邢菲 （1969-）
　　
　　女，河南開封人，助教，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就讀于開封大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化控制技術(shù)。

　　摘要：社會(huì)的進(jìn)步要求生產(chǎn)力更加發(fā)達(dá)，要求人類的經(jīng)濟(jì)生活更加智能化，以節(jié)省寶貴的時(shí)間去做其它有益的事情。電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的革新需要人工智能的大力支持，而人工智能在自動(dòng)化控制方面的優(yōu)勢(shì)在這個(gè)領(lǐng)域也確實(shí)能夠得到極大的發(fā)揮，促進(jìn)自動(dòng)化控制的發(fā)展進(jìn)步。自動(dòng)化的特征，表達(dá)了一個(gè)共同的主題，即提高機(jī)械人類意識(shí)能力，強(qiáng)化控制自動(dòng)化，因此人工智能在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)?huì)大有作為，電氣自動(dòng)化控制也需要人工智能的參與。

　　關(guān)鍵詞：人工智能；自動(dòng)化；電氣

　　Abstract: The advancement of society requires more advanced productivity and more intelligent human economic life in order to save time to do other beneficial thing. The innovation in the field of electric Automation controldemands strong artificial intelligence support, and meanwhile, artificial intelligence can be immensely exploited in the field of automatic control due to its advantage in automationso that it can boost the development of automation control. The characters of automation have expressed a common subject, that is to improve the consciousness ability of machinery and to strengthen control automation. Therefore, artificial intelligence will be able to accomplish much in electric Automate field, and the electric Automation control also requires the participation of artificial intelligence.

　　Key words: Artificial intelligence; Automate; Electricity

　　1 引言

　　發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)、斷路器、接觸器等電機(jī)電器設(shè)備的性能指標(biāo)及工作可靠性直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電力系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)中電氣設(shè)備的種類及數(shù)量也大量增加，使供電可靠性與用戶要求之間的矛盾日益突出，用傳統(tǒng)方法解決此矛盾已顯得無能為力。因此尋找新的途徑提高電氣設(shè)備的質(zhì)量及其在電網(wǎng)中運(yùn)行的可靠性已是當(dāng)務(wù)之急。

　　人工智能是與傳統(tǒng)學(xué)科完全不同的一門新興前沿學(xué)科，由于它是利用計(jì)算機(jī)來模擬人類的智能活動(dòng)，因此完全擺脫了傳統(tǒng)方法的束縛，能解決傳統(tǒng)方法難以解決甚至根本無法解決的問題。自50年代開始發(fā)展到現(xiàn)在，人工智能技術(shù)在理論研究方面取得了突破性進(jìn)展，而且取得了明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，已被廣泛應(yīng)用于國防、航空、醫(yī)療、電力等領(lǐng)域。

　　由于電氣設(shè)備從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到運(yùn)行、控制，每個(gè)環(huán)節(jié)都是一個(gè)復(fù)雜的過程，傳統(tǒng)的方法有時(shí)很難適應(yīng)。國內(nèi)外的電氣科技工作者將人工智能技術(shù)引入電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障診斷及控制過程，并取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。本文在總結(jié)人工智能在電氣設(shè)備領(lǐng)域取得成果的基礎(chǔ)上，對(duì)具體應(yīng)用提出一些看法與策略。

　　2 人工智能理論分析

　　人工智能是一門邊沿學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉。涉及哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語言處理，知識(shí)表現(xiàn)，智能搜索，推理，規(guī)劃，機(jī)器學(xué)習(xí)，知識(shí)獲取，感知問題，模式識(shí)別，邏輯程序設(shè)計(jì)，軟計(jì)算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜系統(tǒng)，遺傳算法等，應(yīng)用于智能控制，機(jī)器人學(xué)，語言和圖像理解，遺傳編程。人工智能就其本質(zhì)而言，是對(duì)人的思維的信息過程的模擬。對(duì)于人的思維模擬可以從兩條道路進(jìn)行，一是結(jié)構(gòu)模擬，仿照人腦的結(jié)構(gòu)機(jī)制，制造出“類人腦”的機(jī)器；二是功能模擬，暫時(shí)撇開人腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而從其功能過程進(jìn)行模擬。現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生便是對(duì)人腦思維功能的模擬，是對(duì)人腦思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能，更不會(huì)超過人的智能。“機(jī)器思維”同人類思維的本質(zhì)區(qū)別：(1) 人工智能純系無意識(shí)的機(jī)械的物理的過程，人類智能主要是生理和心理的過程。(2) 人工智能沒有社會(huì)性。(3) 人工智能沒有人類的意識(shí)所特有的能動(dòng)的創(chuàng)造能力。(4) 兩者總是人腦的思維在前，電腦的功能在后。

　　當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動(dòng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、傳播的快速發(fā)展。人腦是最精密的機(jī)器，編程也不過是簡(jiǎn)單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋，所以模仿模擬人腦的機(jī)能將是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要途徑。電氣自動(dòng)化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。

　　3 案例：人工智能調(diào)節(jié)器在某電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

　　3.1 整體概況

　　某電廠共安裝5臺(tái)發(fā)電機(jī)，其中#1、2、3、5 機(jī)為 12MW機(jī)組，#4機(jī)容量為15MW。有六臺(tái)主變壓器和一臺(tái)高壓備用變壓器，其出線電壓有三種電壓等級(jí)：10kV母線東西兩段、35kV 母線南北兩段和 110kV 母線一段，均可通過聯(lián)絡(luò)變壓器和母聯(lián)開關(guān)互聯(lián)。發(fā)電機(jī)出線電壓為 6kV，高壓廠用電經(jīng)電抗器取自發(fā)電機(jī)端，5臺(tái)機(jī)電氣部分在主控制室控制，各臺(tái)機(jī)分設(shè)汽機(jī)和鍋爐控制室，通過指揮信號(hào)及電話聯(lián)絡(luò)。

　　#1機(jī)組設(shè)備現(xiàn)狀：

　　#1發(fā)電機(jī)出線經(jīng)王1斷路器同期并入6kVI段，可選擇兩種運(yùn)行方式接入系統(tǒng)：經(jīng)#5主變接入10kV母線，或經(jīng)#1主變接入35kV系統(tǒng)。其廠用電經(jīng)電抗器廠1DK接至6kV工作段，備用電源取自#0B高備變，設(shè)有BZT回路；低壓廠用電分兩段分別取自41B、45B低廠變，備用電源取40B低備變，亦有BZT回路。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用直流勵(lì)磁機(jī)加磁場(chǎng)變阻器的他勵(lì)勵(lì)磁方式，手動(dòng)調(diào)節(jié)，繼電強(qiáng)勵(lì)，設(shè)計(jì)有KFD-3型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，長(zhǎng)期不用。同期并網(wǎng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種，有ZZQ-5自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置。發(fā)變組保護(hù)采用電磁型保護(hù)繼電器。

　　3.2 系統(tǒng)解決方案

　　整個(gè)系統(tǒng)終期規(guī)模包括電廠全廠電氣系統(tǒng)：添加AI- 808人工智能調(diào)節(jié)器，110kV、35kV、10kV 線路；5套發(fā)電機(jī)變壓器組，以及與各發(fā)變組單元配套的 6kV廠用電系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等。整個(gè)系統(tǒng)間隔層裝置超過120個(gè)，本期工程包括1#發(fā)電機(jī)；1B、5B(聯(lián)絡(luò)變)兩臺(tái)主變壓器，1#機(jī)廠用電系統(tǒng)，間隔層共計(jì)30個(gè)裝置，通過光纖自愈環(huán)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人工智能化的管理。

　　本次#1機(jī)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)改造涉及的電氣設(shè)備：

　　· 主變#5B高低壓側(cè)斷路器王105、王605及隔離開關(guān)王105東、王605甲、王605母。

　　· 主變#1B高低壓側(cè)斷路器王351、王601及隔離開關(guān)王351北、王351南、王601甲、王601母。

　　· 發(fā)電機(jī)出口斷路器王 1，及隔離開關(guān)王 1 甲、王 1 母。

　　· 廠用電抗器高低壓側(cè)斷路器廠 611、廠612 及隔離開關(guān)廠611母、廠611甲。

　　· 發(fā)電機(jī)端 PT王1 表1，王1表11。

　　· 6kV I段 PT王600表及隔離開關(guān)王600 表1。

　　· 6kV廠用工作段備用進(jìn)線開關(guān)廠610及母線PT。

　　· 低壓工作變41B、45B及40B的進(jìn)線開關(guān)廠61、廠65、廠60。

　　· 低壓380V工作四段工作進(jìn)線開關(guān)廠411、廠451，備用進(jìn)線開關(guān)廠410、廠405以及母線PT。

　　· 6kV 廠用電的備自投和380V廠用電的備自投。

　　· 廠用高壓輔機(jī)#1排粉、#1給粉、#1磨煤和#2給水。

　　· 10kV 線路王11、王13、王14、王17、王18 間隔所有開關(guān)及隔離開關(guān)。

　　· 10kV母線PT、母聯(lián)開關(guān)王502及隔離開關(guān)。

　　3.3 改造后實(shí)現(xiàn)的功能

　　(1) 改造方案總體描述

　　1）將原有的#1F-#5F的保護(hù)屏和控制屏取消，改為微機(jī)保護(hù)和控制裝置，組屏五面。

　　2）將原有的#1B-#5B和高備變#0B的的保護(hù)屏和控制屏取消，改為微機(jī)保護(hù)和控制裝置，組屏4.5面，0.5為#0B。

　　3）取消原保護(hù)控制屏的#0B備自投設(shè)備、電抗器保護(hù)，更新為電抗器微機(jī)保護(hù)、#0B備自投裝置與測(cè)控裝置，組屏2.5面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、直流與指揮信號(hào)等的測(cè)控。

　　4）將6KV廠用電段的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置就地安裝在對(duì)應(yīng)的開關(guān)柜上（共計(jì)41臺(tái)），更換廠用電度表，就地安裝在對(duì)應(yīng)的開關(guān)柜上（共計(jì)28塊），實(shí)現(xiàn)各單元的的保護(hù)、測(cè)控和電能的采集。

　　5）更換主控室四面電度表屏為新的電度表，可為全電子表以實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)機(jī)的串行通信，勵(lì)磁系統(tǒng)、同期裝置由電廠決定自購。

　　6）將10kV和35kV出線的保護(hù)屏和控制屏取消，采用微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)測(cè)控的一體化，將 10 kV 出線的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置就地安裝在對(duì)應(yīng)的間隔單元（共計(jì)11 臺(tái)），將 35kV出線的微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置組成一面屏（共計(jì)7臺(tái)）。

　　7）110kV 線路采用微機(jī)保護(hù)、測(cè)控，組成一面屏。

　　改造后的系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)微機(jī)化，基本取消原來所有的控制保護(hù)屏、控制臺(tái)（68面臺(tái)），更新為 18面微機(jī)保護(hù)測(cè)控屏與計(jì)算機(jī)工作站，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行雙向通信、資源共享；并充分考慮了電氣運(yùn)行人員的工作習(xí)慣，取消硬手操，實(shí)現(xiàn)軟手操，便于其全面、高效地管理電氣設(shè)備，降低誤操作和事故幾率，提高安全運(yùn)行水平和自動(dòng)化水平；同時(shí)，主控室的有效空間擴(kuò)大，使布局更為合理，為電廠的管理創(chuàng)造更有利的條件。

　　(2) 改造后的功能實(shí)現(xiàn)

　　1）數(shù)據(jù)采集與處理：對(duì)所有開關(guān)量、模擬量的實(shí)時(shí)采集，并能按要求處理或存貯。

　　2）畫面顯示：模擬畫面真實(shí)顯示一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)時(shí)顯示電流、電壓等所有模擬量、計(jì)算量、隔離開關(guān)、斷路器等實(shí)際開關(guān)狀態(tài)及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢(shì)圖。

　　3）運(yùn)行監(jiān)視：具有對(duì)各主要設(shè)備的模擬量數(shù)值、開關(guān)量狀態(tài)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)視，有事故報(bào)警、越限和狀態(tài)變化事件報(bào)警，事件順序記錄、聲光、語音、電話圖象報(bào)警。

　　4）操作控制：通過鍵盤或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器及電動(dòng)隔離開關(guān)的控制，勵(lì)磁電流的調(diào)整。按順控程序進(jìn)行同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或停機(jī)操作。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行人員的操作權(quán)限加以限制，以適應(yīng)各級(jí)運(yùn)行值班管理。

　　5）故障錄波：模擬量故障錄波，波形捕捉，開關(guān)量變位，順序記錄等（包括主要輔機(jī)）。

　　6）在線分析：不對(duì)稱運(yùn)行分析、負(fù)序量計(jì)算等。

　　7）在線參數(shù)設(shè)定及修改：保護(hù)定值包括軟壓板的投退。

　　8）運(yùn)行管理：操作票專家系統(tǒng)，運(yùn)行日志，報(bào)表的生成及存儲(chǔ)或打印，運(yùn)行曲線等。

　　3.4 主要功能介紹

　　(1) 電氣實(shí)驗(yàn)功能(如圖1所示)

圖1   電氣實(shí)驗(yàn)功能

　　提供了發(fā)電機(jī)空載、短路、勵(lì)磁機(jī)空載三種特性的電氣試驗(yàn)專家軟件，生成試驗(yàn)報(bào)表和曲線，并可打印存檔。

　　(2) 運(yùn)行管理智能化(如圖2所示)

　　如果某間隔的狀態(tài)是檢修，則系統(tǒng)會(huì)將該間隔下的所有裝置都標(biāo)記為檢修，在檢修狀態(tài)下，系統(tǒng)不再對(duì)裝置上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)也不允許用戶對(duì)該裝置進(jìn)行任何操作。用戶可以人工操作，對(duì)指定間隔的狀態(tài)進(jìn)行修改。

　　(3) 順序控制功能(如圖3所示)

　　系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行條件，按照事先的指定程序和步驟，自動(dòng)的進(jìn)行一系列操作。

　　(4) 故障錄波智能分析(原始波形顯示)(如圖4所示)

　　故障錄波分析工具提供了簡(jiǎn)單直觀的故障錄波數(shù)據(jù)文件的分析功能。對(duì)故障進(jìn)行還原，再現(xiàn)故障情況，以便繼保工程師能夠根據(jù)故障分析的結(jié)果，正確分析事故原因，及時(shí)處理事故，評(píng)價(jià)繼電保護(hù)和斷路器設(shè)備的運(yùn)行及動(dòng)作情況。

圖2   運(yùn)行管理智能化

圖3   順序控制功能

圖4   故障錄波智能分析

　　4 總結(jié)

　　某電廠#1機(jī)電氣系統(tǒng)自動(dòng)化改造工程已經(jīng)竣工投運(yùn)，目前已正常運(yùn)行。該工程是筆者應(yīng)用人工智能理論集成開發(fā)的火電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的第一個(gè)運(yùn)行工程，系統(tǒng)包括了AI- 808人工智能調(diào)節(jié)器，微機(jī)發(fā)變組保護(hù)、微機(jī)變壓器保護(hù)，以及與各發(fā)、變組單元配套的6kV 和380V廠用電系統(tǒng)等。這是應(yīng)用電廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、新原理保護(hù)測(cè)控裝置成套供貨的第一個(gè)系統(tǒng)工程。

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