湖南電科院檢測集團(tuán)有限公司 李 斌

隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，電氣自動化控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其主要是通過各種電氣自動化儀表、自控技術(shù)、設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化運(yùn)行與管理。目前，基于信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)、智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能發(fā)展較快，且在電氣自動化控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在其可模擬人類思維，具有學(xué)習(xí)能力，可精準(zhǔn)進(jìn)行故障診斷與分析，在提高電力系統(tǒng)自動化運(yùn)行效率、安全性方面發(fā)揮著重要作用。本文圍繞人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用展開具體分析。

人工智能技術(shù)原理與發(fā)展情況

(一)人工智能技術(shù)原理

人工智能簡稱為AI（Artificial Intelligence），其作為一門學(xué)科，在1856年問世。人工智能涉及領(lǐng)域眾多，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等，屬于綜合性邊緣學(xué)科。目前，針對人工智能尚未有一個統(tǒng)一的表述，且不同學(xué)科對人工智能的理解、認(rèn)知有所差異。從廣義上來看，人工智能技術(shù)是關(guān)于人造物的智能行為，包括知覺、學(xué)習(xí)、推理、交流以及復(fù)雜環(huán)境中的行為；從工程學(xué)的角度出發(fā)，人工智能技術(shù)主要是指借助人工使機(jī)器具備與人類智慧相關(guān)的功能，如：判斷、推理、證明、感知、理解、思考、識別、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)以及問題求解等，可以將其理解為人類智慧在機(jī)器上的實(shí)現(xiàn)。

目前，人工智能技術(shù)主要可分為兩大類。一類是弱人工智能技術(shù)，主要是賦予機(jī)器某種既定的、事先設(shè)定的程序指令，只對特定外界刺激作出反應(yīng)，無法自主改變。因此弱人工智能技術(shù)所表現(xiàn)的智能與行為可被人類控制，且不會對人類產(chǎn)生威脅，但是其無法如同人類一般通過自我學(xué)習(xí)提高智能性。另一類是強(qiáng)人工智能技術(shù)，其可因外界環(huán)境的變化與刺激產(chǎn)生自我意識，且可對此類變化與刺激進(jìn)行分析、推理與判斷。強(qiáng)智能技術(shù)包括類人與非類人的兩種，前者機(jī)器擁有與人類類似的推理能力與思維方式；后者機(jī)器擁有自己的推理能力與思維方式。因此，強(qiáng)智能技術(shù)可按預(yù)先設(shè)定指令運(yùn)行，或是根據(jù)環(huán)境需要運(yùn)行，可主動完成任務(wù)，不完全依照實(shí)現(xiàn)設(shè)定的程序運(yùn)行。

(二)人工智能技術(shù)發(fā)展情況

人工智能技術(shù)的誕生可追溯至20世紀(jì)50年代，發(fā)展至今其已經(jīng)成為了最前沿、最熱門的高新技術(shù)之一。

1956年，達(dá)特碼斯大學(xué)正式以“人工智能”的名義召開了學(xué)習(xí)討論會，此次討論會長達(dá)兩個月，由此標(biāo)志“人工智能”作為一門新學(xué)科出現(xiàn)。在過去的半個世紀(jì)里，人工智能技術(shù)的發(fā)展較為順利，其發(fā)展階段可大致劃分如下：1956年前——孕育時期；1956～1970年——形成時期；1966～1974年——暗淡時期；1970～1988年——知識應(yīng)用時期；1986年至今——集成發(fā)展時期。尤其是20世紀(jì)80年代以來，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、行為主義等領(lǐng)域研究的不斷深入，人工智能技術(shù)的發(fā)展越加成熟，且開始得到推廣應(yīng)用，并進(jìn)一步滲透到其他學(xué)科領(lǐng)域。

我國在人工智能領(lǐng)域方面的研究起步較晚，直至1978年，人工智能技術(shù)被納入國家計(jì)劃研究，由此時期開始，我國逐漸重視人工智能技術(shù)。1989年，我國第一次召開了中國人工智能控制聯(lián)合會議，并于1993年將智能控制、智能自動化等項(xiàng)目納入國家科技攀登計(jì)劃?；趪艺吲c資金的大力支持，我國在人工智能領(lǐng)域方面的研究不斷深入，且在持續(xù)縮短與國際水平的差異，目前我國在人工智能技術(shù)方面已經(jīng)取得了不少領(lǐng)先國際的創(chuàng)造性成果。從實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域來看，人工智能技術(shù)已經(jīng)在不同行業(yè)實(shí)現(xiàn)了推廣應(yīng)用，且為我國現(xiàn)代化建設(shè)作出了巨大貢獻(xiàn)。本文從電氣自動化控制領(lǐng)域出發(fā)展開分析，詳細(xì)探討了人工智能的應(yīng)用情況。

人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢

電氣自動化控制技術(shù)，主要是通過各種工具與系統(tǒng)獲取信息，并對各種信息進(jìn)行處理與決策，并將此運(yùn)用于日常生產(chǎn)活動中，由此可全面提高實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行效率與可靠性[4]。對于電氣自動化控制而言，其最重要的功能就是控制，而控制的前提是數(shù)據(jù)分析，借助人工智能可有效提高數(shù)據(jù)分析能力，保證決策的精確性與可靠性，提高控制效率與效果。人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用優(yōu)勢具體可歸納為如下幾點(diǎn)。

(一)有效減小外界干擾

根據(jù)電氣自動化控制系統(tǒng)運(yùn)行情況顯示，一般主要采取構(gòu)建自動化模型的方式，其受到的干擾較為強(qiáng)烈，參數(shù)的變化、數(shù)值的計(jì)算均會對控制結(jié)果產(chǎn)生影響?；诖朔N運(yùn)行模式下，大幅增加了電氣自動化控制難度，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用則無需顧慮動態(tài)模型計(jì)算的準(zhǔn)確性，在構(gòu)建自動化模型時無需苛刻的運(yùn)行環(huán)境，有利于提高電氣自動化控制水平。

(二)實(shí)現(xiàn)高效的參數(shù)調(diào)節(jié)

在電氣自動化控制領(lǐng)域中，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用有利于簡化電氣控制，其操作性更強(qiáng)，且適應(yīng)能力也要強(qiáng)于傳統(tǒng)的控制器。此外，人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用，需在語言、響應(yīng)信息方面重新設(shè)計(jì)模型參數(shù)，由此參數(shù)調(diào)節(jié)更為高效、便捷。

(三)具有強(qiáng)大的適應(yīng)性

基于傳統(tǒng)電氣自動化控制系統(tǒng)下，每一種控制往往都是應(yīng)對某一個特定對象，實(shí)際控制效果較好，但是靈活性較差，一旦更換控制對象，往往無法獲得理想的控制效果。對此，通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高電氣自動化控制的適應(yīng)性，無論是特定數(shù)據(jù)、還是隨機(jī)選擇的數(shù)據(jù)，只要輸入自動化控制系統(tǒng)內(nèi)即可獲得相同的控制效果，自動化控制性能更加優(yōu)越。

人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用要點(diǎn)

人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用主要可歸納如下五個方面：電氣設(shè)備、電氣控制、電力系統(tǒng)、故障診斷以及日常操作，下文就此展開詳細(xì)分析。

(一)電氣設(shè)備方面

電氣設(shè)備設(shè)計(jì)過程是一個十分復(fù)雜的工作，其不僅體現(xiàn)在涉及學(xué)科眾多方面，如：電路、電機(jī)、電磁場等，還體現(xiàn)在其需要大量的經(jīng)驗(yàn)知識。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要是基于經(jīng)驗(yàn)不斷實(shí)驗(yàn)，但是此種方法耗時耗力，且很難獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，將員工經(jīng)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合共同完成電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)工作，有效縮短電氣產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量與使用效率[5]。同時，人工智能技術(shù)可應(yīng)用于電氣設(shè)備運(yùn)行中，其可代替人腦實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動化運(yùn)行，不僅減小了操作人員工作壓力，也有利于提高電氣設(shè)備工作效率與準(zhǔn)確度。

(二)電氣控制方面

在電氣自動化運(yùn)行中，電氣控制是關(guān)鍵內(nèi)容，只有嚴(yán)格按照要求控制每個運(yùn)行環(huán)節(jié)，方可保證運(yùn)行結(jié)果的可靠性。通過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高電氣自動化控制能力，并提高工作運(yùn)行效率，其可簡單的理解為利用事先設(shè)定的程序進(jìn)行實(shí)時控制，目前常用的技術(shù)包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊控制等[6]。以模糊控制為例，其主要是以模糊語言變量、推理為基礎(chǔ)，以專家經(jīng)驗(yàn)為原則，基于被控制對象的模糊模型，使用模糊控制器實(shí)現(xiàn)電氣自動化控制。

(三)故障診斷方面

電氣設(shè)備運(yùn)行期間一旦發(fā)生故障，必然出現(xiàn)一些征兆，且不同征兆對應(yīng)不同故障，因此此類征兆具有多樣性、不確定性以及非線性特征。對此，基于人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可通過各種征兆分析，快速、精確判斷故障原因，并進(jìn)行隔離與修復(fù)，及時恢復(fù)電氣設(shè)備正常運(yùn)行。

電氣設(shè)備故障診斷中，主要采用的是人工智能中邏輯模糊“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”專家系統(tǒng)，以變壓器為例，可通過變壓器油中溶解氣體分析，判斷故障類型、程度，并提出處理建議，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供可靠保障[7]。此外，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)也是一大重要發(fā)展方向，其可提供視覺檢測、紅外測溫、遠(yuǎn)程控制、智能分析、缺陷管理、儀表讀數(shù)、閘刀和開關(guān)狀態(tài)判別、微氣象數(shù)據(jù)采集分析及自主充電等功能。此系統(tǒng)主要可分為變電站巡檢機(jī)器人（移動站系統(tǒng)）、后臺系統(tǒng)（基站系統(tǒng)）兩大部分，后臺系統(tǒng)由運(yùn)維人員使用，可控制變電站巡檢機(jī)器人，發(fā)出命令，并展示與分析設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)等。對此，必須保證后臺系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，完善相關(guān)測試工作，尤其是要落實(shí)長時間、大規(guī)模、連續(xù)性、極限性測試，從而保證智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)能夠取得良好的使用效果。

(四)電力系統(tǒng)方面

人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用，常用的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)及模糊集理論，尤其是專家系統(tǒng)最為普遍。專家系統(tǒng)融合了諸多專家知識、判斷經(jīng)驗(yàn)在人工智能系統(tǒng)內(nèi)，一旦在電力系統(tǒng)運(yùn)行時遭遇相關(guān)問題，可及時調(diào)動存儲的知識與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行問題判斷與處理[8]。此系統(tǒng)要求定期更新數(shù)據(jù)內(nèi)存，及時補(bǔ)充新問題、新方法，保證程序運(yùn)行的可靠性。

(五)日常操作方面

與人工操作相比，人工智能技術(shù)的應(yīng)用可將繁瑣的操作簡單化，且可提高操作效率、精準(zhǔn)度。在電氣自動化控制中，對人工操作的要求十分嚴(yán)格，一旦操作失誤將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，引發(fā)重大故障，經(jīng)濟(jì)損失巨大?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的應(yīng)用，有利于簡化操作界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率與安全性。

人工智能在電氣自動化控制中的案例分析

(一)項(xiàng)目背景

某電廠配置5臺發(fā)電機(jī)、6臺主變壓器、1臺高壓備用變壓器，出線包括1段110kV 母線、東西2段10kV 母線、南北2段35kV 母線，可通過聯(lián)絡(luò)變壓器、母線開關(guān)連接。發(fā)電機(jī)端為高壓廠用電，使用電抗器取電；變壓器主控室內(nèi)設(shè)置電氣設(shè)備，2臺一組設(shè)置在鍋爐、汽機(jī)兩側(cè)，使用通信信號聯(lián)系。

(二)人工智能技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目終期規(guī)模包括電廠全廠電氣系統(tǒng)，配置人工智能調(diào)節(jié)器，具體功能配置如下：取消原本控制屏、保護(hù)屏，采用微機(jī)控制與保護(hù)裝置；對保護(hù)控制屏自投設(shè)備、電抗器保護(hù)進(jìn)行更新，采用電抗器微機(jī)保護(hù)與自投裝置、測控裝置，實(shí)現(xiàn)直流、溫度與指揮信號控制；開關(guān)柜中安裝微機(jī)保護(hù)測控裝置，設(shè)置廠用電度表，收集各個單元與電能信息。

基于人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用，具體表現(xiàn)如下：

設(shè)置十八面微機(jī)保護(hù)測控屏、計(jì)算機(jī)工作站，基于先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享、雙向通信；基于電氣運(yùn)行人員操作習(xí)慣，設(shè)置軟手操作，減少誤操作，提高自動化運(yùn)行水平；基于人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)全部模擬量、開關(guān)量的實(shí)時收集，根據(jù)實(shí)際需求存儲與處理，且可直觀展現(xiàn)系統(tǒng)、一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；基于人工智能技術(shù)對主要設(shè)備的開關(guān)量狀態(tài)、模擬量數(shù)值進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并提供報警功能，利用計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程控制電動隔離、斷路器開關(guān)，調(diào)整勵磁電流，根據(jù)順控程序?qū)崿F(xiàn)同期并網(wǎng)帶負(fù)荷及停機(jī)操作；電氣自動化控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置操作權(quán)限，滿足運(yùn)行值班管理需求。

綜上所述，自動化控制是電氣工程領(lǐng)域的一大進(jìn)步，人工智能技術(shù)的運(yùn)用更是實(shí)現(xiàn)了電氣自動化控制水平的全面提升?；陔姎夤こ虒?shí)際發(fā)展中，因根據(jù)實(shí)際需求與既有系統(tǒng)運(yùn)行情況，合理選擇人工智能技術(shù)，增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、分析與處理能力，全面提高自動化控制效率與水平。