电气工程自动化中人工智能化技术的运用

徐 梅

（淮南联合大学，安徽 淮南 232038）

电气工程自动化中人工智能化技术的运用

徐 梅

（淮南联合大学，安徽 淮南 232038）

近年来，随着科学技术的不断发展，各种新兴技术层出不穷，这些新技术的应用也促进了不同行业的发展，其中，人工智能系统就是目前发展较为快速的一门技术.另外，电气工程自动化作为电力系统运行的关键环节之一，对电力系统的稳定运行以及提高其运行效率有非常大的作用.如果能将人工智能化技术运用于电气工程自动化系统中，不仅能够提高电气工程自动化的运行效率，还可以提升电气工程自动化的智能水平，同时实现对电气故障的智能化诊断和处理，节省成本等.这些优点对于加快电气工程行业的发展以及提升电气工程技术的智能化有着重大的贡献意义.据此，本文在对电气工程自动化和人工智能化技术进行简要介绍的基础上，对电气工程自动化中的智能化相关理论及其实际的应用优势和应用机制进行介绍，然后详细介绍智能化技术在电气工程自动化中的具体运用，并对其中的CAD设计给出具体实例，最后对电气工程自动化中人工智能技术的发展前景作出预测，希望能够对电气工程自动化中人工智能技术的发展有一定的帮助.

电气工程自动化；人工智能技术；自动化控制；电力系统

随着经济的快速发展，人们对于电力的需求和依赖程度也越来越高，这在某种程度上提高了对电力系统运行和管理的要求.现阶段，我国的电力系统正处在快速发展的阶段，电力系统的运行和管理效率均得到大幅度提升.现代电力系统电气工程自动化专业是各种学科交叉而成的综合性学科，其中就包括了计算机技术、网络技术、电气技术和控制技术，这些技术的综合发展也在不断地促进电气工程自动化的提高.特别是进入二十一世纪以来，随着计算机网络和人工智能技术的不断发展，人工智能化已经逐渐成为社会生产以及人们生活中不可分割的一部分[1].同时，电力部门作为关系国计民生的重要部门，在实现人工智能电网的方面有着非常迫切的需求.人工智能化作为电气工程自动化的一个主流发展方向，在电气工程自动化的发展中发挥着越来越重要的作用.在以往的应用中，人工智能化确实显示出了其在不同领域的优秀能力，例如节省成本、提高工作效率、促进社会发展等等.因此，加强智能化技术在电气工程自动化中的应用就显得尤为重要了.

1 电气工程自动化概述

电气工程及其自动化是近年来电气信息领域的一门新兴学科，其触角伸向各行各业，是一门综合性较强的学科.电气工程是研究电磁现象、电磁规律及电磁规律的应用的科学技术，是一种以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术.随着科学技术的飞速发展，21世纪的电气工程概念已经远远超出了其被定义的范围，曾经有一位斯坦福大学的教授指出：“今天几乎所有与电子或者光子相关的工程行为中都包含着电气工程的内容.”可以说，电气工程学科是一个国家最重要的命门学科，电力技术水平在很大程度上决定了这个国家的工业发展与经济发展.

2 人工智能化技术概述

现阶段，在智能化研究领域中，人工智能化是研究的一个热点问题.人工智能的概念自从于1956年被提出后，多半个世纪以来，各国学者和相关研究人员对其进行了广泛并且深入的研究，同时提出了许多理论和不同的实际运用模式.现今，人工智能技术已发展成为一套完整的理论，人工智能技术不仅包括计算机技术，同时还包括生物学、心理学、自动控制等相关技术.正是在这些技术的支持下，人工智能技术才发展的如此迅猛.这种技术的目的就是让机器拥有智能化的特点，这样对于那些难度系数较大、危险系数较高、人类不易完成的工作可以由智能化机器来完成[1].现阶段较为成熟的人工智能技术基本上都是基于机器学的相关理论和研究方法，通过模仿人脑的决策过程使机器人做出相应的反应，进而代替人脑完成一些管理工作.这种技术现在已经被使用于医学、语言学、电子电气技术、信息处理技术等其他方面.

2.1 电气工程自动化中人工智能技术的理论基础

在电气工程自动化中，使用较多的人工智能化技术有模糊逻辑、神经网络和智能控制技术.但是主要的应用方式是在预先编程之后再进行信息处理.这个过程可以被分为以下几部分：首先，通过传感器和电力信息网络，对当前电力系统的运行状态的信息进行收集；随后，再对收集上来的信息进行相关数据处理过程.数据处理过程中需要用到上文提到的模糊逻辑、神经网络和智能控制技术对信息进行分析；最后，对分析出的结果向电力管理运行系统反馈，最终实现电网的智能运行[2].

经多年研究和实践证明，在电力系统中正确运用人工智能技术不仅可以提升电力系统的运行质量，同时还可以实时监控电网的运行状态、及时处理电网中各项设备出现的问题，达到提高电力系统运行可靠性的目的.

2.2 人工智能化技术在电力系统电气工程自动化的应用优势分析

据笔者查阅资料发现，人工智能技术在电气工程自动化运用中主要体现在人工智能、技术人员和电力系统这三方面.技术人员将编好智能化信息处理方式输入到电力系统中，随后电力系统网络对当前运行数据进行收集和预处理，然后人工智能就会将收集到的数据进行智能化处理，最后处理结果反馈给电力系统执行.这样的运行方式就在很大程度上减少了人力对电力系统的维护，降低了电力系统对人员的依赖程度.下面，我们就从三个方面具体的对人工智能的运用优势进行分析：

首先，提升了电力系统的运行管理质量和电力生产效率.由于整个过程使用程序对电网的运行进行控制，这就在很大程度上摆脱了以往电网检查中依赖技术人员的操作水平和经验所可能带来的失误，使得电力系统的运行质量大幅度提升.除此之外，智能化的中断处理技术可以对大量的信息进行分析和处理，这在电力系统不断扩张的当今是非常有必要的.随着人们用电量的不断增加，电力设备的数量不断增多，使用智能化技术对设备进行管理就可以提升电力系统运行的工作效率和电力生产效率.

其次，提升了电力系统运行的可靠性和安全性.采用智能化技术可以对电力系统中各个设备的实时运行状态进行监控，及时处理设备存在的故障隐患.因此对于设备的管理维护工作而言，运用智能化技术可以及时发现设备中各种隐藏故障，迅速找到解决方案，进而显著提升故障处理效率，达到增加电力系统运行的可靠性和安全性的目的.

最后，智能化控制器能够解决一般方式不能解决的问题.由于智能化控制器可以依照鲁棒性能和应用响应对不同对控制对象进行调整，最终达到提升控制对象的性能的目的.例如使用模糊逻辑的控制技术比传统的PID技术要快上四倍；使用模糊逻辑控制可以比PID控制在上升时间上高出两倍.另外，相比于传统控制器，智能化控制器可以在没有专家指导的情况下独立完成数据控制工作，同时对于输入数据的估计和一致性控制也有非常强的作用，此外，智能化控制器还能自动忽略驱动器对数据可能造成的影响.除了以上相比传统控制器的优势，智能化控制器在打破以往学习算法和拓扑结构在传统控制器中存在的定型问题上有着非常好的效果.并且，智能化控制器还拥有提高学习算法的运行速度和较强的抗干扰性能以及修改方便、价格较低廉等等优点.这些优点在小配置的电网中都有着非常强大的效果[3].

3 人工智能化技术在电气工程自动化中的应用

随着社会对电力需求的日益增长，人工智能化技术被应用到电气工程自动化中，笔者经过查阅相关资料，将人工智能化技术在电气工程自动化中的应用主要分为三方面.

3.1 人工智能控制

人工智能控制技术是电气工程自动化发展的主要趋势.当前人工智能控制技术在电气工程自动化领域中的应用主要包括以下三种：

3.1.1 模糊逻辑的应用

如同上文提到的，许多模糊控制器在电气自动化控制中可以有效替代PID，因此通常在传统系统中使用.模糊逻辑控制常用的两种类型有M型和S型.但是当前真正得到使用的只有M型控制器.M型控制器的构成内容有模糊化、反模糊化、知识库和推理机.

3.1.2 神经网络应用

神经网络一般用于对驱动系统的诊断以及电气工程中.神经网络中的反向转波算法不仅可以有效缩短定位时间，而且还能控制非初始速度和负载转炬的变化，保持其在正常范围之内.神经网络的主要结构是多层前馈性结构，该结构中有两个分结构：其中一个结构是通过机电系统参数辨别控制转子速度；另一个结构是通过电子动态参数控制来辨别定子电流.智能神经网络具有一定的抗噪性和较强的一致性，其条件监控和系统诊断能够为监控网络增加可靠性，因其这些优点，当前电气传动控制领域也在广泛使用智能神经网络.

神经网络通常应用在误差反向传播技术中，如果网络中存在较多的隐藏节点，网络神经只能对其进行映射，如果存在例如激励函数等的选择问题，网络神经一般采取尝试的方法将对其进行选择，做出最后的决定[3].

3.1.3 PLC技术的应用

随着智能化技术在电气自动化中应用的越来越广泛，PLC技术已经在大型的电力企业中正式应用.PLC技术在实际应用中也表现出了极好的工艺流程的控制性和生产协调性.众所周知，电力企业的煤炭输入系统由辅助系统、储煤系统、配煤系统和上煤系统构成.而控制输煤系统的主要是主战层，PLC技术正是应用于主战层.PLC技术中的流程控制性就在无形中提高了主战层对系统的监视和控制效率，同时也提高了企业的生产效率.如果将PLC技术应用到供电系统中，PLC系统因其良好的控制作用，就能有效的对电力系统进行不同条件下的切换，在最大程度上保证了电力企业的供电安全.

3.2 故障诊断

人工智能化技术在电气工程自动化中的应用能够大幅度解决电气设施在故障诊断效率方面的问题.电气设备由于其自身原因，发生故障同其表现出的征兆之间有着错综复杂的关系，一般表现出的故障征兆并不是表象的故障，并且发生的故障波动性也较大，使用传统的故障检测方法不仅会耗费极大的人力物力，而且很难及时的检查出那些隐蔽极深的故障.人工智能化技术就能够解决这一问题.当前使用的人工智能故障诊断技术主要有三种：模糊逻辑诊断、精神网络和专家系统.这几种技术可以组合使用也可以单独使用.其中使用最为广泛的是智能化神经网络的应用.智能化神经网络包括经过电气动态参数和经过几点系统参数这两个子系统.智能化神经网络系统具有非线性的特征以及较好的信息处理、管理和组织学习能力，在控制电气传动方面有着良好的效果.

3.3 优化电气产品设计

电气产品设计不仅包含着人们常见的电机和电路知识，还包含着磁场知识在内的许多内容，产品设计工作非常复杂.在传统设计中，需要设计者能够将相关理论同自身经验相结合进行，纵然如此，受到众多因素的影响而使产品最终偏离原有的设计的现象在产品设计的过程中经常发生.除此之外，由于缺乏先进的理论体系，往往产品都是由设计人员结合自身经验进行反复实验，确定产品无误之后再投入开发和批量生产.这种方法不仅工作量大、耗费时间，而且成本高、成功率小，即使实验成功的产品，其实际适用性和使用效率都不高.随着人工智能化技术的出现，传统的人工设计模式转变为计算机辅助人工设计的模式，这样不仅降低了设计人员的劳动量，而且缩短了由设计到产品生产出的时间，提高了产品的设计效率；与此同时，人工智能化技术的加入也提升了产品的科技含量，这对企业在激烈的市场竞争中站稳脚跟有着非常重要的作用[3].现阶段广泛使用的智能化设计手段包括专家系统和遗传算法.遗传算法是应用最为广泛的算法[4].这种智能化设计手段对产品性能的运行有帮助，它直接对操作对象的结构进行操作，且不需要任何标准，就能自动生成最优化的设计方案.专家系统则是将某领域内相关专家的经验集合成信息资料系统，设计人员只要输入相关内容这个系统就能自动识别，并模仿专家的推理和决策过程，为电气产品的开发提供方向性意见.

例如：建筑物的变配电设计是工程项目中的重要环节，其设计流程复杂，结构繁多，如果使用CAD技术对其进行设计就会简单许多.其设计流程如下[4]：

在确定设计流程之后，针对建筑物变配电设计流程复杂，数据量大的特点，我们可以选取面向对象的思想和模块化的程序设计方法，同时结合数据库技术和人工智能化技术，对建筑物变配电智能化设计做出融合绘图、计算、分析和信息管理为一体的设计思路.其中，使用信息化的建模方式能够将变配电的过程由图形转化为模型，这样也对工程信息文档的信息储存有一定的帮助.除此之外，信息化技术的使用，尤其是专家系统知识库的构建、专家系统推理机的设计以及智能化绘图和智能化计算分析方案的使用都有利于建筑物变配电设计的简单化.

4 电气工程自动化智能化技术发展趋势

4.1 图形化和可视化

在电气工程自动化运行中，系统的界面是相关技术操作者同自动化的数控系统之间的唯一通口.只有将智能化的应用界面图形化才能方便技术人员进行操作.在图形界面上，操作人员可以直接通过菜单和窗口进行操作，同时对于图形模拟和3D动态图形显示较为直观，容易发现其中的错误.对于输入的数据进行可视化处理，可以将原有的文字交流拓展为包括图形和图像在内的多种交流方式.同时，可视化的可能性也使得虚拟样机技术和无图纸设计的可行性大大增加[5].此外，可视化的发展趋势也使得自动编程和参数的自动设定等电气工程自动化数控方面的处理变得更为容易.

4.2 模块化和集成化

如果电气工程自动化智能化技术朝着模块化和集成化的方向发展，例如对RISC芯片的大量使用，就能够大大增加数控系统的硬件和软件的运行速度.同时LED显示技术也能够增加显示器的性能.在未来，LED显示技术可以融合半导体技术和表面安装技术，使显示更为清晰，信息表现更为明显.

4.3 柔性化和高效化

柔性化指的是电气工程自动化中的数控系统要能够达到对物流和信息流的控制的动态调整；电气工程中的群控系统要对每一各生产流程都具体化、详细化.另外，随着人们的生活节奏的加快，电气工程自动化智能化技术向着高效化发展是必然的的趋势，在发展高效率的同时，高精度和高速度也将会是电气工程自动化智能化技术所继续发展的方向.

5 结语

人工智能化技术的广泛应用为电气工程自动化的发展增添了许多新鲜的血液，为了在未来的发展中将人工智能化技术同电气工程自动化技术紧紧的结合在一起，就要保证智能化技术在电气工程自动化的各个环节都能合理使用.虽然现阶段人工智能化技术的大规模使用还存在一定困难，但是随着技术的不断发展和完善，人工智能化技术在电气工程自动化的应用一定会更加完善.

〔1〕刘斌.浅析智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].中国新技术新产品，2013（10）.

〔2〕耿英会.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].科技创新导报，2012（2）.

〔3〕任军.智能化技术在电气工程自动化控制中的具体应用探析[J].电子技术与软件工程,2014（15）:228.

〔4〕李长勋．AutoCAD AetiveX 二次开发技术[M]．北京：国防工业出版社，2005.17-25.

〔5〕贾刚，张萌.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2011（9）.

TM76

A

1673-260X（2017）09-0044-03

2017-06-08