基于人工智能的电厂电气自动化系统的实现与应用

摘要：本文主要分析了基于人工智能的电厂电气自动化系统的实现与应用，希望能起到抛砖引玉的作用。

关键词：人工智能；自动化；电气

电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制等领域的一门学科。由于电气设备从设计、生产到运行、控制，每个环节都是一个复杂的过程，传统的方法有时很难适应。国内外的电气科技工作者将人工智能技术引入到电厂电气自动化系统中，并取得了突破性进展，已经广泛应用电力领域中。

一、人工智能理论分析

人工智能(Artificial Intelligence)。英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能研究的一个主要目标就是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

编程是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等关键一环。实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。

二、人工智能控制器的优势

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但AI控制器例如：神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这些AI函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势：

（1）它们的设计不需要控制对象的模型(在很多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往存在不确实性因素)。

（2）通过适当调整(根据响应时间、下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。

（3）它们比古典控制器的调节容易。

（4）在没有必须专家知识时，通过响应数据也能设计它们。

（5）运用语言和响应信息可能设计它们。

（6）它们有相当好的一致性(当使用一些新的未知输入数据就能得到好的计)，与驱动器的特性无关。

三、人工智能的应用现状

随着人工智能技术的发展，相关科研人员就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作，如将人工智能用于电气产品优化设计、故障预测及诊断、控制与保护等领域。

（1）优化设计

电气设备的设计是一项复杂的工作，它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。电气产品人工智能优化设计大部分采用遗传算法或其改进方法。

（2）故障诊断

电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性，用人工智能方法恰好能发挥其优势。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析，从而判断变压器的故障程度。人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。

（3）智能控制

人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开，但在电气设备控制领域运用不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。

四、人工智能调节器在电厂电气自动化系统改造中的应用

（1）整体概况

假设安装5台发电机，其中#1、2、3、5 机为12MW机组，#4机容量为15MW。有六台主变压器和一台高压备用变压器，其出线电压有三种电压等级：10kV母线东西两段、35kV母线南北两段和110kV母线一段，均可通过联络变压器和母联开关互联。发电机出线电压为6kV，高压厂用电经电抗器取自发电机端，5台机电气部分在主控制室控制，各台机分设汽机和锅炉控制室，通过指挥信号及电话联络。

#1机组设备现状：

#1发电机出线经王1断路器同期并入6kVI段，可选择两种运行方式接入系统：经#5主变接入10kV母线，或经#1主变接入35kV系统。发电机励磁系统采用直流励磁机加磁场变阻器的他励励磁方式，手动调节，继电强励，设计有KFD-3型自动励磁调节器，长期不用。同期并网有手动和自动两种，有ZZQ-5自动准同期装置。发变组保护采用电磁型保护继电器。

（2）系统解决方案

整个系统终期规模包括电厂全厂电气系统：添加AI―808人工智能调节器，110kV、35kV、10kV 线路；5套发电机变压器组，以及与各发变组单元配套的6kV厂用电系统、励磁系统等。整个系统间隔层装置超过120个，本期工程包括1#发电机；1B、5B(联络变)两台主变压器，1#机厂用电系统，间隔层共计30个装置，通过光纤自愈环网联网实现人工智能化的管理。

本次#1机电气自动化系统改造涉及的电气设备：

主变#5B高低压侧断路器王105、王605及隔离开关王105东、王605甲、王605母。

主变#1B高低压侧断路器王351、王601及隔离开关王351北、王351南、王601甲、王601母。

发电机出口断路器王 1，及隔离开关王 1 甲、王 1 母。

厂用电抗器高低压侧断路器厂 611、厂612 及隔离开关厂611母、厂611甲。

发电机端 PT王1，王1。

6kV I段 PT王600表及隔离开关王600

6kV厂用工作段备用进线开关厂610及母线PT。

低压工作变41B、45B及40B的进线开关厂61、厂65、厂60。

低压380V工作四段工作进线开关厂411、厂451，备用进线开关厂410、厂405以及母线PT。

6kV 厂用电的备自投和380V厂用电的备自投。

厂用高压辅机#1排粉、#1给粉、#1磨煤和#2给水。

10kV 线路王11、王13、王14、王17、王18 间隔所有开关及隔离开关。

10kV母线PT、母联开关王502及隔离开关。

（3）改造后实现的功能

数据采集与处理：对所有开关量、模拟量的实时采集，并能按要求处理或存贮。

画面显示：模拟画面真实显示一次设备和系统的运行状态，可实时显示电流、电压等所有模拟量、计算量、隔离开关、断路器等实际开关状态及挂牌检修功能，能生成历史趋势图。

运行监视：具有对各主要设备的模拟量数值、开关量状态的实时智能监视，有事故报警、越限和状态变化事件报警，事件顺序记录、声光、语音、电话图象报警。

操作控制：通过键盘或鼠标实现对断路器及电动隔离开关的控制，励磁电流的调整。按顺控程序进行同期并网带负荷或停机操作。系统对运行人员的操作权限加以限制，以适应各级运行值班管理。

故障录波：模拟量故障录波，波形捕捉，开关量变位，顺序记录等（包括主要辅机）。

在线分析：不对称运行分析、负序量计算等。

在线参数设定及修改：保护定值包括软压板的投退。

运行管理：操作票专家系统，运行日志，报表的生成及存储或打印，运行曲线等。