控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，并且goose 虛端操作邏輯還有進(jìn)一步優(yōu)化空間，從而提升電力自動化系統(tǒng)控制性能。

3.5 決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)是控制中心的重要組成部分，用于信息呈現(xiàn)、指令下達(dá)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以將復(fù)雜的電力自動化系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為信息數(shù)據(jù)，其中包含了動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)據(jù)展示技術(shù)等，幫助管理人員處理、分析、解決電力系統(tǒng)運(yùn)行問題。管理人員決策從過去的數(shù)小時縮短到幾分鐘，甚至是幾秒鐘，需要實(shí)時、有效的系統(tǒng)供管理人員快速、精準(zhǔn)決策。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）可視化。決策支持系統(tǒng)將傳感器所采集和處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分類，并將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)不同崗位人員工作內(nèi)容實(shí)時推送電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行信息，并通過可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為表格、走勢圖、設(shè)備機(jī)組仿真模型等，讓工作人員快速掌握電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行情況，以便工作人員快速做出分析與決策。

（2）決策支持。根據(jù)傳感器所采集的數(shù)據(jù)，對既有故障、隱藏故障、潛在故障等問題進(jìn)行分析，為管理人員提供決策數(shù)據(jù)信息，并提供相應(yīng)的解決建議和方案，通過模糊控制系統(tǒng)估算各個方案實(shí)施的成功率和失敗率。

（3）工作人員培訓(xùn)。借助決策支持系統(tǒng)相關(guān)工具以及電力行業(yè)軟件動態(tài)仿真器，通過更加直觀、更加科學(xué)的信息供給，可有效提升工作人員培訓(xùn)效率和效果，有助于強(qiáng)化工作人員的技術(shù)水平和理論知識。

（4）系統(tǒng)規(guī)劃。決策支持系統(tǒng)通過將電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和決策建議集成，為管理人員提供電力自動化系統(tǒng)運(yùn)行、維修、規(guī)劃方案，為電力自動化系統(tǒng)未來發(fā)展提供信息支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，在電力系統(tǒng)自動化中應(yīng)用智能技術(shù)，有助于完善電力系統(tǒng)自動化運(yùn)營體系，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量，更好地滿足電力企業(yè)生產(chǎn)需求。智能化作為一種新興技術(shù)，具有效益高、邏輯性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢，這就需要加強(qiáng)智能技術(shù)在電力自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，積極融入新型智能技術(shù)，同時不斷加強(qiáng)智能技術(shù)突破，推動電力自動化系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。