智能技术在电力系统自动化中的运用

徐继祥

（国能浙江能源销售有限公司，浙江杭州 310000）

现今，智能技术广泛应用于各个领域中。采用智能技术，可提升电力系统控制能力，使系统整体得到优化，满足电力系统建设与发展需求。传统的控制与优化手段已无法满足电力系统的发展需求，需在智能技术应用的基础上进行创新，使其自动化水平不断提升。如最早采用的PID 控制策略，其具有算法简单、鲁棒性高、可靠安全的特点，目前已经广泛应用。随着社会的不断发展，电力系统中开始广泛应用智能控制手段，包括模糊控制、专家系统等，全面推进智能电网的建设。

1 电力系统自动化结构及功能

1.1 结构

在电力行业发展的过程中，电力系统自动化是主要发展方向，包括发电控制自动化、电力调度自动化、配电自动化等。从目前来看，发电控制自动化已实现，但还需进一步优化与完善；调度自动化实现在线潮流监视，采用SCADA 系统及综合程序，可对故障进行模拟，满足配电网自动化发展需求，目前成为变电站综合自动化发展热点，可采取无人值班的管理模式[1]。采用调度员培训仿真系统，使调度员学习更加便捷；配电自动化也已基本实现，但水平有待提升。以配电网自动化来说，系统构成包括配电网自动化主站系统、通道、子站、终端4个构成层次。其中，主站为系统核心，子站为中间层，具有收集数据的功能，同时也可进行区域监控。

电力系统自动化水平会直接影响电能生产、自动调度、自动化管理等作业水平。电力系统广泛分布在全国各地，构成部分包括发电站、输配电网、配电站等，具有庞大、复杂的特点。电力系统自动化包括调节、检测、控制3方面，旨在实现自动和元件自动安全保护、信息自动传输、生产自动调度等。通过自动化建设，可保障供电的电能质量，使系统运行更加安全可靠，提升电力系统积极效益及管理效能[2]。

电力系统信息自动传输系统具有调度中心和发电厂、变电站实时信息传输的功能，其包括远动装置及通道两个构成部分。通道形式较多，包括载波、高频、声频等。远动装置根据功能可划分为3个种类，即遥测、遥信和遥控。将变换场站模拟量输送到调度中心的接收端中，然后显示出来，这个过程就是遥测；将开关量输送到接收端，并且显示信息内容，这个过程为遥信；将调度端的控制、调节信号输送到场站接收端，并且控制调节对象，这个过程为遥控[3]。远动装置可根据组成方式进行种类划分，有布线逻辑式和存储程序式两种。前者采用硬件逻辑电路，配合固定接线技术，满足各类功能需求，后者采用计算机技术制作运动装置。

事故装置也是电力系统自动化重要的构成部分，反事故自动装置可防止电力系统事故对系统、设备的运行造成严重危害，该装置通常分为两类：①继电保护装置，具有防止系统故障损坏电气设备的功能，可在母线、发电机、线路等电气设备的保护中应用，具体可分为方向保护、电流保护、高频保护等多种类型；②系统安全保护装置，用来保护系统安全运行，避免系统振荡、失步解列、电压崩溃等事故问题的出现。系统安全保护装置可根据功能进行划分，包括备用设备的自动投入、控制受电端功率缺额、控制送电端功率过剩、控制系统振荡失步。

1.2 功能

根据电能生产与分配过程，自动化可分为电网调度、电力系统信息自动传输、供电系统、电力工业管理系统等多个类型，同时构成分层级的自动化系统。其中，最低层为区域调度中心、变电站和电厂；中间层为省市调度中心、枢纽变电站、直属电厂；最高层为总调度中心[4]。每个层次都采用多级控制的方式，包括电厂、配电网等。

以配电网自动化来说，其具有数据搜集与监控、网络构建、电压调控、工作调控、规划运行等功能。如运用通讯手段对配电网中的各项数据进行收集与监控，包括电流、电压等，然后分析系统是否发生故障，并且进行自动报警和处理；对于架空线路来说，如果发生短路故障，配电自动化系统可自动识别和隔离故障区域，避免其他区域被故障干扰和影响。针对电缆线路故障，不仅可进行识别，也可转移负荷，同时连接供电网络，具有远程调控故障线路的功能；配电网系统较复杂，所以很难收集系统中所有数据，难以实现配电网无功功率优化调控[5]。所以，在实际运行时，可基于投切电容器管理实现电压调控；配电网具有元件数量与种类繁多的特点，难以进行人工调节，所以采用GIS 技术构建而成的图资地理信息系统，可将数据和接线采用图形的方式呈现，以此应对各类突发情况；可收集配电网区域某个时间段的信息，综合分析配电网运行情况，提出规划建议，实现整体优化，为配电网改造奠定基础。

2 智能技术在电力系统自动化中应用的意义

2.1 提升监控水平

在电力系统监控方面，智能技术发挥着重要作用。传统电力系统监控采用人工操作的方式，不仅效率低下且易产生误差。在智能技术应用后，可远程实时监测电力系统，自动化水平大幅提升，减少人力成本的投入，同时使监测更加精准[6]。利用传感器、检测设备与网络技术，可实时获取电力系统中的各项参数，掌握电力系统运行状态，精确控制电流、电压、负荷等，不仅可提升系统运行效率，也能预防安全事故，使供电更加稳定。

2.2 满足节能需求

在电力系统建设过程中，为提升系统节能效果，需充分发挥智能技术的优势作用。传统电力管理效率较低，存在较严重的能源浪费问题，造成系统运行成本较高。在智能技术应用下，可对系统进行智能化控制与调配，精准预测负荷，使电力调度更加合理，提升资源分配与利用率，保障供需平衡的同时，使资源利用效率提升。如此不仅可实现智能维护，及时解决潜在隐患，还可减少资源浪费的问题。

3 智能技术在电力系统自动化中的运用

3.1 模糊控制

模糊控制具有简单、便捷的特点，在各个领域中广泛应用。为实现对直线电机运动高精度控制，采用全闭环系统控制策略，在速度环控制中，由于电机直接受到负载作用的影响产生扰动，单纯采用PID 控制，难以实现快速响应的目标。模糊控制广泛适用在各种系统中，对时变负载具有鲁棒性，直线电机伺服控制系统对响应速度有一定要求，需在短时间内完成系统动态调节，所以可在速度环设计PID 模糊控制器，以此控制电机速度[7]。

总的来看，模糊控制将模型建立作为基础，在电热炉、电风扇等电器中都可应用模糊控制理论。以互联电力系统的混合智能控制为例，其可采用模糊自调整PI 控制模式。自动发电控制系统具有变量较多、非线性、不确定性等特点，为实现智能化控制，通常将调整控制经验数据作为依据，将其输入到系统中后，系统可根据数据实施自动控制，对PI 参数自动调整，即生成智能PI 控制器。传统PI 控制可与专家系统结合，生成智能PI 控制器，有效提升控制效果[8]。

在实际设计过程中，由于需输入输出各种信号变量，无法使用定量表示各个评价指标，数据具有可变性、不规律的特点，所以采用智能机器对人脑思维进行模仿，即运用模糊控制理论解决问题。在该策略应用过程中，PI 控制器参数初始值设定是非常重要的环节，利用模糊推理系统完成。在模糊自调整PI 控制器中，GA、PSO 等进化算法可实现参数初始值优化，同时也可优化控制规则，实现自动调整，提升电力系统自动化运行水平。

3.2 神经网络

神经网络系统也可有效提升电力系统自动化水平，可有效管控电力系统，提升电力系统运行的稳定性。采用该系统，可构建非线性模型，有效解决数据预报问题，满足精准预报短期系统负荷的需求。神经网络系统可计算系统稳定性，获取详细的状态数据，然后进行数据分析与检验，提炼有价值的数据信息，为故障检验提供更多依据，保障电力系统稳定准确。在继电保护中，神经网络也发挥着重要作用，利用神经网络优化继电保护系统，准确组合与模拟各种参数，形成稳定的保护体系，可提升故障识别与诊断能力，及时排除系统中的故障问题。神经网络可判断电力系统设备是否发生故障，根据判断结果发出跳闸命令，自动且迅速地将故障设备在电力系统中隔离[9]。

神经网络具有鲁棒性、容错能力、自适应能力等性能，在继电保护中可充分发挥作用，有效提升继电保护效果。例如，采用双隐层改进BP 网络，以此为基础提出神经网络远距离保护继电器的算法，通过仿真试验，对单相接地故障进行自动诊断，具有较好的保护性能，可准确识别样本。在输电系统中，利用神经网络可降低损耗，使电流输送更加稳定，有效提升电能利用效率。利用神经网络也可预测电力系统负荷，由于短期负荷预测较重要，所以相关研究较多。例如，将BP 网络作为基础，采取自适应负荷预测手段，解决负荷数据非平衡性问题，有效提升预测精度。

3.3 专家系统

专家系统在电力系统中的应用也较广泛，可辨识电力系统的警告或紧急状态，然后提供相应的处理方案，使系统恢复控制。专家系统就是运用知识进行判断和分析，列出各项分析结论，使更多人可利用少数专家的知识，提出更加科学合理的建议，使判断更加准确[10]。利用专家系统既可判断严密的数值化信息，也可判断定性信息、模糊信息。其能够显示导出结论的根据，准确辨识存在疑点的结论，并且对错误知识进行修正，然后重新推理。在电力系统中，运用专家系统可提升操作水平及管理人员素质。根据任务性质进行划分，专家系统包括规划型、诊断型、监测型、教育型等多种类型。专家系统包括知识库、数据库、推理机等构成部分，其中，知识库用于贮存专家知识和经验，对系统性能好坏有直接影响。所以，须构建良好的知识库，通过领域专家获取丰富的知识，然后采用恰当的表达形式。

在电压与无功功率控制中，可采用专家系统，基于常规算法进行控制，结合运行人员知识，有效提升控制效果。由于电压和无功功率较复杂，同时具有非线性的特点，所以需进行大量数据计算，单纯依靠启发式知识难以满足需求，所以将专家经验、数值计算程序作为基础，开发混合式专家系统。在电网静态和动态安全分析中，也可采用专家系统，针对预想事故选择、评估与安全指标计算问题进行处理。在选择方面，需对系统历史、结构等要素进行分析，掌握各项知识内容，这些知识普遍具有启发式特征，难以使用常规算法描述，所以将知识方法作为基础，结合调度员运行经验及数据算法，使安全分析问题得到有效解决，提升系统管理水平。具体来说，可在发电厂中运用专家系统，其具有在线监测系统工程执行数据库采集、CRT 显示、数据处理、越限报警等功能，同时也可对各个设备进行在线诊断，指导系统运行，包括起停指导、磨损预报、寿命预报等。

4 结束语

综上所述，在电力系统自动化建设过程中，为进一步提升系统自动化水平，可采用智能技术。智能技术不仅可提升电力系统的监控水平，也能满足节能需求，使系统运行更加安全稳定。通常可采用模糊控制、神经网络、专家系统等智能技术，主要在系统监测、故障分析、电力调度等自动化管理方面应用，可有效提升系统自动化管理水平，保障监测与分析的准确性，及时发现潜在的故障隐患，并实现智能化处理，避免故障影响系统运行。