人工智能在电气自动化控制中的应用分析

湖南电科院检测集团有限公司 李 斌

随着我国电力系统的发展，电气自动化控制技术得到了广泛应用，其主要是通过各种电气自动化仪表、自控技术、设备的应用，实现电力系统的自动化运行与管理。目前，基于信息技术、网络技术、专家系统、智能技术的不断进步，人工智能发展较快，且在电气自动化控制领域得到了广泛应用，在其可模拟人类思维，具有学习能力，可精准进行故障诊断与分析，在提高电力系统自动化运行效率、安全性方面发挥着重要作用。本文围绕人工智能在电气自动化控制中的应用展开具体分析。

人工智能技术原理与发展情况

(一)人工智能技术原理

人工智能简称为AI（Artificial Intelligence），其作为一门学科，在1856年问世。人工智能涉及领域众多，包括计算机科学、控制论、信息学、神经心理学、哲学、语言学等，属于综合性边缘学科。目前，针对人工智能尚未有一个统一的表述，且不同学科对人工智能的理解、认知有所差异。从广义上来看，人工智能技术是关于人造物的智能行为，包括知觉、学习、推理、交流以及复杂环境中的行为；从工程学的角度出发，人工智能技术主要是指借助人工使机器具备与人类智慧相关的功能，如：判断、推理、证明、感知、理解、思考、识别、规划、设计、学习以及问题求解等，可以将其理解为人类智慧在机器上的实现。

目前，人工智能技术主要可分为两大类。一类是弱人工智能技术，主要是赋予机器某种既定的、事先设定的程序指令，只对特定外界刺激作出反应，无法自主改变。因此弱人工智能技术所表现的智能与行为可被人类控制，且不会对人类产生威胁，但是其无法如同人类一般通过自我学习提高智能性。另一类是强人工智能技术，其可因外界环境的变化与刺激产生自我意识，且可对此类变化与刺激进行分析、推理与判断。强智能技术包括类人与非类人的两种，前者机器拥有与人类类似的推理能力与思维方式；后者机器拥有自己的推理能力与思维方式。因此，强智能技术可按预先设定指令运行，或是根据环境需要运行，可主动完成任务，不完全依照实现设定的程序运行。

(二)人工智能技术发展情况

人工智能技术的诞生可追溯至20世纪50年代，发展至今其已经成为了最前沿、最热门的高新技术之一。

1956年，达特码斯大学正式以“人工智能”的名义召开了学习讨论会，此次讨论会长达两个月，由此标志“人工智能”作为一门新学科出现。在过去的半个世纪里，人工智能技术的发展较为顺利，其发展阶段可大致划分如下：1956年前——孕育时期；1956～1970年——形成时期；1966～1974年——暗淡时期；1970～1988年——知识应用时期；1986年至今——集成发展时期。尤其是20世纪80年代以来，随着机器学习、计算智能、人工神经网络、行为主义等领域研究的不断深入，人工智能技术的发展越加成熟，且开始得到推广应用，并进一步渗透到其他学科领域。

我国在人工智能领域方面的研究起步较晚，直至1978年，人工智能技术被纳入国家计划研究，由此时期开始，我国逐渐重视人工智能技术。1989年，我国第一次召开了中国人工智能控制联合会议，并于1993年将智能控制、智能自动化等项目纳入国家科技攀登计划。基于国家政策与资金的大力支持，我国在人工智能领域方面的研究不断深入，且在持续缩短与国际水平的差异，目前我国在人工智能技术方面已经取得了不少领先国际的创造性成果。从实际应用领域来看，人工智能技术已经在不同行业实现了推广应用，且为我国现代化建设作出了巨大贡献。本文从电气自动化控制领域出发展开分析，详细探讨了人工智能的应用情况。

人工智能在电气自动化控制中的应用优势

电气自动化控制技术，主要是通过各种工具与系统获取信息，并对各种信息进行处理与决策，并将此运用于日常生产活动中，由此可全面提高实际生产运行效率与可靠性[4]。对于电气自动化控制而言，其最重要的功能就是控制，而控制的前提是数据分析，借助人工智能可有效提高数据分析能力，保证决策的精确性与可靠性，提高控制效率与效果。人工智能在电气自动化控制中的应用优势具体可归纳为如下几点。

(一)有效减小外界干扰

根据电气自动化控制系统运行情况显示，一般主要采取构建自动化模型的方式，其受到的干扰较为强烈，参数的变化、数值的计算均会对控制结果产生影响。基于此种运行模式下，大幅增加了电气自动化控制难度，通过人工智能技术的应用则无需顾虑动态模型计算的准确性，在构建自动化模型时无需苛刻的运行环境，有利于提高电气自动化控制水平。

(二)实现高效的参数调节

在电气自动化控制领域中，通过人工智能技术的应用有利于简化电气控制，其操作性更强，且适应能力也要强于传统的控制器。此外，人工智能在电气自动化控制中的应用，需在语言、响应信息方面重新设计模型参数，由此参数调节更为高效、便捷。

(三)具有强大的适应性

基于传统电气自动化控制系统下，每一种控制往往都是应对某一个特定对象，实际控制效果较好，但是灵活性较差，一旦更换控制对象，往往无法获得理想的控制效果。对此，通过人工智能技术的应用，可有效提高电气自动化控制的适应性，无论是特定数据、还是随机选择的数据，只要输入自动化控制系统内即可获得相同的控制效果，自动化控制性能更加优越。

人工智能在电气自动化控制中的应用要点

人工智能在电气自动化控制中的应用主要可归纳如下五个方面：电气设备、电气控制、电力系统、故障诊断以及日常操作，下文就此展开详细分析。

(一)电气设备方面

电气设备设计过程是一个十分复杂的工作，其不仅体现在涉及学科众多方面，如：电路、电机、电磁场等，还体现在其需要大量的经验知识。传统设计方法主要是基于经验不断实验，但是此种方法耗时耗力，且很难获得最优设计方案。通过人工智能技术的应用，可实现计算机辅助设计，将员工经验与计算机技术结合共同完成电气设备的设计工作，有效缩短电气产品开发周期，提高产品质量与使用效率[5]。同时，人工智能技术可应用于电气设备运行中，其可代替人脑实现电气设备自动化运行，不仅减小了操作人员工作压力，也有利于提高电气设备工作效率与准确度。

(二)电气控制方面

在电气自动化运行中，电气控制是关键内容，只有严格按照要求控制每个运行环节，方可保证运行结果的可靠性。通过人工智能技术的应用，可有效提高电气自动化控制能力，并提高工作运行效率，其可简单的理解为利用事先设定的程序进行实时控制，目前常用的技术包括专家系统、神经网络及模糊控制等[6]。以模糊控制为例，其主要是以模糊语言变量、推理为基础，以专家经验为原则，基于被控制对象的模糊模型，使用模糊控制器实现电气自动化控制。

(三)故障诊断方面

电气设备运行期间一旦发生故障，必然出现一些征兆，且不同征兆对应不同故障，因此此类征兆具有多样性、不确定性以及非线性特征。对此，基于人工智能技术的应用，可通过各种征兆分析，快速、精确判断故障原因，并进行隔离与修复，及时恢复电气设备正常运行。

电气设备故障诊断中，主要采用的是人工智能中逻辑模糊“神经网络”专家系统，以变压器为例，可通过变压器油中溶解气体分析，判断故障类型、程度，并提出处理建议，为系统正常运行提供可靠保障[7]。此外，智能巡检机器人系统也是一大重要发展方向，其可提供视觉检测、红外测温、远程控制、智能分析、缺陷管理、仪表读数、闸刀和开关状态判别、微气象数据采集分析及自主充电等功能。此系统主要可分为变电站巡检机器人（移动站系统）、后台系统（基站系统）两大部分，后台系统由运维人员使用，可控制变电站巡检机器人，发出命令，并展示与分析设备巡检数据等。对此，必须保证后台系统安全稳定运行，完善相关测试工作，尤其是要落实长时间、大规模、连续性、极限性测试，从而保证智能巡检机器人系统能够取得良好的使用效果。

(四)电力系统方面

人工智能技术在电力系统中的运用，常用的是神经网络、专家系统及模糊集理论，尤其是专家系统最为普遍。专家系统融合了诸多专家知识、判断经验在人工智能系统内，一旦在电力系统运行时遭遇相关问题，可及时调动存储的知识与经验进行问题判断与处理[8]。此系统要求定期更新数据内存，及时补充新问题、新方法，保证程序运行的可靠性。

(五)日常操作方面

与人工操作相比，人工智能技术的应用可将繁琐的操作简单化，且可提高操作效率、精准度。在电气自动化控制中，对人工操作的要求十分严格，一旦操作失误将导致严重后果，引发重大故障，经济损失巨大。基于人工智能技术的应用，有利于简化操作界面，实现远程控制，提高电力系统运行效率与安全性。

人工智能在电气自动化控制中的案例分析

(一)项目背景

某电厂配置5台发电机、6台主变压器、1台高压备用变压器，出线包括1段110kV 母线、东西2段10kV 母线、南北2段35kV 母线，可通过联络变压器、母线开关连接。发电机端为高压厂用电，使用电抗器取电；变压器主控室内设置电气设备，2台一组设置在锅炉、汽机两侧，使用通信信号联系。

(二)人工智能技术应用

本项目终期规模包括电厂全厂电气系统，配置人工智能调节器，具体功能配置如下：取消原本控制屏、保护屏，采用微机控制与保护装置；对保护控制屏自投设备、电抗器保护进行更新，采用电抗器微机保护与自投装置、测控装置，实现直流、温度与指挥信号控制；开关柜中安装微机保护测控装置，设置厂用电度表，收集各个单元与电能信息。

基于人工智能技术在电气设备自动化控制中的应用，具体表现如下：

设置十八面微机保护测控屏、计算机工作站，基于先进网络技术实现资源共享、双向通信；基于电气运行人员操作习惯，设置软手操作，减少误操作，提高自动化运行水平；基于人工智能技术实现全部模拟量、开关量的实时收集，根据实际需求存储与处理，且可直观展现系统、一次设备运行状态；基于人工智能技术对主要设备的开关量状态、模拟量数值进行实时监控，并提供报警功能，利用计算机可远程控制电动隔离、断路器开关，调整励磁电流，根据顺控程序实现同期并网带负荷及停机操作；电气自动化控制系统内设置操作权限，满足运行值班管理需求。

综上所述，自动化控制是电气工程领域的一大进步，人工智能技术的运用更是实现了电气自动化控制水平的全面提升。基于电气工程实际发展中，因根据实际需求与既有系统运行情况，合理选择人工智能技术，增强系统数据采集、分析与处理能力，全面提高自动化控制效率与水平。