張信新

（國(guó)網(wǎng)平邑縣供電公司，山東 臨沂 273300）

0 引 言

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施之一，為提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，自動(dòng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。隨著人工智能和智能技術(shù)的迅速發(fā)展，其在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用也日益受到關(guān)注，智能技術(shù)的應(yīng)用可以使電力系統(tǒng)更加智能化、高效化，并能更好地適應(yīng)不斷變化的電力需求。文章重點(diǎn)探討智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用情況，并展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 智能技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化概述

1.1 智能技術(shù)概述

智能技術(shù)是一類基于計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的理論與方法，使系統(tǒng)能夠模擬人類智能的能力。這些技術(shù)依賴于強(qiáng)大的計(jì)算能力和大量數(shù)據(jù)的支持，通過(guò)算法和模型的學(xué)習(xí)與優(yōu)化，讓計(jì)算機(jī)能夠處理復(fù)雜的問(wèn)題、做出決策，并執(zhí)行各種任務(wù)，而無(wú)須明確的人類干預(yù)。一種重要的智能技術(shù)是機(jī)器學(xué)習(xí)，是讓計(jì)算機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的模式和規(guī)律，自動(dòng)改善與優(yōu)化自身的過(guò)程，機(jī)器學(xué)習(xí)算法主要分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)。監(jiān)督學(xué)習(xí)通過(guò)輸入與輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行訓(xùn)練，讓計(jì)算機(jī)能夠預(yù)測(cè)新數(shù)據(jù)的輸出；無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)則讓計(jì)算機(jī)自行尋找數(shù)據(jù)之間的模式和結(jié)構(gòu)；強(qiáng)化學(xué)習(xí)依賴于環(huán)境的反饋，通過(guò)獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰來(lái)優(yōu)化決策過(guò)程。另一種重要的智能技術(shù)是自然語(yǔ)言處理（Natural Language Processing，NLP），讓計(jì)算機(jī)能夠理解、解釋、生成自然語(yǔ)言文本，使計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別語(yǔ)義、分析情感、進(jìn)行文本分類等任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)與人類的自然交互[1]。

1.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化概念

電力系統(tǒng)自動(dòng)化是利用先進(jìn)的控制、計(jì)算以及通信技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、控制、管理，旨在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性、安全性以及效率，同時(shí)降低運(yùn)維成本。電力系統(tǒng)自動(dòng)化的核心是各個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)的緊密協(xié)作，構(gòu)成一個(gè)高度智能化的整體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的全面控制與優(yōu)化。監(jiān)控系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，通過(guò)傳感器和測(cè)量設(shè)備實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)，如電壓、電流、頻率以及負(fù)荷等。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和顯示，讓運(yùn)維人員全面了解電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)則根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以滿足電力需求，通過(guò)執(zhí)行器和控制設(shè)備，對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度[2,3]。

2 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 專家系統(tǒng)的應(yīng)用

專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的計(jì)算機(jī)程序，能夠模仿人類專家在特定領(lǐng)域中對(duì)決策過(guò)程和問(wèn)題的解決能力。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，專家系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助識(shí)別、診斷、解決各種問(wèn)題，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。

2.1.1 問(wèn)題診斷與故障排除

專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中可以用于快速診斷問(wèn)題和故障。通過(guò)積累電力系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，專家系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先前的故障案例來(lái)分析與判斷當(dāng)前可能的問(wèn)題。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，專家系統(tǒng)可以快速推斷問(wèn)題的根本原因，并提供可能的解決方案，以便運(yùn)維人員能夠更迅速地采取行動(dòng)。

2.1.2 智能決策支持

電力系統(tǒng)的運(yùn)行需要考慮大量的變量和因素，而且決策可能會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性與效率。專家系統(tǒng)可以作為決策支持工具，根據(jù)已有的知識(shí)和規(guī)則，提供最佳的決策建議。例如，在供電調(diào)度中，專家系統(tǒng)可以分析不同的供電策略，并推薦最優(yōu)的方案，以最大程度滿足能源需求并確保系統(tǒng)的可靠性。

2.1.3 知識(shí)管理與培訓(xùn)

電力系統(tǒng)領(lǐng)域涉及廣泛的知識(shí)，包括設(shè)備操作、維護(hù)規(guī)程、安全措施等。專家系統(tǒng)可以作為知識(shí)管理工具，將領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，使其可供隨時(shí)查詢和使用。此外，專家系統(tǒng)還可以用于新員工培訓(xùn)，幫助他們快速掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵知識(shí)和操作技能。

2.2 線性最優(yōu)控制的應(yīng)用

線性最優(yōu)控制技術(shù)是一種基于數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化控制方法，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的調(diào)度和控制。該技術(shù)的核心是建立電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)和約束條件尋找最優(yōu)的控制策略，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和最大效益。對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模是應(yīng)用線性最優(yōu)控制技術(shù)的關(guān)鍵步驟。電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常由一組差分方程和代數(shù)方程組成，描述電力系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間的相互作用和動(dòng)態(tài)特性。這些方程包括發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型、傳輸線路的阻抗模型以及負(fù)荷的消耗模型等。

在建立完整的數(shù)學(xué)模型后，線性最優(yōu)控制技術(shù)將針對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。常見(jiàn)的運(yùn)行目標(biāo)包括最小化電力損耗、最大化電力輸送能力、優(yōu)化負(fù)荷分配等，同時(shí)系統(tǒng)還需要考慮約束條件，如發(fā)電機(jī)的運(yùn)行限制、電壓和頻率的穩(wěn)定范圍等。這些目標(biāo)和約束條件形成優(yōu)化問(wèn)題的約束條件，利用線性最優(yōu)控制算法，對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型和目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。線性最優(yōu)控制算法主要基于線性系統(tǒng)的性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，如線性二次型調(diào)節(jié)（Linear Quadratic Regulator，LQR）算法和線性二次規(guī)劃（Linear Quadratic Programming，LQP）算法。這些算法通過(guò)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，找到滿足約束條件的最優(yōu)控制策略[4]。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿人腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的人工智能模型，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和學(xué)習(xí)能力。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的智能化和優(yōu)化提供有力支持。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要集中在負(fù)荷預(yù)測(cè)。電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)是一項(xiàng)重要的任務(wù)，幫助電力公司合理規(guī)劃電力生產(chǎn)和供應(yīng)，避免電力短缺與過(guò)剩。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)歷史電力負(fù)荷數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，能夠預(yù)測(cè)未來(lái)的負(fù)荷變化，識(shí)別并捕捉負(fù)荷數(shù)據(jù)中的復(fù)雜非線性關(guān)系，從而提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與精度。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中還可用于故障檢測(cè)和診斷，電力系統(tǒng)由于其復(fù)雜性和多變性，故障與異常情況時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法可能無(wú)法涵蓋所有情況，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)大量的歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行模式，能夠檢測(cè)出異常情況。一旦發(fā)現(xiàn)異常，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，幫助運(yùn)維人員迅速處理故障，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，另外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還在電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估中發(fā)揮重要作用。電力設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估是對(duì)設(shè)備健康狀況的判斷和評(píng)估，它幫助電力公司制定設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)計(jì)劃，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低維護(hù)成本。通過(guò)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，能夠預(yù)測(cè)設(shè)備的壽命和故障概率，幫助電力公司做出合理的決策。

3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能技術(shù)融合發(fā)展

未來(lái)電力系統(tǒng)自動(dòng)化將不斷推動(dòng)智能技術(shù)的融合發(fā)展，智能技術(shù)包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等，它們各自具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但通過(guò)相互融合應(yīng)用，可以形成更加強(qiáng)大和高效的智能系統(tǒng)。智能技術(shù)的融合將加強(qiáng)電力系統(tǒng)的智能化水平。例如，結(jié)合人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)。通過(guò)收集傳感器和監(jiān)測(cè)裝置傳來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，使用人工智能算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中識(shí)別設(shè)備運(yùn)行中的潛在問(wèn)題，并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障，這種智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有助于電力公司及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，及早采取措施，避免設(shè)備故障引發(fā)的停電事故。此外，智能技術(shù)融合也將優(yōu)化電力系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)度，通過(guò)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與線性最優(yōu)控制技術(shù)，電力系統(tǒng)可以更精確地預(yù)測(cè)電力負(fù)荷變化，并制定相應(yīng)的調(diào)度策略。

3.2 可持續(xù)能源與智能技術(shù)

未來(lái)，電力系統(tǒng)將持續(xù)面臨對(duì)可持續(xù)能源的不斷需求和整合挑戰(zhàn)，這些可持續(xù)能源形式包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等?？沙掷m(xù)能源以其清潔、可再生的特性，成為應(yīng)對(duì)能源短缺和環(huán)境污染的關(guān)鍵選擇。在電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域中，智能技術(shù)扮演關(guān)鍵角色，推動(dòng)可持續(xù)能源的智能化利用，特別是在能源預(yù)測(cè)與調(diào)度方面的表現(xiàn)突出。然而，可持續(xù)能源的特點(diǎn)是不穩(wěn)定且間歇性的，且易受季節(jié)和天氣等多因素影響。應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，電力系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)可持續(xù)能源產(chǎn)出，為智能調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，從而優(yōu)化供應(yīng)計(jì)劃。例如，當(dāng)預(yù)測(cè)到風(fēng)力發(fā)電強(qiáng)勁時(shí)，系統(tǒng)可調(diào)整其他發(fā)電方式以平衡和最大化能源利用[5]。此外，智能技術(shù)在可持續(xù)能源儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換方面同樣發(fā)揮作用，由于可持續(xù)能源產(chǎn)出與需求之間存在時(shí)間和空間不匹配的問(wèn)題，儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換顯得尤為重要，通過(guò)智能技術(shù)來(lái)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)能源需求調(diào)整儲(chǔ)能設(shè)備的充放電策略。

3.3 安全與隱私問(wèn)題

在智能技術(shù)的支持下，大量數(shù)據(jù)被收集、傳輸以及處理，其中可能包含用戶的個(gè)人信息和電力系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)。因此，確保電力系統(tǒng)的安全性和用戶隱私保護(hù)成為未來(lái)發(fā)展中至關(guān)重要的任務(wù)。為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)安全的挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的管理。智能技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致數(shù)據(jù)數(shù)量激增，為防止數(shù)據(jù)泄露和非法訪問(wèn)，合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸變得不可或缺。電力公司應(yīng)建立完備的數(shù)據(jù)安全保護(hù)體系，運(yùn)用數(shù)據(jù)加密技術(shù)、訪問(wèn)控制以及安全認(rèn)證等手段，以確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。同時(shí)，還需建立數(shù)據(jù)備份機(jī)制，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)丟失和系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。然而，電力系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊和惡意行為方面面臨復(fù)雜且嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著智能技術(shù)的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)攻擊和惡意行為也日益增多。作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，電力系統(tǒng)存在著被黑客攻擊和惡意軟件入侵的風(fēng)險(xiǎn)。因此，電力系統(tǒng)急需建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)系統(tǒng)，及時(shí)檢測(cè)和應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的智能技術(shù)應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)電力行業(yè)向智能化、高效化以及可持續(xù)發(fā)展邁進(jìn)具有重要意義。文章詳細(xì)探討智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的具體應(yīng)用，包括專家系統(tǒng)、線性最優(yōu)控制技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用使得電力系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)地監(jiān)控能源流動(dòng)、更高效地運(yùn)行各個(gè)部分并確保更穩(wěn)定的電力供應(yīng)。然而，未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)表明，智能技術(shù)的融合將主導(dǎo)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)程。這種趨勢(shì)將超越單一技術(shù)的應(yīng)用，智能技術(shù)將與可持續(xù)能源相互融合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔能源的智能化利用。這不僅將促進(jìn)電力行業(yè)向著綠色可持續(xù)的方向轉(zhuǎn)變，還將加速電力系統(tǒng)智能化的步伐。