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        智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的運(yùn)用

        2024-01-26 21:05:39徐繼祥
        今日自動(dòng)化 2023年10期
        關(guān)鍵詞:模糊控制配電網(wǎng)調(diào)度

        徐繼祥

        (國能浙江能源銷售有限公司,浙江杭州 310000)

        現(xiàn)今,智能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。采用智能技術(shù),可提升電力系統(tǒng)控制能力,使系統(tǒng)整體得到優(yōu)化,滿足電力系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展需求。傳統(tǒng)的控制與優(yōu)化手段已無法滿足電力系統(tǒng)的發(fā)展需求,需在智能技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,使其自動(dòng)化水平不斷提升。如最早采用的PID 控制策略,其具有算法簡單、魯棒性高、可靠安全的特點(diǎn),目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用。隨著社會的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)中開始廣泛應(yīng)用智能控制手段,包括模糊控制、專家系統(tǒng)等,全面推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)。

        1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)及功能

        1.1 結(jié)構(gòu)

        在電力行業(yè)發(fā)展的過程中,電力系統(tǒng)自動(dòng)化是主要發(fā)展方向,包括發(fā)電控制自動(dòng)化、電力調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化等。從目前來看,發(fā)電控制自動(dòng)化已實(shí)現(xiàn),但還需進(jìn)一步優(yōu)化與完善;調(diào)度自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)在線潮流監(jiān)視,采用SCADA 系統(tǒng)及綜合程序,可對故障進(jìn)行模擬,滿足配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展需求,目前成為變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展熱點(diǎn),可采取無人值班的管理模式[1]。采用調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng),使調(diào)度員學(xué)習(xí)更加便捷;配電自動(dòng)化也已基本實(shí)現(xiàn),但水平有待提升。以配電網(wǎng)自動(dòng)化來說,系統(tǒng)構(gòu)成包括配電網(wǎng)自動(dòng)化主站系統(tǒng)、通道、子站、終端4個(gè)構(gòu)成層次。其中,主站為系統(tǒng)核心,子站為中間層,具有收集數(shù)據(jù)的功能,同時(shí)也可進(jìn)行區(qū)域監(jiān)控。

        電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平會直接影響電能生產(chǎn)、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)化管理等作業(yè)水平。電力系統(tǒng)廣泛分布在全國各地,構(gòu)成部分包括發(fā)電站、輸配電網(wǎng)、配電站等,具有龐大、復(fù)雜的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化包括調(diào)節(jié)、檢測、控制3方面,旨在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和元件自動(dòng)安全保護(hù)、信息自動(dòng)傳輸、生產(chǎn)自動(dòng)調(diào)度等。通過自動(dòng)化建設(shè),可保障供電的電能質(zhì)量,使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠,提升電力系統(tǒng)積極效益及管理效能[2]。

        電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸系統(tǒng)具有調(diào)度中心和發(fā)電廠、變電站實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)墓δ?,其包括遠(yuǎn)動(dòng)裝置及通道兩個(gè)構(gòu)成部分。通道形式較多,包括載波、高頻、聲頻等。遠(yuǎn)動(dòng)裝置根據(jù)功能可劃分為3個(gè)種類,即遙測、遙信和遙控。將變換場站模擬量輸送到調(diào)度中心的接收端中,然后顯示出來,這個(gè)過程就是遙測;將開關(guān)量輸送到接收端,并且顯示信息內(nèi)容,這個(gè)過程為遙信;將調(diào)度端的控制、調(diào)節(jié)信號輸送到場站接收端,并且控制調(diào)節(jié)對象,這個(gè)過程為遙控[3]。遠(yuǎn)動(dòng)裝置可根據(jù)組成方式進(jìn)行種類劃分,有布線邏輯式和存儲程序式兩種。前者采用硬件邏輯電路,配合固定接線技術(shù),滿足各類功能需求,后者采用計(jì)算機(jī)技術(shù)制作運(yùn)動(dòng)裝置。

        事故裝置也是電力系統(tǒng)自動(dòng)化重要的構(gòu)成部分,反事故自動(dòng)裝置可防止電力系統(tǒng)事故對系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行造成嚴(yán)重危害,該裝置通常分為兩類:①繼電保護(hù)裝置,具有防止系統(tǒng)故障損壞電氣設(shè)備的功能,可在母線、發(fā)電機(jī)、線路等電氣設(shè)備的保護(hù)中應(yīng)用,具體可分為方向保護(hù)、電流保護(hù)、高頻保護(hù)等多種類型;②系統(tǒng)安全保護(hù)裝置,用來保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行,避免系統(tǒng)振蕩、失步解列、電壓崩潰等事故問題的出現(xiàn)。系統(tǒng)安全保護(hù)裝置可根據(jù)功能進(jìn)行劃分,包括備用設(shè)備的自動(dòng)投入、控制受電端功率缺額、控制送電端功率過剩、控制系統(tǒng)振蕩失步。

        1.2 功能

        根據(jù)電能生產(chǎn)與分配過程,自動(dòng)化可分為電網(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)信息自動(dòng)傳輸、供電系統(tǒng)、電力工業(yè)管理系統(tǒng)等多個(gè)類型,同時(shí)構(gòu)成分層級的自動(dòng)化系統(tǒng)。其中,最低層為區(qū)域調(diào)度中心、變電站和電廠;中間層為省市調(diào)度中心、樞紐變電站、直屬電廠;最高層為總調(diào)度中心[4]。每個(gè)層次都采用多級控制的方式,包括電廠、配電網(wǎng)等。

        以配電網(wǎng)自動(dòng)化來說,其具有數(shù)據(jù)搜集與監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、電壓調(diào)控、工作調(diào)控、規(guī)劃運(yùn)行等功能。如運(yùn)用通訊手段對配電網(wǎng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與監(jiān)控,包括電流、電壓等,然后分析系統(tǒng)是否發(fā)生故障,并且進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警和處理;對于架空線路來說,如果發(fā)生短路故障,配電自動(dòng)化系統(tǒng)可自動(dòng)識別和隔離故障區(qū)域,避免其他區(qū)域被故障干擾和影響。針對電纜線路故障,不僅可進(jìn)行識別,也可轉(zhuǎn)移負(fù)荷,同時(shí)連接供電網(wǎng)絡(luò),具有遠(yuǎn)程調(diào)控故障線路的功能;配電網(wǎng)系統(tǒng)較復(fù)雜,所以很難收集系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù),難以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無功功率優(yōu)化調(diào)控[5]。所以,在實(shí)際運(yùn)行時(shí),可基于投切電容器管理實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)控;配電網(wǎng)具有元件數(shù)量與種類繁多的特點(diǎn),難以進(jìn)行人工調(diào)節(jié),所以采用GIS 技術(shù)構(gòu)建而成的圖資地理信息系統(tǒng),可將數(shù)據(jù)和接線采用圖形的方式呈現(xiàn),以此應(yīng)對各類突發(fā)情況;可收集配電網(wǎng)區(qū)域某個(gè)時(shí)間段的信息,綜合分析配電網(wǎng)運(yùn)行情況,提出規(guī)劃建議,實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化,為配電網(wǎng)改造奠定基礎(chǔ)。

        2 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中應(yīng)用的意義

        2.1 提升監(jiān)控水平

        在電力系統(tǒng)監(jiān)控方面,智能技術(shù)發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)監(jiān)控采用人工操作的方式,不僅效率低下且易產(chǎn)生誤差。在智能技術(shù)應(yīng)用后,可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測電力系統(tǒng),自動(dòng)化水平大幅提升,減少人力成本的投入,同時(shí)使監(jiān)測更加精準(zhǔn)[6]。利用傳感器、檢測設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),可實(shí)時(shí)獲取電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù),掌握電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),精確控制電流、電壓、負(fù)荷等,不僅可提升系統(tǒng)運(yùn)行效率,也能預(yù)防安全事故,使供電更加穩(wěn)定。

        2.2 滿足節(jié)能需求

        在電力系統(tǒng)建設(shè)過程中,為提升系統(tǒng)節(jié)能效果,需充分發(fā)揮智能技術(shù)的優(yōu)勢作用。傳統(tǒng)電力管理效率較低,存在較嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題,造成系統(tǒng)運(yùn)行成本較高。在智能技術(shù)應(yīng)用下,可對系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制與調(diào)配,精準(zhǔn)預(yù)測負(fù)荷,使電力調(diào)度更加合理,提升資源分配與利用率,保障供需平衡的同時(shí),使資源利用效率提升。如此不僅可實(shí)現(xiàn)智能維護(hù),及時(shí)解決潛在隱患,還可減少資源浪費(fèi)的問題。

        3 智能技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的運(yùn)用

        3.1 模糊控制

        模糊控制具有簡單、便捷的特點(diǎn),在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)對直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)高精度控制,采用全閉環(huán)系統(tǒng)控制策略,在速度環(huán)控制中,由于電機(jī)直接受到負(fù)載作用的影響產(chǎn)生擾動(dòng),單純采用PID 控制,難以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的目標(biāo)。模糊控制廣泛適用在各種系統(tǒng)中,對時(shí)變負(fù)載具有魯棒性,直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)對響應(yīng)速度有一定要求,需在短時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),所以可在速度環(huán)設(shè)計(jì)PID 模糊控制器,以此控制電機(jī)速度[7]。

        總的來看,模糊控制將模型建立作為基礎(chǔ),在電熱爐、電風(fēng)扇等電器中都可應(yīng)用模糊控制理論。以互聯(lián)電力系統(tǒng)的混合智能控制為例,其可采用模糊自調(diào)整PI 控制模式。自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)具有變量較多、非線性、不確定性等特點(diǎn),為實(shí)現(xiàn)智能化控制,通常將調(diào)整控制經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù),將其輸入到系統(tǒng)中后,系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)施自動(dòng)控制,對PI 參數(shù)自動(dòng)調(diào)整,即生成智能PI 控制器。傳統(tǒng)PI 控制可與專家系統(tǒng)結(jié)合,生成智能PI 控制器,有效提升控制效果[8]。

        在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,由于需輸入輸出各種信號變量,無法使用定量表示各個(gè)評價(jià)指標(biāo),數(shù)據(jù)具有可變性、不規(guī)律的特點(diǎn),所以采用智能機(jī)器對人腦思維進(jìn)行模仿,即運(yùn)用模糊控制理論解決問題。在該策略應(yīng)用過程中,PI 控制器參數(shù)初始值設(shè)定是非常重要的環(huán)節(jié),利用模糊推理系統(tǒng)完成。在模糊自調(diào)整PI 控制器中,GA、PSO 等進(jìn)化算法可實(shí)現(xiàn)參數(shù)初始值優(yōu)化,同時(shí)也可優(yōu)化控制規(guī)則,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整,提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行水平。

        3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

        神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也可有效提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平,可有效管控電力系統(tǒng),提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。采用該系統(tǒng),可構(gòu)建非線性模型,有效解決數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)問題,滿足精準(zhǔn)預(yù)報(bào)短期系統(tǒng)負(fù)荷的需求。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)定性,獲取詳細(xì)的狀態(tài)數(shù)據(jù),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與檢驗(yàn),提煉有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息,為故障檢驗(yàn)提供更多依據(jù),保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)確。在繼電保護(hù)中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也發(fā)揮著重要作用,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng),準(zhǔn)確組合與模擬各種參數(shù),形成穩(wěn)定的保護(hù)體系,可提升故障識別與診斷能力,及時(shí)排除系統(tǒng)中的故障問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可判斷電力系統(tǒng)設(shè)備是否發(fā)生故障,根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出跳閘命令,自動(dòng)且迅速地將故障設(shè)備在電力系統(tǒng)中隔離[9]。

        神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有魯棒性、容錯(cuò)能力、自適應(yīng)能力等性能,在繼電保護(hù)中可充分發(fā)揮作用,有效提升繼電保護(hù)效果。例如,采用雙隱層改進(jìn)BP 網(wǎng)絡(luò),以此為基礎(chǔ)提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)距離保護(hù)繼電器的算法,通過仿真試驗(yàn),對單相接地故障進(jìn)行自動(dòng)診斷,具有較好的保護(hù)性能,可準(zhǔn)確識別樣本。在輸電系統(tǒng)中,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可降低損耗,使電流輸送更加穩(wěn)定,有效提升電能利用效率。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也可預(yù)測電力系統(tǒng)負(fù)荷,由于短期負(fù)荷預(yù)測較重要,所以相關(guān)研究較多。例如,將BP 網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ),采取自適應(yīng)負(fù)荷預(yù)測手段,解決負(fù)荷數(shù)據(jù)非平衡性問題,有效提升預(yù)測精度。

        3.3 專家系統(tǒng)

        專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也較廣泛,可辨識電力系統(tǒng)的警告或緊急狀態(tài),然后提供相應(yīng)的處理方案,使系統(tǒng)恢復(fù)控制。專家系統(tǒng)就是運(yùn)用知識進(jìn)行判斷和分析,列出各項(xiàng)分析結(jié)論,使更多人可利用少數(shù)專家的知識,提出更加科學(xué)合理的建議,使判斷更加準(zhǔn)確[10]。利用專家系統(tǒng)既可判斷嚴(yán)密的數(shù)值化信息,也可判斷定性信息、模糊信息。其能夠顯示導(dǎo)出結(jié)論的根據(jù),準(zhǔn)確辨識存在疑點(diǎn)的結(jié)論,并且對錯(cuò)誤知識進(jìn)行修正,然后重新推理。在電力系統(tǒng)中,運(yùn)用專家系統(tǒng)可提升操作水平及管理人員素質(zhì)。根據(jù)任務(wù)性質(zhì)進(jìn)行劃分,專家系統(tǒng)包括規(guī)劃型、診斷型、監(jiān)測型、教育型等多種類型。專家系統(tǒng)包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)等構(gòu)成部分,其中,知識庫用于貯存專家知識和經(jīng)驗(yàn),對系統(tǒng)性能好壞有直接影響。所以,須構(gòu)建良好的知識庫,通過領(lǐng)域?qū)<耀@取豐富的知識,然后采用恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)形式。

        在電壓與無功功率控制中,可采用專家系統(tǒng),基于常規(guī)算法進(jìn)行控制,結(jié)合運(yùn)行人員知識,有效提升控制效果。由于電壓和無功功率較復(fù)雜,同時(shí)具有非線性的特點(diǎn),所以需進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算,單純依靠啟發(fā)式知識難以滿足需求,所以將專家經(jīng)驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算程序作為基礎(chǔ),開發(fā)混合式專家系統(tǒng)。在電網(wǎng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)安全分析中,也可采用專家系統(tǒng),針對預(yù)想事故選擇、評估與安全指標(biāo)計(jì)算問題進(jìn)行處理。在選擇方面,需對系統(tǒng)歷史、結(jié)構(gòu)等要素進(jìn)行分析,掌握各項(xiàng)知識內(nèi)容,這些知識普遍具有啟發(fā)式特征,難以使用常規(guī)算法描述,所以將知識方法作為基礎(chǔ),結(jié)合調(diào)度員運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)算法,使安全分析問題得到有效解決,提升系統(tǒng)管理水平。具體來說,可在發(fā)電廠中運(yùn)用專家系統(tǒng),其具有在線監(jiān)測系統(tǒng)工程執(zhí)行數(shù)據(jù)庫采集、CRT 顯示、數(shù)據(jù)處理、越限報(bào)警等功能,同時(shí)也可對各個(gè)設(shè)備進(jìn)行在線診斷,指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行,包括起停指導(dǎo)、磨損預(yù)報(bào)、壽命預(yù)報(bào)等。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,在電力系統(tǒng)自動(dòng)化建設(shè)過程中,為進(jìn)一步提升系統(tǒng)自動(dòng)化水平,可采用智能技術(shù)。智能技術(shù)不僅可提升電力系統(tǒng)的監(jiān)控水平,也能滿足節(jié)能需求,使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。通??刹捎媚:刂啤⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等智能技術(shù),主要在系統(tǒng)監(jiān)測、故障分析、電力調(diào)度等自動(dòng)化管理方面應(yīng)用,可有效提升系統(tǒng)自動(dòng)化管理水平,保障監(jiān)測與分析的準(zhǔn)確性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患,并實(shí)現(xiàn)智能化處理,避免故障影響系統(tǒng)運(yùn)行。

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