(新疆大學(xué) 電氣工程學(xué)院，烏魯木齊 830047)

0 引 言

按照K.S.Fu(傅京孫)和Saridis提出的觀點(diǎn)，可以把智能控制看作是人工智能、自動(dòng)控制和運(yùn)籌學(xué)三個(gè)主要學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效人的智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、進(jìn)化計(jì)算和計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新興的邊緣交叉學(xué)科[1-2]。2017年3月5日，李克強(qiáng)總理指出，加快人工智能等技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化，“人工智能”表述首次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告，也是科技部長(zhǎng)期關(guān)注的領(lǐng)域，實(shí)施了動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，人工智能作為科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目。在中國(guó)，人工智能已被列入推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的重點(diǎn)領(lǐng)域和《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的主要任務(wù)，圍繞“人工智能2.0”的發(fā)展規(guī)劃即將正式出臺(tái)，一批本土優(yōu)秀企業(yè)和知名高校及科研機(jī)構(gòu)紛紛投身其中。

首先介紹《智能控制理論與應(yīng)用》研究生課程授課情況，然后對(duì)智能控制技術(shù)在我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中應(yīng)用進(jìn)行歸納，重點(diǎn)闡述人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。本研究將有助于提高電氣工程及自動(dòng)化等專業(yè)研究生的教學(xué)以及科研水平，并具有一定的實(shí)踐工程價(jià)值。

1 某高?！吨悄芸刂评碚撆c應(yīng)用》研究生課程授課情況

《智能控制理論與應(yīng)用》課程是控制科學(xué)與工程與電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化等專業(yè)的一門跨一級(jí)學(xué)科的研究生必修課程，某高校設(shè)立該課程32課時(shí)，2學(xué)分，共有96人選修，包括4個(gè)專業(yè)：電機(jī)與電器、電子信息、能源動(dòng)力以及控制科學(xué)與工程。教學(xué)理念重點(diǎn)培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核方式等方面對(duì)課程方案進(jìn)行了改革設(shè)計(jì)。通過(guò)教學(xué)，了解智能控制是自動(dòng)控制發(fā)展的高級(jí)階段，是人工智能、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的高度綜合與集成，掌握各種智能控制技術(shù)的研究對(duì)象、類型結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、設(shè)計(jì)方法和控制特性，理論聯(lián)系實(shí)際，利用MATLAB仿真練習(xí)，為今后進(jìn)一步研究智能控制系統(tǒng)應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

2 智能控制理論在我國(guó)電力系統(tǒng)中應(yīng)用

我國(guó)正在加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，那么就必須要推動(dòng)新能源快速發(fā)展。但是，與此同時(shí)新能源發(fā)電的隨機(jī)性及波動(dòng)性對(duì)電力系統(tǒng)的功率平衡造成了影響，帶來(lái)了巨大的調(diào)峰壓力，這也是新能源高比例消納的主要因素；同時(shí)，由于高比例的電力電子設(shè)備的接入，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)[4]。因此需要建立智慧電網(wǎng)來(lái)解決問(wèn)題，就必須智能控制在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，主要有以下幾方面：

2.1 專家系統(tǒng)控制理論應(yīng)用

專家控制系統(tǒng)(Expert Control System，ECS)是一種已廣泛應(yīng)用于故障診斷、各種工業(yè)過(guò)程控制和工業(yè)設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)的主要形式：(1)專家控制系統(tǒng)，復(fù)雜且造價(jià)較高，目前用得較少；(2)專家式控制器，多采用工業(yè)專家控制器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用日益廣泛[5]。

電力系統(tǒng)具有非線性、復(fù)雜、難度大、高危險(xiǎn)等特點(diǎn)，因此，對(duì)該領(lǐng)域?qū)＜乙蟾?，具備豐富的專業(yè)知識(shí)以及足夠的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)實(shí)中電力專家很少。然而，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有較大規(guī)則、豐富經(jīng)驗(yàn)、專門知識(shí)的程序系統(tǒng)。在電力專家不能到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，專家系統(tǒng)就被用到工程實(shí)踐。具體步驟如下：(1)在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)入專家需要的大量專業(yè)知識(shí)；(2)整合專家經(jīng)驗(yàn)過(guò)程，傳入數(shù)據(jù)庫(kù)；(3)分類并分析這些數(shù)據(jù)資料；(4)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，專家系統(tǒng)動(dòng)作。模仿人類專家的思維去思考問(wèn)題，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)去分析問(wèn)題，通過(guò)智能控制理論去解決問(wèn)題。

專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)適用范圍較廣，效果明顯，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要的作用。但存在不足，創(chuàng)新性不夠，只能解決曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題，當(dāng)新故障出現(xiàn)時(shí)，就不會(huì)主動(dòng)思考，也不可能很好的解決問(wèn)題。因此，該技術(shù)還需進(jìn)一步完善，從而真正提升專家的控制系統(tǒng)[5]。

2.2 模糊控制理論應(yīng)用

模糊控制的特點(diǎn)是，(1)提供了一種實(shí)現(xiàn)基于自然語(yǔ)言描述規(guī)則的控制規(guī)律的新機(jī)制；(2)提供了一種改進(jìn)非線性控制器的替代方法。模糊控制單元的基本功能結(jié)構(gòu)由規(guī)則庫(kù)、模糊化、模糊推理和清晰化四功能模塊組成。電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且受外界干擾因素多變，為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，將消耗大量的資源，模糊控制理論技術(shù)可以很好的為管理提供優(yōu)質(zhì)的策略，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括：電力穩(wěn)定性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性以及系統(tǒng)控制，在電力自動(dòng)控制應(yīng)用有智能家居等，同樣發(fā)揮了很大的作用[6]。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論應(yīng)用

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制(ANN-Based Control),簡(jiǎn)稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或神經(jīng)控制?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器，其控制問(wèn)題可以看作是一類模式識(shí)別問(wèn)題。要識(shí)別的模式是一些關(guān)于受控的狀態(tài)、輸出或某個(gè)性能評(píng)價(jià)函數(shù)的變化信號(hào)評(píng)價(jià)函數(shù)：用于評(píng)價(jià)控制效果的函數(shù)，該函數(shù)學(xué)作為一類變化信號(hào)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的習(xí)算法或?qū)W習(xí)準(zhǔn)則[7]。

電力系統(tǒng)運(yùn)行中具有非線性、不確定、不確知三大難題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為解決此問(wèn)題提出了新辦法，利用特殊聯(lián)系方式，將連接復(fù)雜、數(shù)量巨大且緊密的神經(jīng)元構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)控制，在圖像處理和管理控制方面得到應(yīng)用，取得了一定成效，但在大規(guī)模復(fù)雜的電力系統(tǒng)面前還是具有一定局限性，因此，還需要進(jìn)一步完善。

2.4 線性最優(yōu)控制理論應(yīng)用

對(duì)電力系統(tǒng)的局部線性化模型，線性最優(yōu)控制是成熟的，也比較完善，并取得了一定成效。如，最優(yōu)協(xié)聯(lián)控制器在快速汽門控制器中的應(yīng)用，通過(guò)多機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同地點(diǎn)機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)作；我國(guó)采用最優(yōu)勵(lì)磁控制方法，特高壓長(zhǎng)距離電力傳輸能力有所提高，以及傳輸質(zhì)量有所改善；利用線性最優(yōu)控制，水輪發(fā)電機(jī)也實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)時(shí)間控制。但是，在面對(duì)強(qiáng)非線性的電力系統(tǒng)，存在打干擾的時(shí)候，最優(yōu)控制理論的控制效果不明顯了[8]。

2.5 集成智能控制理論應(yīng)用

集成智能系統(tǒng)的應(yīng)用，最大特點(diǎn)在于“集成”兩個(gè)字，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的復(fù)雜性，使得單一的智能控制技術(shù)不能很好地控制電力系統(tǒng)自動(dòng)化，多種智能化技術(shù)相互結(jié)合，綜合運(yùn)用能更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)。由幾種智能控制方法或機(jī)理融合在一起而構(gòu)成的智能控制系統(tǒng)稱為集成智能控制系統(tǒng)。如，模糊神經(jīng)(FNN)控制系統(tǒng)，將模糊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即把兩種智能方法融合在一起。另外，模糊理論與專家系統(tǒng)的綜合運(yùn)用較為常見(jiàn)，相互協(xié)調(diào)的結(jié)果使最后的自動(dòng)化控制更加科學(xué)有效。在之后的發(fā)展中，可以考慮其他幾種系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，更好地為電力系統(tǒng)控制提供服務(wù)[9]。

2.6 人工智能控制理論應(yīng)用

從廣義上說(shuō)，各種智能控制方法研究的共同點(diǎn)，就是使工程控制系統(tǒng)具有某種“仿人”的智能，即研究人腦的微觀或宏觀的結(jié)構(gòu)功能，并把它移植到工程控制系統(tǒng)。K.S.Fu闡述智能控的研究背景時(shí)，首先提出的是人作為控制的系統(tǒng)。

人工智能控制所要研究的主要目標(biāo)是控制器本身，即直接對(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)，使控制器的結(jié)構(gòu)和功能更好地從宏觀上模擬控制專家的功能行為，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺乏精確數(shù)學(xué)模型的對(duì)象進(jìn)行有效的控制。人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用(李云紅：人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究)

人工智能不太依賴于數(shù)學(xué)模型，最大的特點(diǎn)就是從大數(shù)據(jù)中自我深度學(xué)習(xí)，并對(duì)源域遷移學(xué)習(xí)，從而突破了解決復(fù)雜電力系統(tǒng)的瓶頸問(wèn)題。隨著大量電力電子設(shè)備的接入，電網(wǎng)就是一個(gè)大數(shù)據(jù)，具備多類型，多體量，高維度等特點(diǎn)，對(duì)這些海量數(shù)據(jù)的處理，并挖掘大數(shù)據(jù)后面隱藏的機(jī)理，就必須需要人工智能的參與[10]。電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系如圖2所示。

圖2 電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能關(guān)聯(lián)(李云紅：人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究)

未來(lái)，智能電網(wǎng)是發(fā)展的必然，電力系統(tǒng)將會(huì)更復(fù)雜，其中“三高”：高比例新能源并網(wǎng)、高比例新負(fù)荷接入、高比例電力電子裝置，“三多” ：多種能源相結(jié)合、多種主體相結(jié)合、多種網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合)，核心是“智能”，人工智能飛速發(fā)展，為智能電網(wǎng)提供了重大機(jī)遇和強(qiáng)大的技術(shù)支撐?！爸悄茈娋W(wǎng)+”就是借助人工智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的升級(jí)，使電網(wǎng)具有更高級(jí)、更深層的人工智能，從而進(jìn)一步提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性[11]。

3 結(jié)束語(yǔ)

智能控制技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，簡(jiǎn)化流程、提高效率。在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的智能化技術(shù)，尤其是人工智能，為建立綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“智能電網(wǎng)+”，提供了強(qiáng)大動(dòng)力支持。有些技術(shù)還存在不足，有待進(jìn)一步研究和完善。