(新疆大學(xué) 電氣工程學(xué)院，烏魯木齊 830047)

0 引 言

按照K.S.Fu(傅京孫)和Saridis提出的觀點，可以把智能控制看作是人工智能、自動控制和運籌學(xué)三個主要學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。智能控制就是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效人的智能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。智能控制是自動控制發(fā)展的高級階段，是人工智能、控制論、系統(tǒng)論、信息論、仿生學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、進化計算和計算機等多種學(xué)科的高度綜合與集成，是一門新興的邊緣交叉學(xué)科[1-2]。2017年3月5日，李克強總理指出，加快人工智能等技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化，“人工智能”表述首次出現(xiàn)在政府工作報告，也是科技部長期關(guān)注的領(lǐng)域，實施了動態(tài)調(diào)整機制，人工智能作為科技創(chuàng)新2030重大項目。在中國，人工智能已被列入推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的重點領(lǐng)域和《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的主要任務(wù)，圍繞“人工智能2.0”的發(fā)展規(guī)劃即將正式出臺，一批本土優(yōu)秀企業(yè)和知名高校及科研機構(gòu)紛紛投身其中。

首先介紹《智能控制理論與應(yīng)用》研究生課程授課情況，然后對智能控制技術(shù)在我國電力系統(tǒng)自動化控制中應(yīng)用進行歸納，重點闡述人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。本研究將有助于提高電氣工程及自動化等專業(yè)研究生的教學(xué)以及科研水平，并具有一定的實踐工程價值。

1 某高?！吨悄芸刂评碚撆c應(yīng)用》研究生課程授課情況

《智能控制理論與應(yīng)用》課程是控制科學(xué)與工程與電力系統(tǒng)及其自動化等專業(yè)的一門跨一級學(xué)科的研究生必修課程，某高校設(shè)立該課程32課時，2學(xué)分，共有96人選修，包括4個專業(yè)：電機與電器、電子信息、能源動力以及控制科學(xué)與工程。教學(xué)理念重點培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核方式等方面對課程方案進行了改革設(shè)計。通過教學(xué)，了解智能控制是自動控制發(fā)展的高級階段，是人工智能、控制科學(xué)、計算機科學(xué)、系統(tǒng)論和信息論等多種學(xué)科的高度綜合與集成，掌握各種智能控制技術(shù)的研究對象、類型結(jié)構(gòu)、作用機理、設(shè)計方法和控制特性，理論聯(lián)系實際，利用MATLAB仿真練習(xí)，為今后進一步研究智能控制系統(tǒng)應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)[3]。

2 智能控制理論在我國電力系統(tǒng)中應(yīng)用

我國正在加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，那么就必須要推動新能源快速發(fā)展。但是，與此同時新能源發(fā)電的隨機性及波動性對電力系統(tǒng)的功率平衡造成了影響，帶來了巨大的調(diào)峰壓力，這也是新能源高比例消納的主要因素；同時，由于高比例的電力電子設(shè)備的接入，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來巨大挑戰(zhàn)[4]。因此需要建立智慧電網(wǎng)來解決問題，就必須智能控制在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，主要有以下幾方面：

2.1 專家系統(tǒng)控制理論應(yīng)用

專家控制系統(tǒng)(Expert Control System，ECS)是一種已廣泛應(yīng)用于故障診斷、各種工業(yè)過程控制和工業(yè)設(shè)計的智能控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)的主要形式：(1)專家控制系統(tǒng)，復(fù)雜且造價較高，目前用得較少；(2)專家式控制器，多采用工業(yè)專家控制器，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用日益廣泛[5]。

電力系統(tǒng)具有非線性、復(fù)雜、難度大、高危險等特點，因此，對該領(lǐng)域?qū)＜乙蟾撸邆湄S富的專業(yè)知識以及足夠的經(jīng)驗，現(xiàn)實中電力專家很少。然而，專家系統(tǒng)是一個具有較大規(guī)則、豐富經(jīng)驗、專門知識的程序系統(tǒng)。在電力專家不能到達現(xiàn)場時，專家系統(tǒng)就被用到工程實踐。具體步驟如下：(1)在數(shù)據(jù)庫中存儲入專家需要的大量專業(yè)知識；(2)整合專家經(jīng)驗過程，傳入數(shù)據(jù)庫；(3)分類并分析這些數(shù)據(jù)資料；(4)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，專家系統(tǒng)動作。模仿人類專家的思維去思考問題，利用數(shù)據(jù)庫中的知識及相關(guān)經(jīng)驗去分析問題，通過智能控制理論去解決問題。

專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)適用范圍較廣，效果明顯，對系統(tǒng)穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要的作用。但存在不足，創(chuàng)新性不夠，只能解決曾經(jīng)出現(xiàn)過的問題，當(dāng)新故障出現(xiàn)時，就不會主動思考，也不可能很好的解決問題。因此，該技術(shù)還需進一步完善，從而真正提升專家的控制系統(tǒng)[5]。

2.2 模糊控制理論應(yīng)用

模糊控制的特點是，(1)提供了一種實現(xiàn)基于自然語言描述規(guī)則的控制規(guī)律的新機制；(2)提供了一種改進非線性控制器的替代方法。模糊控制單元的基本功能結(jié)構(gòu)由規(guī)則庫、模糊化、模糊推理和清晰化四功能模塊組成。電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且受外界干擾因素多變，為了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行，將消耗大量的資源，模糊控制理論技術(shù)可以很好的為管理提供優(yōu)質(zhì)的策略，提高了電力系統(tǒng)運行效率，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括：電力穩(wěn)定性、系統(tǒng)經(jīng)濟性以及系統(tǒng)控制，在電力自動控制應(yīng)用有智能家居等，同樣發(fā)揮了很大的作用[6]。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論應(yīng)用

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制(ANN-Based Control),簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或神經(jīng)控制?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制器，其控制問題可以看作是一類模式識別問題。要識別的模式是一些關(guān)于受控的狀態(tài)、輸出或某個性能評價函數(shù)的變化信號評價函數(shù)：用于評價控制效果的函數(shù)，該函數(shù)學(xué)作為一類變化信號輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的習(xí)算法或?qū)W習(xí)準則[7]。

電力系統(tǒng)運行中具有非線性、不確定、不確知三大難題，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為解決此問題提出了新辦法，利用特殊聯(lián)系方式，將連接復(fù)雜、數(shù)量巨大且緊密的神經(jīng)元構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)控制，在圖像處理和管理控制方面得到應(yīng)用，取得了一定成效，但在大規(guī)模復(fù)雜的電力系統(tǒng)面前還是具有一定局限性，因此，還需要進一步完善。

2.4 線性最優(yōu)控制理論應(yīng)用

對電力系統(tǒng)的局部線性化模型，線性最優(yōu)控制是成熟的，也比較完善，并取得了一定成效。如，最優(yōu)協(xié)聯(lián)控制器在快速汽門控制器中的應(yīng)用，通過多機系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同地點機組協(xié)調(diào)運作；我國采用最優(yōu)勵磁控制方法，特高壓長距離電力傳輸能力有所提高，以及傳輸質(zhì)量有所改善；利用線性最優(yōu)控制，水輪發(fā)電機也實現(xiàn)了最優(yōu)時間控制。但是，在面對強非線性的電力系統(tǒng)，存在打干擾的時候，最優(yōu)控制理論的控制效果不明顯了[8]。

2.5 集成智能控制理論應(yīng)用

集成智能系統(tǒng)的應(yīng)用，最大特點在于“集成”兩個字，因為電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得單一的智能控制技術(shù)不能很好地控制電力系統(tǒng)自動化，多種智能化技術(shù)相互結(jié)合，綜合運用能更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)。由幾種智能控制方法或機理融合在一起而構(gòu)成的智能控制系統(tǒng)稱為集成智能控制系統(tǒng)。如，模糊神經(jīng)(FNN)控制系統(tǒng)，將模糊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即把兩種智能方法融合在一起。另外，模糊理論與專家系統(tǒng)的綜合運用較為常見，相互協(xié)調(diào)的結(jié)果使最后的自動化控制更加科學(xué)有效。在之后的發(fā)展中，可以考慮其他幾種系統(tǒng)的綜合運用，更好地為電力系統(tǒng)控制提供服務(wù)[9]。

2.6 人工智能控制理論應(yīng)用

從廣義上說，各種智能控制方法研究的共同點，就是使工程控制系統(tǒng)具有某種“仿人”的智能，即研究人腦的微觀或宏觀的結(jié)構(gòu)功能，并把它移植到工程控制系統(tǒng)。K.S.Fu闡述智能控的研究背景時，首先提出的是人作為控制的系統(tǒng)。

人工智能控制所要研究的主要目標是控制器本身，即直接對人的控制經(jīng)驗、技巧和各種直覺推理邏輯進行測辨、概括和總結(jié)，使控制器的結(jié)構(gòu)和功能更好地從宏觀上模擬控制專家的功能行為，從而實現(xiàn)對缺乏精確數(shù)學(xué)模型的對象進行有效的控制。人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用(李云紅：人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究)

人工智能不太依賴于數(shù)學(xué)模型，最大的特點就是從大數(shù)據(jù)中自我深度學(xué)習(xí)，并對源域遷移學(xué)習(xí)，從而突破了解決復(fù)雜電力系統(tǒng)的瓶頸問題。隨著大量電力電子設(shè)備的接入，電網(wǎng)就是一個大數(shù)據(jù)，具備多類型，多體量，高維度等特點，對這些海量數(shù)據(jù)的處理，并挖掘大數(shù)據(jù)后面隱藏的機理，就必須需要人工智能的參與[10]。電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系如圖2所示。

圖2 電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能關(guān)聯(lián)(李云紅：人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究)

未來，智能電網(wǎng)是發(fā)展的必然，電力系統(tǒng)將會更復(fù)雜，其中“三高”：高比例新能源并網(wǎng)、高比例新負荷接入、高比例電力電子裝置，“三多” ：多種能源相結(jié)合、多種主體相結(jié)合、多種網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合)，核心是“智能”，人工智能飛速發(fā)展，為智能電網(wǎng)提供了重大機遇和強大的技術(shù)支撐?！爸悄茈娋W(wǎng)+”就是借助人工智能控制技術(shù)實現(xiàn)智能電網(wǎng)的升級，使電網(wǎng)具有更高級、更深層的人工智能，從而進一步提升電網(wǎng)運行的安全性、經(jīng)濟性、可持續(xù)性[11]。

3 結(jié)束語

智能控制技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，簡化流程、提高效率。在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的智能化技術(shù)，尤其是人工智能，為建立綜合能源系統(tǒng)，實現(xiàn)“智能電網(wǎng)+”，提供了強大動力支持。有些技術(shù)還存在不足，有待進一步研究和完善。