智能技術在電力系統自動化中的運用

徐繼祥

（國能浙江能源銷售有限公司，浙江杭州 310000）

現今，智能技術廣泛應用于各個領域中。采用智能技術，可提升電力系統控制能力，使系統整體得到優化，滿足電力系統建設與發展需求。傳統的控制與優化手段已無法滿足電力系統的發展需求，需在智能技術應用的基礎上進行創新，使其自動化水平不斷提升。如最早采用的PID 控制策略，其具有算法簡單、魯棒性高、可靠安全的特點，目前已經廣泛應用。隨著社會的不斷發展，電力系統中開始廣泛應用智能控制手段，包括模糊控制、專家系統等，全面推進智能電網的建設。

1 電力系統自動化結構及功能

1.1 結構

在電力行業發展的過程中，電力系統自動化是主要發展方向，包括發電控制自動化、電力調度自動化、配電自動化等。從目前來看，發電控制自動化已實現，但還需進一步優化與完善；調度自動化實現在線潮流監視，采用SCADA 系統及綜合程序，可對故障進行模擬，滿足配電網自動化發展需求，目前成為變電站綜合自動化發展熱點，可采取無人值班的管理模式[1]。采用調度員培訓仿真系統，使調度員學習更加便捷；配電自動化也已基本實現，但水平有待提升。以配電網自動化來說，系統構成包括配電網自動化主站系統、通道、子站、終端4個構成層次。其中，主站為系統核心，子站為中間層，具有收集數據的功能，同時也可進行區域監控。

電力系統自動化水平會直接影響電能生產、自動調度、自動化管理等作業水平。電力系統廣泛分布在全國各地，構成部分包括發電站、輸配電網、配電站等，具有龐大、復雜的特點。電力系統自動化包括調節、檢測、控制3方面，旨在實現自動和元件自動安全保護、信息自動傳輸、生產自動調度等。通過自動化建設，可保障供電的電能質量，使系統運行更加安全可靠，提升電力系統積極效益及管理效能[2]。

電力系統信息自動傳輸系統具有調度中心和發電廠、變電站實時信息傳輸的功能，其包括遠動裝置及通道兩個構成部分。通道形式較多，包括載波、高頻、聲頻等。遠動裝置根據功能可劃分為3個種類，即遙測、遙信和遙控。將變換場站模擬量輸送到調度中心的接收端中，然后顯示出來，這個過程就是遙測；將開關量輸送到接收端，并且顯示信息內容，這個過程為遙信；將調度端的控制、調節信號輸送到場站接收端，并且控制調節對象，這個過程為遙控[3]。遠動裝置可根據組成方式進行種類劃分，有布線邏輯式和存儲程序式兩種。前者采用硬件邏輯電路，配合固定接線技術，滿足各類功能需求，后者采用計算機技術制作運動裝置。

事故裝置也是電力系統自動化重要的構成部分，反事故自動裝置可防止電力系統事故對系統、設備的運行造成嚴重危害，該裝置通常分為兩類：①繼電保護裝置，具有防止系統故障損壞電氣設備的功能，可在母線、發電機、線路等電氣設備的保護中應用，具體可分為方向保護、電流保護、高頻保護等多種類型；②系統安全保護裝置，用來保護系統安全運行，避免系統振蕩、失步解列、電壓崩潰等事故問題的出現。系統安全保護裝置可根據功能進行劃分，包括備用設備的自動投入、控制受電端功率缺額、控制送電端功率過剩、控制系統振蕩失步。

1.2 功能

根據電能生產與分配過程，自動化可分為電網調度、電力系統信息自動傳輸、供電系統、電力工業管理系統等多個類型，同時構成分層級的自動化系統。其中，最低層為區域調度中心、變電站和電廠；中間層為省市調度中心、樞紐變電站、直屬電廠；最高層為總調度中心[4]。每個層次都采用多級控制的方式，包括電廠、配電網等。

以配電網自動化來說，其具有數據搜集與監控、網絡構建、電壓調控、工作調控、規劃運行等功能。如運用通訊手段對配電網中的各項數據進行收集與監控，包括電流、電壓等，然后分析系統是否發生故障，并且進行自動報警和處理；對于架空線路來說，如果發生短路故障，配電自動化系統可自動識別和隔離故障區域，避免其他區域被故障干擾和影響。針對電纜線路故障，不僅可進行識別，也可轉移負荷，同時連接供電網絡，具有遠程調控故障線路的功能；配電網系統較復雜，所以很難收集系統中所有數據，難以實現配電網無功功率優化調控[5]。所以，在實際運行時，可基于投切電容器管理實現電壓調控；配電網具有元件數量與種類繁多的特點，難以進行人工調節，所以采用GIS 技術構建而成的圖資地理信息系統，可將數據和接線采用圖形的方式呈現，以此應對各類突發情況；可收集配電網區域某個時間段的信息，綜合分析配電網運行情況，提出規劃建議，實現整體優化，為配電網改造奠定基礎。

2 智能技術在電力系統自動化中應用的意義

2.1 提升監控水平

在電力系統監控方面，智能技術發揮著重要作用。傳統電力系統監控采用人工操作的方式，不僅效率低下且易產生誤差。在智能技術應用后，可遠程實時監測電力系統，自動化水平大幅提升，減少人力成本的投入，同時使監測更加精準[6]。利用傳感器、檢測設備與網絡技術，可實時獲取電力系統中的各項參數，掌握電力系統運行狀態，精確控制電流、電壓、負荷等，不僅可提升系統運行效率，也能預防安全事故，使供電更加穩定。

2.2 滿足節能需求

在電力系統建設過程中，為提升系統節能效果，需充分發揮智能技術的優勢作用。傳統電力管理效率較低，存在較嚴重的能源浪費問題，造成系統運行成本較高。在智能技術應用下，可對系統進行智能化控制與調配，精準預測負荷，使電力調度更加合理，提升資源分配與利用率，保障供需平衡的同時，使資源利用效率提升。如此不僅可實現智能維護，及時解決潛在隱患，還可減少資源浪費的問題。

3 智能技術在電力系統自動化中的運用

3.1 模糊控制

模糊控制具有簡單、便捷的特點，在各個領域中廣泛應用。為實現對直線電機運動高精度控制，采用全閉環系統控制策略，在速度環控制中，由于電機直接受到負載作用的影響產生擾動，單純采用PID 控制，難以實現快速響應的目標。模糊控制廣泛適用在各種系統中，對時變負載具有魯棒性，直線電機伺服控制系統對響應速度有一定要求，需在短時間內完成系統動態調節，所以可在速度環設計PID 模糊控制器，以此控制電機速度[7]。

總的來看，模糊控制將模型建立作為基礎，在電熱爐、電風扇等電器中都可應用模糊控制理論。以互聯電力系統的混合智能控制為例，其可采用模糊自調整PI 控制模式。自動發電控制系統具有變量較多、非線性、不確定性等特點，為實現智能化控制，通常將調整控制經驗數據作為依據，將其輸入到系統中后，系統可根據數據實施自動控制，對PI 參數自動調整，即生成智能PI 控制器。傳統PI 控制可與專家系統結合，生成智能PI 控制器，有效提升控制效果[8]。

在實際設計過程中，由于需輸入輸出各種信號變量，無法使用定量表示各個評價指標，數據具有可變性、不規律的特點，所以采用智能機器對人腦思維進行模仿，即運用模糊控制理論解決問題。在該策略應用過程中，PI 控制器參數初始值設定是非常重要的環節，利用模糊推理系統完成。在模糊自調整PI 控制器中，GA、PSO 等進化算法可實現參數初始值優化，同時也可優化控制規則，實現自動調整，提升電力系統自動化運行水平。

3.2 神經網絡

神經網絡系統也可有效提升電力系統自動化水平，可有效管控電力系統，提升電力系統運行的穩定性。采用該系統，可構建非線性模型，有效解決數據預報問題，滿足精準預報短期系統負荷的需求。神經網絡系統可計算系統穩定性，獲取詳細的狀態數據，然后進行數據分析與檢驗，提煉有價值的數據信息，為故障檢驗提供更多依據，保障電力系統穩定準確。在繼電保護中，神經網絡也發揮著重要作用，利用神經網絡優化繼電保護系統，準確組合與模擬各種參數，形成穩定的保護體系，可提升故障識別與診斷能力，及時排除系統中的故障問題。神經網絡可判斷電力系統設備是否發生故障，根據判斷結果發出跳閘命令，自動且迅速地將故障設備在電力系統中隔離[9]。

神經網絡具有魯棒性、容錯能力、自適應能力等性能，在繼電保護中可充分發揮作用，有效提升繼電保護效果。例如，采用雙隱層改進BP 網絡，以此為基礎提出神經網絡遠距離保護繼電器的算法，通過仿真試驗，對單相接地故障進行自動診斷，具有較好的保護性能，可準確識別樣本。在輸電系統中，利用神經網絡可降低損耗，使電流輸送更加穩定，有效提升電能利用效率。利用神經網絡也可預測電力系統負荷，由于短期負荷預測較重要，所以相關研究較多。例如，將BP 網絡作為基礎，采取自適應負荷預測手段，解決負荷數據非平衡性問題，有效提升預測精度。

3.3 專家系統

專家系統在電力系統中的應用也較廣泛，可辨識電力系統的警告或緊急狀態，然后提供相應的處理方案，使系統恢復控制。專家系統就是運用知識進行判斷和分析，列出各項分析結論，使更多人可利用少數專家的知識，提出更加科學合理的建議，使判斷更加準確[10]。利用專家系統既可判斷嚴密的數值化信息，也可判斷定性信息、模糊信息。其能夠顯示導出結論的根據，準確辨識存在疑點的結論，并且對錯誤知識進行修正，然后重新推理。在電力系統中，運用專家系統可提升操作水平及管理人員素質。根據任務性質進行劃分，專家系統包括規劃型、診斷型、監測型、教育型等多種類型。專家系統包括知識庫、數據庫、推理機等構成部分，其中，知識庫用于貯存專家知識和經驗，對系統性能好壞有直接影響。所以，須構建良好的知識庫，通過領域專家獲取豐富的知識，然后采用恰當的表達形式。

在電壓與無功功率控制中，可采用專家系統，基于常規算法進行控制，結合運行人員知識，有效提升控制效果。由于電壓和無功功率較復雜，同時具有非線性的特點，所以需進行大量數據計算，單純依靠啟發式知識難以滿足需求，所以將專家經驗、數值計算程序作為基礎，開發混合式專家系統。在電網靜態和動態安全分析中，也可采用專家系統，針對預想事故選擇、評估與安全指標計算問題進行處理。在選擇方面，需對系統歷史、結構等要素進行分析，掌握各項知識內容，這些知識普遍具有啟發式特征，難以使用常規算法描述，所以將知識方法作為基礎，結合調度員運行經驗及數據算法，使安全分析問題得到有效解決，提升系統管理水平。具體來說，可在發電廠中運用專家系統，其具有在線監測系統工程執行數據庫采集、CRT 顯示、數據處理、越限報警等功能，同時也可對各個設備進行在線診斷，指導系統運行，包括起停指導、磨損預報、壽命預報等。

4 結束語

綜上所述，在電力系統自動化建設過程中，為進一步提升系統自動化水平，可采用智能技術。智能技術不僅可提升電力系統的監控水平，也能滿足節能需求，使系統運行更加安全穩定。通?？刹捎媚：刂?、神經網絡、專家系統等智能技術，主要在系統監測、故障分析、電力調度等自動化管理方面應用，可有效提升系統自動化管理水平，保障監測與分析的準確性，及時發現潛在的故障隱患，并實現智能化處理，避免故障影響系統運行。