張發(fā)斌

（重慶櫻花電氣開關(guān)有限公司 重慶 400000）

配網(wǎng)自動化設(shè)備層智能技術(shù)的研究

張發(fā)斌

（重慶櫻花電氣開關(guān)有限公司 重慶 400000）

在科學(xué)技術(shù)日新月異、快速發(fā)展的時代，電力系統(tǒng)的發(fā)展也取得了飛躍式的進(jìn)步，電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化中智能技術(shù)所具備的高效性、安全性及可靠性而越來越受到重視。本文探討了電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中智能技術(shù)的應(yīng)用方法，以供參考。

電力系統(tǒng)；配網(wǎng)自動化；智能控制技術(shù)

1 引言

目前，我國的電力系統(tǒng)的發(fā)展隨的城市化進(jìn)程的快速發(fā)展而得到了極大地推動，另一方面，集成電路的成本也正在快速地降低，為了確保電力系統(tǒng)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對一種合理、高可靠的控制技術(shù)加以探尋具有重要的現(xiàn)實意義。而此時配網(wǎng)自動化中的智能化技術(shù)便應(yīng)運而生了。

2 電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化設(shè)備與智能技術(shù)

2.1 配網(wǎng)自動化主站

智能配電管理系統(tǒng)作為設(shè)備層數(shù)據(jù)集成裝置，解決智能電網(wǎng)建設(shè)中配網(wǎng)末端設(shè)備智能化問題，將每個回路的數(shù)據(jù)、信號采集集中到配電房管理系統(tǒng)中，由配電房智能管理系統(tǒng)就地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)故障類型分類給出控制決策并送指令到相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)，同時給配網(wǎng)自動化上級子站主動發(fā)送數(shù)據(jù)、被動接受主站通過子站的訪問、執(zhí)行主站通過子站下達(dá)的指令，傳送到終端設(shè)備，由終端設(shè)備執(zhí)行。

2.2 電力系統(tǒng)自動化及其終端設(shè)備

配網(wǎng)自動化是指對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)在傳輸、分配、使用電能的過程中的自動控制、調(diào)度和監(jiān)視，它是電力系統(tǒng)二次系統(tǒng)的重要組成部分。配網(wǎng)自動化實現(xiàn)了對局部和區(qū)域范圍內(nèi)電力系統(tǒng)以及其中的各個元件的遠(yuǎn)程或者就地的自動協(xié)調(diào)、控制與監(jiān)視，它使用了具備復(fù)雜功能自動決策模型、先進(jìn)的檢測材料或工藝、智能控制算法的設(shè)備，以及高可靠數(shù)據(jù)傳輸通道及加密/解密算法和信號系統(tǒng)等技術(shù)，使配網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)了高效運行（見圖1）。

圖1 配網(wǎng)系統(tǒng)圖

配電自動化終端設(shè)備主要包括：饋線終端FTU、站終端DTU，二者均為用于連接通信網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站和設(shè)備，以實現(xiàn)在配網(wǎng)過程中數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程控制的功能。除此之外，還包含：①人機接口電路主要用于維護(hù)設(shè)備相關(guān)配置，實現(xiàn)人機交互，如將測量的電壓、電流及功率等數(shù)據(jù)以友好的方式顯示，對設(shè)備故障進(jìn)行定值整定；②中心監(jiān)控單元是整個配網(wǎng)自動化終端設(shè)備的核心組成單元，其功能包括：故障區(qū)域和類型檢測、有功功率參數(shù)計算、輸入及輸出、遠(yuǎn)程通訊等功能；③通信終端能夠有效連接控制單元的通信介質(zhì)、進(jìn)行通信，包括載波終端、光纖終端及無線終端，保證數(shù)據(jù)的安全可靠的傳輸；④電源回路是用于對控制回路、設(shè)備終端及通信設(shè)備提供不間斷電源，防止線路停電后，設(shè)備失效的情況；同時需要處理不同模塊之間的共模干擾對數(shù)據(jù)采集的影響，對電磁干擾的要求較高，電源技術(shù)直接管理到設(shè)備的性能。

2.3 智能技術(shù)

所謂智能技術(shù)，是指在計算機控制與支持下，結(jié)合傳感器等設(shè)備所實現(xiàn)的智能化管理，包含相關(guān)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、算法的實現(xiàn)和程序在不同平臺的移植技術(shù)。其中，智能技術(shù)包括了模糊控制、線性最優(yōu)控制、專家系統(tǒng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及綜合智能控制等算法，得到了電力行業(yè)的大力應(yīng)用。智能技術(shù)的應(yīng)用改善了傳統(tǒng)控制手段中存在的不足，能夠?qū)ο到y(tǒng)中出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行反饋機制及自學(xué)習(xí)功能，并能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的問題進(jìn)行有效解決，提高了電力系統(tǒng)的工作效率。事實上，智能技術(shù)主要是通過智能傳感器對檢測變量進(jìn)行感知，對信息進(jìn)行有效的獲取，以此實現(xiàn)提高對設(shè)備的控制效果，增強對感知信息的控制，具有很強的適應(yīng)性和多樣性。

3 電力系統(tǒng)自動化中的智能技術(shù)

目前，電力系統(tǒng)自動化智能技術(shù)是基于過去的自動控制技術(shù)基礎(chǔ)上來進(jìn)行智能控制。這項技術(shù)旨在使電力系統(tǒng)運行更加高效，并且安全可靠，是對物理電力系統(tǒng)進(jìn)行資源優(yōu)化配置，主要運用了控制、計算機、軟件、信息、通信、傳感器等技術(shù)。我國電力系統(tǒng)當(dāng)前采用的配網(wǎng)自動化模式主要包括以下兩種：

3.1 智能集中模式

在智能集中的模式下，系統(tǒng)會將斷路器所采集的故障信息，發(fā)送至主站計算機，然后由主站進(jìn)行分析定位，并根據(jù)定位結(jié)果發(fā)布隔離指令。在此基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合綜合負(fù)荷、無功潮流、網(wǎng)損等因素的影響，由主站計算并制定合理的恢復(fù)方案，斷路器負(fù)責(zé)執(zhí)行。該模式的優(yōu)勢在于具有較強的適用性，能夠滿足各種機構(gòu)配電網(wǎng)的實際需求。

具體有以下幾個特點：①在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可及時依據(jù)人工指令、預(yù)設(shè)方案等，采取合理的運行方式，確保調(diào)度工作的靈活與高效性；②主站、控制中心主要負(fù)責(zé)整個電網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制，以及各級斷路器電流、電壓計開關(guān)量等相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總，然后實現(xiàn)向上、向下的傳遞；③系統(tǒng)自身具備切除故障、判斷故障的功能，可以通過繼電保護(hù)器重合閘、備自投等的相互配合，在最大程度上降低故障影響；④主站負(fù)荷重，對主站的軟硬件要求高。

3.2 分布智能模式

所謂的分布式系統(tǒng)（distributed system）與上面的智能集中模式而言，即分散了主站的控制功能，由各個子站或DTU等設(shè)備根據(jù)所在配網(wǎng)的位置，自行配置相應(yīng)的功能和參數(shù)，保證電網(wǎng)系統(tǒng)正常的工作；每個智能設(shè)備可以離線獨立運行，也可以在線運行，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具備的條件下支持主動上傳和召喚方式向主站提供數(shù)據(jù)（見圖2）。

分布智能模式的建立與運用，可以不需要主站的參與，而只需要由現(xiàn)場的智能化DTU或FTU等，即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)以及自動判斷故障功能。該系統(tǒng)的組成部分包括DTU、FTU和重合閘開關(guān)，具備自動控制功能，內(nèi)部智能算法，可以獨立運行，結(jié)構(gòu)相對簡單，因而應(yīng)用廣泛。

終端設(shè)備處于在線模式下，可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程的管理和配置，實現(xiàn)在線的參數(shù)整定合配置，配置完成后下載相關(guān)參數(shù)后可以離線運行，所有功能均可獨立運行，保證了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。

圖2 分布式配網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

一般來講，分布智能模式適用范圍更適合于農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)，隨著智能化程度的提高和技術(shù)的進(jìn)步，分布式的智能系統(tǒng)會應(yīng)用的更加廣泛，分布式智能化的提高可以大大降低對主站系統(tǒng)的要求，控制功能下放，管理功能不變，避免了危險的集中，對通信功能的要求也大大的降低。

4 電力系統(tǒng)自動化中智能技術(shù)的應(yīng)用

電力系統(tǒng)自動化是配電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，它提高電力系統(tǒng)日常運行質(zhì)量和效率，使電力資源得到良好的運用，提高用電質(zhì)量，對我國經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展具有十分重要的作用。

4.1 專家系統(tǒng)控制

智能計算機系統(tǒng)的控制技術(shù)之一就是專家系統(tǒng)（見圖3），此系統(tǒng)中包含了一些領(lǐng)域中專家知識如何有效地應(yīng)對突發(fā)性問題的案例。在實際的使用期間，專家系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)是否處于警告運行狀態(tài)或緊急運行狀態(tài)等加以正確的判定，在此基礎(chǔ)上，此系統(tǒng)還可以自行解決系統(tǒng)中存在的問題，從而使電力系統(tǒng)恢復(fù)正常的運行。此智能技術(shù)還具備切荷功能，能夠根據(jù)電力系統(tǒng)運作的快慢加以相應(yīng)的變換及解析，準(zhǔn)確阻斷故障點，合理判斷靜態(tài)系統(tǒng)運作安全性。

圖3 專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制（ANN）

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是智能技術(shù)的一種全新應(yīng)用，是在結(jié)合了人工神經(jīng)系統(tǒng)的控制理論發(fā)展得來的，具有很強的非線性的特征，同時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還具很強的自主學(xué)習(xí)能力以及并行處理能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要是通過大量的神經(jīng)元相互連接形成的，在這一過程中將大量的數(shù)據(jù)信息隱藏在連接的權(quán)值之中，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有非線性的映射能力對信息進(jìn)行反饋和調(diào)整。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用表現(xiàn)為對自動化技術(shù)的控制管理以及對系統(tǒng)中的圖像處理。其中包括了人工智能系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)以及數(shù)學(xué)系統(tǒng)等，這些都為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的發(fā)展前景。正確的應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有效的加強了對電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的自動化分析，得到電力設(shè)備中存在的損耗和能量消耗等數(shù)據(jù)，便于整理和統(tǒng)計。

4.3 模糊控制（FUZZY）

在電力系統(tǒng)自動化操作過程中經(jīng)常應(yīng)用到模糊控制。通過模糊系統(tǒng)能夠使控制系統(tǒng)動態(tài)模式更加精確性，對結(jié)構(gòu)龐大、內(nèi)容關(guān)系復(fù)雜的大型電力系統(tǒng)的控制調(diào)整起到加強作用。當(dāng)前，模糊控制在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)有了一定的規(guī)模，它可以從根本上解決電力系統(tǒng)的變量復(fù)雜問題和難以掌握實時的系統(tǒng)動態(tài)等問題，將使電力系統(tǒng)自動化控制邁向新的高度。模糊系統(tǒng)控制原理是依照自身數(shù)據(jù)控制的完整性以及設(shè)置的控制規(guī)則，對電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理和分析。該方法的特點是具有高準(zhǔn)確性和精確性，它可以一定程度上改善電力系統(tǒng)自動化控制可靠性。

4.4 綜合智能系統(tǒng)的控制（IC）

恰當(dāng)?shù)卣犀F(xiàn)代的控制辦法及現(xiàn)代的智能控制辦法的一種控制手段就稱之為綜合的智能控制。譬如變結(jié)構(gòu)的模糊控制、自適應(yīng)性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織或自適應(yīng)的模糊控制以及變結(jié)構(gòu)控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。其主要展現(xiàn)在各類控制方法之間的交互應(yīng)用，在對電力系統(tǒng)進(jìn)行探究時，時常需要將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊控制加以融合應(yīng)用，同時還需要將模糊控制及專家系統(tǒng)加以融合應(yīng)用，另外還需要交叉應(yīng)用專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并交叉應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制以及自適應(yīng)控制等。

5 結(jié)語

自動化技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)正朝向智能化、免維護(hù)方向發(fā)展。為了加快電力企業(yè)技術(shù)革新，提升企業(yè)市場競爭力，必須對智能技術(shù)不斷創(chuàng)新，并將其應(yīng)用于實踐中。

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TM76

A

1004-7344（2016）26-0107-02

2016-8-31

張發(fā)斌（1978-），男，工程師，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化，信息系統(tǒng)集成工作。