智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用

楊 正

（安徽南瑞繼遠電網(wǎng)技術(shù)有限公司，合肥 230088）

進入新時期以后，基于社會需求，電力行業(yè)開始進入高速發(fā)展期，并有更多的信息化技術(shù)引入到電力系統(tǒng)自動化進程中，取得了較好的實效，為進一步鞏固發(fā)展成果、提升電力系統(tǒng)自動化水平，有更多的電力企業(yè)開始有意識、有計劃地引入各種智能技術(shù)，一定程度上解決了以往電力系統(tǒng)自動化進程中的很多難題，如自動化程度低、成本高等，對于推動電力行業(yè)的高效發(fā)展起到較好的作用。

1 概念闡釋

1.1 智能技術(shù)

智能技術(shù)主要指的是以智能手段替代人為行為的技術(shù)類型，實現(xiàn)其在電力系統(tǒng)中的靈活應(yīng)用，可協(xié)助運行人員更加便捷、高效地掌控電力系統(tǒng)。智能技術(shù)的具體作用過程，是基于傳統(tǒng)控制機制、體系，引進智能管控、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提升電力系統(tǒng)自動化水平，并需傳感技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)等加以配合，如此才可為電力系統(tǒng)自動化過程提供保障。

1.2 電力系統(tǒng)自動化

電力系統(tǒng)自動化指的是通過控制技術(shù)（計算機、自動調(diào)整等）對電力系統(tǒng)各個流程進行自動化控制的過程，其對于保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行具備較好的作用，涉及的自動化內(nèi)容有電網(wǎng)調(diào)度、發(fā)電管控、配電管理等，不但可為電力系統(tǒng)優(yōu)化運行提供相關(guān)數(shù)據(jù)、參數(shù)支持，還可大幅度減少人為因素帶來的系統(tǒng)運行誤差，降低人力成本開支，提升效益[1]。

2 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用意義

2.1 減少操作失誤

電力系統(tǒng)整體相對復(fù)雜，裝載有各種類型的電子設(shè)備，并大多起到至關(guān)重要的作用，任何部位的電子設(shè)備故障都會影響到電網(wǎng)穩(wěn)定運行，而針對已經(jīng)出現(xiàn)故障的設(shè)備，按照傳統(tǒng)方式加以檢查，很難迅速、準確地確認故障原因、影響因素等，仍會留下安全隱患。該種情況下，引入智能技術(shù)，整個電力系統(tǒng)操作過程全部由電腦系統(tǒng)執(zhí)行，且過程可控、可監(jiān)測、可視化，在減少操作失誤的同時，相關(guān)故障一目了然，可減少針對故障的前期反應(yīng)時間，維持電力系統(tǒng)的可持續(xù)運行。

2.2 提升系統(tǒng)控制力

缺乏智能技術(shù)支持的環(huán)境下，電力系統(tǒng)控制、運維需以人力為主導(dǎo)，這就必須投入較多的人力、物力資源，且需通過必要的管理制度、體系規(guī)范運行人員相關(guān)行為，但對電力系統(tǒng)的控制力仍舊極其有限。而在引入智能技術(shù)后，可通過信息化技術(shù)加強電網(wǎng)控制，讓電網(wǎng)工作趨于簡單、高效化，如部分重要設(shè)備需反復(fù)操作、檢查，而智能技術(shù)可簡化設(shè)備流程，并在短時間內(nèi)重復(fù)多次檢查，以此來替代人力行為，一些復(fù)雜、困難的動作亦可由系統(tǒng)完成，這在提升系統(tǒng)自動化程度的同時，對于系統(tǒng)的控制力亦在不斷提升[2]。

3 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用對策

3.1 人工智能算法

智能技術(shù)中的人工智能算法，在電力系統(tǒng)自動化上有著較廣的應(yīng)用范圍，可按照以下步驟展開具體化分析。①場景分析。即針對電力系統(tǒng)自動化中的不同業(yè)務(wù)場景展開分析、進行信息獲取，確定范式對應(yīng)的場景，如文本分類、圖像分類、推薦系統(tǒng)和趨勢分析等，用于確定后續(xù)所用技術(shù)路線、算法類型等。②數(shù)據(jù)標簽、輸出構(gòu)建。以電力系統(tǒng)自動化運行中的變壓器故障處理為例，結(jié)合變壓器運行信息狀態(tài)，劃出7 種故障類型：放電兼過熱DT、低溫過熱T1（T＜300 ℃）、中溫過熱T2（T為300~700 ℃）、高溫過熱T3（T＞700 ℃）、局部放電PD、低能放電D1、高能放電D2。設(shè)定樣本數(shù)據(jù)集：（q1、w1），（q2、w2），……（qn、wn），網(wǎng)絡(luò)輸出層面對應(yīng)不同類別數(shù)[3]。③選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。針對深度學(xué)習(xí)、用戶畫像等智能計劃，需確定準確的隱含層節(jié)點、層數(shù)。確定隱含層層數(shù)，適當增加隱含層層數(shù)，可提升網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練信息處理水平，但亦會增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，對訓(xùn)練速度、網(wǎng)絡(luò)性能亦會產(chǎn)生影響；確定隱含層節(jié)點數(shù)，在選取隱含層節(jié)點數(shù)時，多安排試湊，在網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中選取相應(yīng)節(jié)點數(shù)對比分析獲取預(yù)測結(jié)果誤差，再選取最優(yōu)節(jié)點數(shù)；需注意，隱含層數(shù)量應(yīng)保持適中，為提升網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練精度，可增加隱含層節(jié)點數(shù)，從較小節(jié)點數(shù)試湊，慢慢增大；網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初始化，初始閾值、權(quán)值是必須考慮的問題，避免選取不當而影響最終結(jié)果，多選激勵函數(shù)有ReLU函數(shù)、Tanh 函數(shù)、Sigmoid 函數(shù)等，若初值太大，會造成激勵函數(shù)輸入過大，達到飽和狀態(tài)。④學(xué)習(xí)速率選取。閾值、權(quán)值修正量=學(xué)習(xí)速率×偏導(dǎo)數(shù)，若速率過大，會造成過調(diào)，若太小，會降低訓(xùn)練速度，可引入支持向量機等方法，選擇核函數(shù)與對應(yīng)參數(shù)，后續(xù)進行映射函數(shù)、線性回歸函數(shù)、核函數(shù)確定。⑤性能評估。以上提出的人工智能算法中的分類型應(yīng)用范式可廣泛應(yīng)用于電力自動化系統(tǒng)中的配電、用電、變電、輸電和發(fā)電領(lǐng)域等，以用電領(lǐng)域為例，可通過分類型應(yīng)用范式展開對電網(wǎng)用戶用電異常行為的整體化分析，針對當前行為隱蔽化、手段專業(yè)化、設(shè)備智能化的高科技竊電行為，分類型應(yīng)用范式可收集用戶用電行為、電力設(shè)備運行狀況，搭建分類模型，減少竊電行為分析成本、時間；利用企業(yè)關(guān)于用戶用電量、計算設(shè)備異常、電流失流和電能表停走等問題，搭建經(jīng)確認的竊電用戶清單，進行大數(shù)據(jù)計算、分析，得出竊電用戶在各階段的行為特征，得出竊電用戶行為畫像，對其加以準確識別、定位，以此來追究其法律責(zé)任。

3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

常規(guī)電力預(yù)測方法有著較大的不確定性、隨機性，使得電力預(yù)測結(jié)果與實際值有著一定偏差，難以為電力系統(tǒng)自動化運行提供可靠參考，如單耗法，主要依據(jù)某工業(yè)產(chǎn)品平均用電量、計劃生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量來加以預(yù)測，按照以下公式計算

式中：A為總用電量，b為計劃產(chǎn)品總產(chǎn)品，g為單位產(chǎn)品耗電量。雖然短期預(yù)測效果好，但是其局限性大、準確度低、工作量大是難以克服的問題。因此結(jié)合電力負荷預(yù)測要求，提出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測方法，具體如下：通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對某市2023 年5 月10 日—20 日的電力負荷進行統(tǒng)計分析，預(yù)報開始前，采集前一天用電量，集齊12 個負荷資料，用于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析，因電力負荷會受溫度、天氣等因素影響，故而在實際分析時需結(jié)合溫度、天氣等因素；結(jié)合天氣預(yù)測結(jié)果，掌握5 月21 日氣溫、天氣，晴天、陰天、雨天分別用0、0.5、1 表示，納入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并關(guān)注5 月21 日對12 個載荷的預(yù)報；實際計算時，數(shù)據(jù)單位、類型可能影響到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算速度，故而可選擇標準化方法統(tǒng)計數(shù)據(jù)，確保其在給定范圍內(nèi)，后續(xù)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，設(shè)定參數(shù)，確保任務(wù)穩(wěn)定推進；訓(xùn)練設(shè)定參數(shù)包括每次顯示代數(shù)、訓(xùn)練誤差、訓(xùn)練代數(shù)、動量因子和訓(xùn)練速率等，設(shè)定本次顯示代數(shù)為10，則訓(xùn)練代數(shù)總計100 000，基于此設(shè)定訓(xùn)練速度0.05，還可選擇設(shè)置為移動代數(shù)，列出0.01 的訓(xùn)練目標偏差，后續(xù)再引入Train 函數(shù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，函數(shù)格式如下

式中：net 指的是需訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；P 指的是網(wǎng)絡(luò)輸入，是R×Q 輸入矩陣；T 指的是網(wǎng)絡(luò)期望輸入，參數(shù)可選；Pi 指的是出入輸入延遲；Ai 指的是初始層延遲。按照以上方法得出5 月21 日每小時電力損耗，得出表1 所示數(shù)據(jù)，對比分析預(yù)測值與實際值，可知人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法切實可行，可為電力系統(tǒng)自動化提供相對準確的數(shù)據(jù)信息[4]。

表1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電力負荷預(yù)測與實際值數(shù)據(jù)表

3.3 模糊控制技術(shù)應(yīng)用

模糊控制即利用模糊數(shù)學(xué)基本理論、思想的一種控制方法，比較適用于時變、非線性、滯后及模糊不完全系統(tǒng)的控制過程。以模糊控制技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化負荷頻率控制上的應(yīng)用過程加以研究。①模糊邏輯控制器應(yīng)用。因未知的線性與互聯(lián)特征，模糊邏輯控制系統(tǒng)具備較大適應(yīng)性，且模糊系統(tǒng)本身具備解模糊器，已進行了產(chǎn)品推理、模糊化的整體考慮，涉及各種智能化的推斷系統(tǒng)，可實現(xiàn)模糊邏輯控制器的靈活應(yīng)用。②設(shè)計LF 控制器。FLC 是在相關(guān)知識獲取中形成控制器的核心學(xué)科，在輸入時，可拆分成7 個三角模糊集，第一塊內(nèi)部控制器呈模糊化狀態(tài)，將每塊輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的成員函數(shù)，再與輸入數(shù)據(jù)匹配，去模糊化后得到清晰的數(shù)據(jù)輸出值[5]。③區(qū)域控制誤差。分析整個模糊控制技術(shù)應(yīng)用過程，可知頻率偏差、聯(lián)絡(luò)線功率偏差一直成正比，從模糊規(guī)則表中確定輸入、輸出定義規(guī)則；借助系統(tǒng)頻率控制平衡電力系統(tǒng)狀態(tài)，在電力需求出現(xiàn)變化時，會讓頻率隨之變化，且頻率誤差會混合、放大，輸送向渦輪調(diào)速器的信號發(fā)生變化，可將電力自動化系統(tǒng)分解為2 個獨立區(qū)域，每個區(qū)域配備發(fā)動機，并由輸電線路連接。④在電力系統(tǒng)劃分后，功率流通過輸電線，會分布在2 個數(shù)值相等，但呈正、負2 種狀態(tài)的區(qū)域中，且功率流動方向與區(qū)域相對相位角有著直接關(guān)系，且很大程度上取決于相對速度偏差，考慮到不同區(qū)域?qū)τ诮泳€互聯(lián)系統(tǒng)的具體需求，列出穩(wěn)態(tài)方程，如此在第i控制區(qū)域，其凈交換與兆瓦綜合一致，即所有M個輸出聯(lián)絡(luò)線；在進行區(qū)域控制誤差分析時，ACEi必須反映總功率交換，具體形式如下

該項誤差被添加到ACE 與頻率誤差。通過模糊控制技術(shù)的靈活應(yīng)用，對于維持頻率不過分偏移，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性有著較好的作用。

3.4 專家控制技術(shù)

在電力系統(tǒng)自動化中引入專家控制技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下多個方面：①常規(guī)應(yīng)用。對專家行為加以模仿，在自動化系統(tǒng)中植入專家區(qū)域，在出現(xiàn)系統(tǒng)執(zhí)行問題、決策問題時，可結(jié)合專家知識、技能對相關(guān)問題進行整體化分析，保持自動化系統(tǒng)穩(wěn)定性；專家控制系統(tǒng)還可對電力系統(tǒng)自動化運行過程進行監(jiān)控，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常運轉(zhuǎn)特征時，第一時間察覺，并發(fā)出告警信息，提醒運行人員加以處理，并可同時分離正常區(qū)域、反常區(qū)域，化解系統(tǒng)運行風(fēng)險，降低運營風(fēng)險。②操作票編制。在操作票編制中引入專家控制技術(shù)，可確保操作票的正確性、規(guī)范性，提升開票速度，簡化開票流程，對操作票中的信息進行提取、分析、核檢，以此來避免因人為因素可能引發(fā)的誤差、缺漏等，確保操作票中相關(guān)流程、重點事項不會出現(xiàn)明顯誤差，并可兼顧到不同運行人員、檢修人員等對于操作票的具體需求，減少沖突、順利開票。③電壓－無功控制。在電壓－無功控制中引入專家系統(tǒng)，可起到避免控制超限作用，在出現(xiàn)超限時，保障電壓+無功控制體系在各種環(huán)境下發(fā)揮作用，最短時間內(nèi)恢復(fù)電力系統(tǒng)正常運行，突破常規(guī)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用的局限性，完整地展示各階段電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為無功補償裝置設(shè)置、調(diào)節(jié)、故障維修等提供更多的便利。

3.5 線性最優(yōu)控制技術(shù)

線性最優(yōu)控制技術(shù)指的是在給定性質(zhì)指標（如能量最小、時間最短等）標準下，通過對應(yīng)的數(shù)學(xué)推理方法來得到最優(yōu)控制規(guī)律的一種控制方法，應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動化進程中，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①最優(yōu)勵磁控制器。通過最優(yōu)勵磁控制器靈活應(yīng)用，可提升遠距離輸電線路輸電水平、提升動態(tài)品質(zhì)，可選擇WKLF-600 系列變頻起動交流無刷勵磁裝置輔助應(yīng)用過程，其核心控制單元為在系列Excitrol 調(diào)節(jié)器軟、硬件技術(shù)平臺上二次開發(fā)的Excitrol-600 型無刷同步電動機微機勵磁調(diào)節(jié)器，包含WKLF-602 型、WKLF-602B 型2 種類型系統(tǒng)，均具有雙套調(diào)節(jié)器及雙主回路配置，功能涵蓋勵磁系統(tǒng)所有測量、控制、調(diào)節(jié)與保護；如觸發(fā)脈沖形成與功率放大、模擬量測量、接點量輸入輸出、參數(shù)整定與勵磁調(diào)節(jié)、軟硬件故障監(jiān)測、雙機通信、后臺通信、與PC 機或液晶操作面板通信等，具備較大適用性。②最優(yōu)快速汽門控制器。在基于線性最優(yōu)控制技術(shù)的最優(yōu)快速汽門控制器設(shè)計與選擇時，需考慮電力系統(tǒng)中不同地點機組對于綜合控制器技術(shù)應(yīng)用需求，進入最優(yōu)協(xié)聯(lián)控制器，并需以供應(yīng)電動門伺服電機控制系統(tǒng)為支撐，可選擇智能PLC 控制箱電控裝置，測量范圍0.1~400 Hz 可設(shè)定轉(zhuǎn)矩提升，最大10.0%，啟動轉(zhuǎn)矩在1.0 Hz 時可達150%，并發(fā)揮以下保護功能：過載保護、FUSE 保護、過電壓保護、低電壓保護、瞬間再啟動、失速防止、輸出端短路、散熱片過熱保護、反轉(zhuǎn)限制、故障復(fù)歸、參數(shù)鎖定和PID-拖多等。③水輪發(fā)電機。最優(yōu)控制技術(shù)在水輪發(fā)電機上的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在制動電阻最優(yōu)時間控制上，可通過預(yù)先設(shè)定控制指標，選擇制動電阻降額，確定重復(fù)制動或者非重復(fù)制動方式，以此來適應(yīng)水輪發(fā)電機組在不同環(huán)境下的使用要求，以此來提升制動效果。

3.6 綜合智能技術(shù)

綜合智能技術(shù)，即實現(xiàn)對以上各項智能技術(shù)的綜合應(yīng)用，進行優(yōu)勢互補，如實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)的組合應(yīng)用，可大幅度提升模糊控制系統(tǒng)整體控制層次，并解決專家控制系統(tǒng)在應(yīng)用時投入過高的問題，提升專家決策的有效性；又如模糊控制技術(shù)、專家控制技術(shù)的組合應(yīng)用，可提升智能化控制技術(shù)的應(yīng)用水平。而如何進行各項智能技術(shù)的組合應(yīng)用，關(guān)鍵在于需細致化分析電力系統(tǒng)自動化的根本需求，考慮到相關(guān)智能技術(shù)本身的復(fù)雜性，結(jié)合自動化控制目標進行靈活選擇、組合，提升智能化控制水平。

3.7 智能化信息管理技術(shù)

電力系統(tǒng)自動化發(fā)展進程中，涉及變電、配電、用電等各個方面的運行監(jiān)測信息，以及故障、反饋、決策等方面的操作記錄信息，引入智能化信息管理技術(shù)，協(xié)助系統(tǒng)進行各項信息的整體化處理，可搭建智能管理平臺，并賦予平臺以下功能特征：①電力系統(tǒng)監(jiān)控功能。采集并保存現(xiàn)場設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、有功、無功、視在功率、頻率、功率因數(shù)、累計電能及變壓器溫度等實時電參量；采集現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)，如斷路器分合狀態(tài)，對于高壓系統(tǒng)，還可采集彈簧儲能狀態(tài)、地刀位置、遠方/就地和設(shè)備故障等。②圖表管理功能。平臺顯示功率曲線、電流曲線、溫度曲線；提供電力抄表功能，設(shè)定好起始時間和結(jié)束時間，點擊查詢即可得到該時間段設(shè)備的用電量，查詢完成后還可保存成Excel 文檔或直接打印。③報警功能。在數(shù)據(jù)庫中設(shè)定報警值，當實際值小于低報警值或?qū)嶋H值大于高報警值時，報警；報警方式可以是彈窗報警、語音報警、聲光報警等。④權(quán)限管理。具有完善的用戶管理功能，避免越權(quán)操作；每一級權(quán)限對應(yīng)相應(yīng)的控制權(quán)限，最多可設(shè)置多級不同權(quán)限，并記錄權(quán)限用戶的操作。

4 結(jié)束語

綜上，文章就智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)用展開了綜合論述與分析，應(yīng)給予其足夠的重視，分析以上各項智能技術(shù)在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足，發(fā)揚優(yōu)勢、彌補不足，從電力系統(tǒng)自動化的實際特征、需求等入手，調(diào)整智能技術(shù)應(yīng)用方案，提升其靈活應(yīng)用程度，并能關(guān)注到自動化各環(huán)節(jié)的發(fā)展特征，以此來發(fā)揮智能技術(shù)更好的作用。