華北電力大學(xué) 鹽城供電公司 馮進(jìn)兵

隨著電力業(yè)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜多變，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性都提出了更高的要求。近年來(lái)，控制技術(shù)在不斷地拓展，控制方法也越來(lái)越多樣化，尤其是智能控制技術(shù)，在電力、冶金、化工、建材等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。本文探討了職能控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一、分層遞階控制理論

（一）分層遞階控制理論產(chǎn)生及發(fā)展

1977年，Saridis在針對(duì)機(jī)器人控制提出了一種智能控制的三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。該思想在智能控制中有廣泛應(yīng)用，并進(jìn)一步推廣到了結(jié)合信息融合的集散遞階智能控制系統(tǒng)。分層遞階是人們分析和組織復(fù)雜系統(tǒng)的一種常用方法。無(wú)論是信息分析、還是行為控制，都有其層次性，在高層負(fù)責(zé)宏觀的信息和決策，在低層負(fù)責(zé)具體的數(shù)據(jù)和控制。其基本控制原理是精度隨智能降低而增大，即IPDI（Increasing Precision with Decreasing Intelligence）原理。分級(jí)遞階控制系統(tǒng)是由一個(gè)三層結(jié)構(gòu)組成的，三層結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容包括組織級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)三個(gè)層次。分級(jí)遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

1.組織級(jí)

組織級(jí)代表控制系統(tǒng)的主導(dǎo)思想具有最高的智能水平，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的推理、規(guī)劃、決策、長(zhǎng)期記憶、信息交流，并由人工智能起主導(dǎo)作用，主要進(jìn)行基于知識(shí)的各種信息處理和決策。

2.協(xié)調(diào)級(jí)

協(xié)調(diào)級(jí)為組織級(jí)和執(zhí)行級(jí)之間的連接裝置，涉及決策方式的表示，主要負(fù)責(zé)將組織級(jí)的指令進(jìn)行整合分配成為各項(xiàng)子任務(wù)，并將任務(wù)的執(zhí)行信息反饋出來(lái)，由人工智能和運(yùn)籌學(xué)起主導(dǎo)作用。

3.執(zhí)行級(jí)

執(zhí)行級(jí)是智能控制系統(tǒng)的最低層次，要求具有最高的控制精度，并由常規(guī)控制理論進(jìn)行控制，一般是由多個(gè)硬件控制器組成的，負(fù)責(zé)具體過(guò)程的控制。

（二）仿人智能控制

我國(guó)著名學(xué)者周其鑒、李祖樞教授提出的仿人智能控制理論(HSIC)是分層遞階控制理論的一個(gè)重要發(fā)展分支。仿人智能控制理論（HISC）研究的基本方法是：從分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)的最低層（運(yùn)行控制級(jí)）著手，充分應(yīng)用已有的控制理論成果和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，直接對(duì)人的控制經(jīng)驗(yàn)、技巧和各種直覺(jué)推理邏輯進(jìn)行測(cè)辨、概括和總結(jié)；并將其編制成各種簡(jiǎn)單實(shí)用、精度高、能實(shí)時(shí)運(yùn)行的控制算法，并直接應(yīng)用于實(shí)際控制系統(tǒng)。仿人智能控制理論認(rèn)為，智能控制為對(duì)控制問(wèn)題求解的二次映射的信息處理過(guò)程，即從“認(rèn)知”到“判斷”的定性推理過(guò)程和從“判斷”到“操作”的定量控制過(guò)程。

類似與Saridis的三元機(jī)構(gòu)，仿人智能控制提出了由任務(wù)自適應(yīng)級(jí)(TA)、參數(shù)自校正級(jí)(ST)和運(yùn)行控制級(jí)(MC)組成的2階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，作為仿人智能控制體系中最基本的單元控制器(UC)，如圖2所示。

仿人智能控制系統(tǒng)(如圖3)的單元控制級(jí)UC具有二階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠獨(dú)立地面向?qū)嶋H被控制的對(duì)象，自組織、自適應(yīng)和自校正地完成實(shí)時(shí)控制任務(wù)。作為一高階產(chǎn)生式系統(tǒng)的各級(jí)，MC、ST和TA三級(jí)都有各自的規(guī)則庫(kù)RB、各自的特征辨識(shí)器Cl和推理機(jī)IE，三級(jí)之間蘊(yùn)含的信息交換通過(guò)對(duì)公共數(shù)據(jù)庫(kù)CDB直接存取數(shù)據(jù)來(lái)完成。這種緊藕合的并行運(yùn)行機(jī)制，便于單元控制器快速自適應(yīng)過(guò)程的完成。對(duì)于某一個(gè)單一的被控對(duì)象，一個(gè)單元控制器已足以自主地完成控制問(wèn)題的求解。同時(shí)，其中各級(jí)產(chǎn)生式系統(tǒng)還可通過(guò)特征記憶，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)功能，不斷提高控制品質(zhì)。

此外，仿人智能控制理論提出了智能控制的分層信息處理與決策機(jī)構(gòu)，是求解控制問(wèn)題的一種高階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu).按層次高低可分為，中樞司令級(jí)(CC)、組織協(xié)調(diào)級(jí)((X二)和單元控制級(jí)UC。

總之，仿人智能控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上具有以下基本特征：分層遞階的信息處理和決策機(jī)構(gòu)（高階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）、在線的特征辨識(shí)和特征記憶、開(kāi)閉環(huán)控制結(jié)合和定性決策與定量控制、結(jié)合的多模態(tài)控制、啟發(fā)式和直覺(jué)推理邏輯的應(yīng)用。

二、仿人智能控制理論和電力系統(tǒng)自動(dòng)化

（一）仿人控制理論在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

1995年，汪濤基和呂林等人把仿人智能控制理論中的部分理論和成果運(yùn)用到了同步發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制器中。由于勵(lì)磁控制過(guò)程可以理解為一個(gè)單輸人單輸出的單一被控對(duì)象，一個(gè)單元控制器已足以自主地完成控制問(wèn)題的求解，汪濤基和呂林等人只使用了單元控制級(jí)中的ST和MC兩層。采用同步發(fā)電機(jī)組的△Pe、ωΔ、△I、△UG及其導(dǎo)數(shù)作為特征量，制定9條推理規(guī)則，即達(dá)到了比常規(guī)控制以及PSS控制方式更為優(yōu)越的控制效果。1996年6月，依據(jù)仿人智能控制理論設(shè)計(jì)的勵(lì)磁控制器在云南省大寨電廠1#機(jī)組上正式投人運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行情況良好，性能穩(wěn)定。但目前還沒(méi)有明確給出其設(shè)計(jì)的理論來(lái)源。對(duì)HSIC理論的應(yīng)用在于對(duì)基本理論的應(yīng)用。因此將HSIC理論全面地引人電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制中來(lái)，有利于集思廣義，促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展。

圖1 分級(jí)遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖2 單元控制器的基本結(jié)構(gòu)

圖3 仿人智能系統(tǒng)的高階產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖4 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)

（二）電力自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電力系統(tǒng)自動(dòng)化通常指對(duì)電力設(shè)備及系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視、控制和調(diào)度。按電力系統(tǒng)運(yùn)行管理區(qū)域，可以將電力系統(tǒng)自動(dòng)化分成電力系統(tǒng)調(diào)度白動(dòng)化、發(fā)電廠自動(dòng)化和變電站自動(dòng)化。調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖4所示。其中主站(MS)安裝在調(diào)度所，遠(yuǎn)動(dòng)終端(RTU)安裝在各發(fā)電廠和變電站。MS和RTU之間通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道相互通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視與控制。主計(jì)算機(jī)是主站的核心，負(fù)責(zé)信息加工和處理，檢測(cè)一些參數(shù)是否越限，斷路器是否有變位等，將結(jié)果通過(guò)人機(jī)聯(lián)系設(shè)備向調(diào)度員報(bào)告，或向上級(jí)調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)等。電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)重要特點(diǎn)是其分層結(jié)構(gòu)。電力系統(tǒng)調(diào)度控制一般分為主調(diào)度中心、區(qū)域調(diào)度中心和地區(qū)調(diào)度中心三級(jí)。電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)，與分層遞階的高階產(chǎn)生式智能控制系統(tǒng)非常一致。

電力自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，符合Saridis的“精度隨智能降低而提高”的原理。主調(diào)度中心只分配大的電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)，低層的單元控制器只負(fù)責(zé)根據(jù)上級(jí)的指令，具體地實(shí)施對(duì)本單元內(nèi)設(shè)備的控制。層次越低，則控制系統(tǒng)的被控量、控制量和參考值等指標(biāo)越具體。

三、結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)控制理論在電力系統(tǒng)的控制與運(yùn)用中的應(yīng)用有利于促進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平的提升，在今后的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中，廣大科研人員還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分層遞階控制理論等先進(jìn)的控制理論的理解和應(yīng)用，并將其利用與仿人智能控制理論的研究和發(fā)展中，以加快電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，提高供電的安全性和可靠性。

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