智能化電氣設(shè)計(jì)在配電工程中的應(yīng)用分析

侯博文

0 引言

自智能化融入現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展以來(lái)，已被應(yīng)用進(jìn)各行各業(yè)。其中電力行業(yè)作為國(guó)民生活必需能源，向著智能化方向發(fā)展是亟待解決的問(wèn)題。智能技術(shù)的推廣和應(yīng)用已經(jīng)成為未來(lái)電氣工業(yè)發(fā)展的必然方向，但各種智能控制必須建立在智能電氣線路的基礎(chǔ)上。在實(shí)際應(yīng)用中，必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)，使智能電氣設(shè)計(jì)滲透到配電工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，保證人、物力的合理配置，降低施工成本，從而提高整個(gè)配電工程的效率。

1 智能化電氣設(shè)計(jì)在配電工程中的應(yīng)用意義

1.1 方便控制

智能技術(shù)可以影響時(shí)間的控制和調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制水平，從而大大提高自身的工作性能。此外，在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，智能科技通常只需更改有關(guān)數(shù)據(jù)，而不需要專業(yè)技術(shù)人員。從某種程度來(lái)講，通過(guò)遠(yuǎn)程方式也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，因此，智能技術(shù)在電氣調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

1.2 改善流程

智能工程借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)主控制，智能技術(shù)在配電工作自動(dòng)化中的應(yīng)用可以不斷優(yōu)化工作流程，保證工作結(jié)果的質(zhì)量。傳統(tǒng)配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需要依靠人工處理繁瑣的操作程序，許多人為行為是無(wú)法控制的。在操作過(guò)程中，很容易因疏忽或其他客觀原因而出錯(cuò)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障甚至癱瘓。應(yīng)用智能技術(shù)后，可通過(guò)分解變壓器漏油蒸汽得到近似的故障范圍，然后結(jié)合其他因素和方法確定故障原因和部位。智能技術(shù)在配電工作自動(dòng)化中的應(yīng)用，簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，節(jié)約成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。由于減少人為干預(yù)的次數(shù)，電氣系統(tǒng)更有效地發(fā)揮作用[1]。

1.3 提升性能

采用智能技術(shù)的配電工程自動(dòng)化項(xiàng)目，可以大幅提高自身的應(yīng)用性能，因?yàn)椴捎眠@種智能技術(shù)的配電工程可以對(duì)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，特別是時(shí)間控制，更嚴(yán)格、更準(zhǔn)確，從而大大減少運(yùn)行過(guò)程中的故障，提高運(yùn)行性能。

2 智能化電氣設(shè)計(jì)在配電工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 工程概況

某10kV 工程配電所占地15m×7m（平面結(jié)構(gòu)如圖1 所示），通過(guò)配電站室內(nèi)布置緊湊合理，在3m×2.6m 入口處安裝3m2獨(dú)立控制室，實(shí)現(xiàn)配電控制系統(tǒng)的信息集成，使系統(tǒng)能夠協(xié)作通信，自動(dòng)記錄各模塊數(shù)據(jù)，分析設(shè)備運(yùn)行狀況，使維修人員充分掌握配電室設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。

圖1 某配電站平面結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 智能設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

智能設(shè)計(jì)借助現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬人類思維活動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)智能化水平，使計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠更有效地完成復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)師的重要輔助工具。智能設(shè)計(jì)的出現(xiàn)可以追溯到專家系統(tǒng)技術(shù)的最初應(yīng)用，發(fā)展過(guò)程與CAD 息息相關(guān)，因CAD 在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，不同階段由不同人員負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)，傳統(tǒng)的CAD 系統(tǒng)只能進(jìn)行計(jì)算工作，智能設(shè)計(jì)由人力資源專家進(jìn)行。在ICAD 階段，ICAD 系統(tǒng)將專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)與設(shè)計(jì)、有限元分析和計(jì)算機(jī)繪圖等各種數(shù)字計(jì)算技術(shù)的優(yōu)化相結(jié)合，能夠在決策、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的有效應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)特征分析、圖形設(shè)計(jì)，從根本上提高智能化電氣設(shè)計(jì)的效率與效果[2]。

2.3 照明系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

照明系統(tǒng)控制是配電工程中的常見(jiàn)設(shè)備，包括室外燈、工作燈、住宅照明燈等。在整個(gè)項(xiàng)目中，根據(jù)照明系統(tǒng)的應(yīng)用要求，需要選擇接口輸出路徑。為保證路徑傳輸有序，可以根據(jù)實(shí)際能耗挑選適宜燈具，并使用智能照明系統(tǒng)針對(duì)燈具進(jìn)行控制，主要控制設(shè)施包括：室外照明、住宅照明等。根據(jù)智能化設(shè)計(jì)的形式，用串行接口燈和輸入輸出線進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)信息的合理傳輸。根據(jù)不同算法和要求，滿足智能指標(biāo)和系統(tǒng)類型的要求，利用智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夜間照明，合理調(diào)節(jié)不同季節(jié)的照明。

2.4 故障診斷應(yīng)用要點(diǎn)

配電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)備故障。借助智能技術(shù)，可以對(duì)其進(jìn)行全面準(zhǔn)確的診斷。例如，變壓器作為電氣設(shè)備中的重要設(shè)備之一，需要檢查人員及時(shí)檢測(cè)和維修，通過(guò)智能技術(shù)的應(yīng)用可以成功解決這個(gè)問(wèn)題。利用智能技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷電氣設(shè)備故障，在此過(guò)程中，一般對(duì)變壓器中產(chǎn)生的油分解氣體進(jìn)行檢測(cè)分析，從而在很大程度上快速確定變壓器故障原因，進(jìn)而進(jìn)一步明確故障原因，最后找到故障的具體位置和原因，為維修提供重要依據(jù)。因此，智能技術(shù)在配電工作中的應(yīng)用有利于加快故障診斷和維護(hù)[3]。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

監(jiān)控系統(tǒng)是配電工程中的重要組成部分，目前，較為常見(jiàn)的監(jiān)控系統(tǒng)為定期檢查制度，造成人力物力的浪費(fèi)，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的狀況和安全。配電室穩(wěn)定可靠的環(huán)境對(duì)變壓器和其他設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要，對(duì)此，應(yīng)根據(jù)配電室的實(shí)際情況和變電站、配電室多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)集成應(yīng)用技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以智能控制為核心的配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施狀態(tài)控制和智能環(huán)境控制，完成視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)等的采集和監(jiān)控（如圖2 所示）。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)控制智能開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行、高壓開(kāi)關(guān)的電壓指示、電流和電壓負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)控制、母線溫度控制、電纜溫度控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體控制、安全控制、供暖和通風(fēng)，禁止照明、風(fēng)扇、空調(diào)控制等。實(shí)施所有電氣環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)控和設(shè)備管理，優(yōu)化能源環(huán)境，避免配電設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，確保維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低粗放空間管理的過(guò)高成本，并提供分布環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程控制。

2.6 自動(dòng)控制應(yīng)用要點(diǎn)

智能自動(dòng)化技術(shù)在配電工作中的應(yīng)用逐漸普及，其中最常見(jiàn)的是神經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它具有分析計(jì)算和自學(xué)習(xí)功能，可以優(yōu)化配電系統(tǒng)設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。這項(xiàng)技術(shù)具有更有效的自我控制功能和較高的數(shù)據(jù)處理水平，可優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的資源利用。例如，配電工程中的空調(diào)系統(tǒng)在應(yīng)用智能控制方法后，可以改變空調(diào)系統(tǒng)中傳統(tǒng)的供暖方式，用原有的控制方法代替PID 系統(tǒng)，使整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)即使在復(fù)雜的控制環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化模擬和自我調(diào)節(jié)。在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)智能控制技術(shù)可以自動(dòng)檢測(cè)實(shí)際溫度和濕度，并根據(jù)智能溫度和濕度控制的要求，調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的冷源和風(fēng)量。因此，系統(tǒng)可以防止擁塞，滿足用戶的需求。一般來(lái)說(shuō)，智能控制技術(shù)在配電工程中的應(yīng)用可以根據(jù)外部環(huán)境的變化對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。與手動(dòng)控制方法不同，該方法在數(shù)據(jù)處理精度和操作方便等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。智能控制技術(shù)的應(yīng)用可以適應(yīng)各種復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行條件，大大提高系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率和電氣設(shè)備的性能[4]。

3 智能化電氣設(shè)計(jì)在配電工程中的應(yīng)用事項(xiàng)

3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用事項(xiàng)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在配電技術(shù)中的應(yīng)用可以轉(zhuǎn)化為多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它可以反轉(zhuǎn)誤差信號(hào)，將直接信號(hào)準(zhǔn)確地傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)計(jì)算中，還可以計(jì)算輸出。反向傳播主要用于傳輸誤差記錄，從而通過(guò)優(yōu)化故障診斷在配電工程中的應(yīng)用，及時(shí)改變BP 網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重連接和閾值連接。同時(shí)，在技術(shù)網(wǎng)絡(luò)上建立實(shí)驗(yàn)電氣平臺(tái)，主要是優(yōu)化電氣測(cè)試系統(tǒng)，可集中實(shí)際配置測(cè)試平臺(tái)安裝相關(guān)工作，方便電氣測(cè)試。

在配電設(shè)施設(shè)計(jì)中對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的配電起到很好的作用，在配電系統(tǒng)中取得一定的成功，防止電力濫用，有效控制配電系統(tǒng)中各種問(wèn)題的診斷、結(jié)果，及時(shí)輸出正常的網(wǎng)絡(luò)信息。在輸入層面，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以根據(jù)測(cè)試平臺(tái)對(duì)各種故障信號(hào)對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控，有效地對(duì)可能出現(xiàn)的奇異數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣處理，建立低壓分布系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)采樣，包括70%的教學(xué)樣本和40%的測(cè)試樣本。利用現(xiàn)有的測(cè)試數(shù)據(jù)可以模擬系統(tǒng)故障和訓(xùn)練特性，快速獲得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的訓(xùn)練效果，提高訓(xùn)練精度。因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以保證配電工程自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，在系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)中起著重要作用，具有強(qiáng)大的故障數(shù)據(jù)建模能力。如果在配電過(guò)程中收集到大量低壓配電系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精確預(yù)測(cè)，加上收集到的多級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)，可在配電過(guò)程針對(duì)故障展開(kāi)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力建設(shè)中的應(yīng)用勢(shì)在必行，對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度的故障預(yù)測(cè)具有重要作用。

3.2 遺傳算法應(yīng)用事項(xiàng)

遺傳算法作為一種模仿自然界優(yōu)越性和生物成因規(guī)律的程序，需要按照類似于“染色體”的順序?qū)γ總€(gè)候選進(jìn)行編程，其中相應(yīng)的編碼被稱為“基因組”。然后用適應(yīng)函數(shù)對(duì)“染色體”進(jìn)行測(cè)試，得到最優(yōu)解，遺傳算法廣泛應(yīng)用于復(fù)雜問(wèn)題的綜合計(jì)算和優(yōu)化。遺傳算法在配電工作的自動(dòng)控制中得到廣泛應(yīng)用，主要是通過(guò)選擇電信號(hào)的最佳采樣頻率、不合理的電力系統(tǒng)優(yōu)化、輸電系統(tǒng)中電容器的最優(yōu)控制及其匹配[5]。

3.3 專家系統(tǒng)應(yīng)用事項(xiàng)

在配電工程中，專家控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，技術(shù)應(yīng)用很多，以電力系統(tǒng)規(guī)劃為例，引入專家系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)。電力調(diào)度系統(tǒng)是配電工程所需的重要技術(shù)分支，不但可應(yīng)付現(xiàn)時(shí)電力供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展的需要，亦可在工程范圍內(nèi)控制電力供應(yīng)系統(tǒng)的擴(kuò)展。這一領(lǐng)域涉及廣泛而復(fù)雜的技術(shù)層面。例如，專家管理系統(tǒng)在城市電網(wǎng)規(guī)劃和輸電網(wǎng)供電中的應(yīng)用可以成功地滿足配電工程管理自動(dòng)化的需要。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度所提供的多目標(biāo)控制功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的矛盾控制，控制復(fù)雜系統(tǒng)?？稍敿?xì)設(shè)計(jì)配電設(shè)施建設(shè)的方案和選址，并對(duì)地方供熱、水電、核電合作進(jìn)行全面分析。同時(shí)，對(duì)配電工程師的模擬培訓(xùn)發(fā)揮重要作用，使其能夠在施工前對(duì)所有技術(shù)方案進(jìn)行模擬培訓(xùn)，預(yù)測(cè)配電設(shè)施施工中的技術(shù)問(wèn)題，提高工程的整體質(zhì)量和效率，避免施工過(guò)程因個(gè)人原因?qū)ε潆姽こ淘斐傻牟涣加绊憽?/p>

3.4 PLC 技術(shù)應(yīng)用事項(xiàng)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC 技術(shù)發(fā)展迅速，在機(jī)電控制中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。因此，可以利用PLC 技術(shù)滿足電力工程的需求，提高發(fā)電的協(xié)調(diào)性，從而實(shí)現(xiàn)電力工程的有效管理和自動(dòng)化。軟PLC 繼電器在一定程度上取代物理元件在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的自動(dòng)切換，提高供電系統(tǒng)的安全性和實(shí)用性。因此，有關(guān)部門應(yīng)不斷擴(kuò)大PLC 技術(shù)在配電設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，有效控制配電服務(wù)的運(yùn)行。

3.5 模糊控制應(yīng)用事項(xiàng)

所謂模糊控制的理論基礎(chǔ)為：邏輯模糊、形式模糊以及語(yǔ)言模糊，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，在閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制器中模糊控制器屬于核心。因此，它具有很高的轉(zhuǎn)換阻力。模糊理論在海流計(jì)算、系統(tǒng)規(guī)劃和模糊控制中得到廣泛的應(yīng)用。模糊邏輯不僅可以完成數(shù)學(xué)近似計(jì)算，還可以產(chǎn)生負(fù)荷變化和發(fā)電等不確定因素的依賴函數(shù)，對(duì)電氣自動(dòng)化控制的發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)論

如今智能電氣設(shè)計(jì)在配電工程中已非常普遍，其可以有效實(shí)現(xiàn)提高電力系統(tǒng)發(fā)展。因此，在智能技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用的當(dāng)下，智能電氣在配電工程中的加速應(yīng)用已成為電氣行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在智能電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上構(gòu)建的配電網(wǎng)也將繼續(xù)向多功能化、小型化方向發(fā)展，提高配電網(wǎng)智能電氣產(chǎn)品的使用效率，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展造福人民。