智能化电气设计在配电工程中的应用分析

侯博文

0 引言

自智能化融入现代社会发展以来，已被应用进各行各业。其中电力行业作为国民生活必需能源，向着智能化方向发展是亟待解决的问题。智能技术的推广和应用已经成为未来电气工业发展的必然方向，但各种智能控制必须建立在智能电气线路的基础上。在实际应用中，必须严格设计，使智能电气设计渗透到配电工程的各个环节，保证人、物力的合理配置，降低施工成本，从而提高整个配电工程的效率。

1 智能化电气设计在配电工程中的应用意义

1.1 方便控制

智能技术可以影响时间的控制和调节，调节系统的控制水平，从而大大提高自身的工作性能。此外，在电气设备设计过程中，智能科技通常只需更改有关数据，而不需要专业技术人员。从某种程度来讲，通过远程方式也可以实现自动化控制，因此，智能技术在电气调节控制系统的应用过程中具有很大的优势。

1.2 改善流程

智能工程借助计算机技术实现系统的无主控制，智能技术在配电工作自动化中的应用可以不断优化工作流程，保证工作结果的质量。传统配电系统运行时，需要依靠人工处理繁琐的操作程序，许多人为行为是无法控制的。在操作过程中，很容易因疏忽或其他客观原因而出错，导致整个系统出现故障甚至瘫痪。应用智能技术后，可通过分解变压器漏油蒸汽得到近似的故障范围，然后结合其他因素和方法确定故障原因和部位。智能技术在配电工作自动化中的应用，简化系统运行过程，节约成本，提高系统运行效率。由于减少人为干预的次数，电气系统更有效地发挥作用[1]。

1.3 提升性能

采用智能技术的配电工程自动化项目，可以大幅提高自身的应用性能，因为采用这种智能技术的配电工程可以对自身的运行状态进行实时控制，特别是时间控制，更严格、更准确，从而大大减少运行过程中的故障，提高运行性能。

2 智能化电气设计在配电工程中的应用要点

2.1 工程概况

某10kV 工程配电所占地15m×7m（平面结构如图1 所示），通过配电站室内布置紧凑合理，在3m×2.6m 入口处安装3m2独立控制室，实现配电控制系统的信息集成，使系统能够协作通信，自动记录各模块数据，分析设备运行状况，使维修人员充分掌握配电室设备运行环境，及时发现安全隐患。

图1 某配电站平面结构示意图

2.2 智能设计应用要点

智能设计借助现代信息技术、计算机模拟人类思维活动，提高计算机智能化水平，使计算机在设计过程中能够更有效地完成复杂任务，成为设计师的重要辅助工具。智能设计的出现可以追溯到专家系统技术的最初应用，发展过程与CAD 息息相关，因CAD 在整个发展过程中，不同阶段由不同人员负责开发，传统的CAD 系统只能进行计算工作，智能设计由人力资源专家进行。在ICAD 阶段，ICAD 系统将专家系统等人工智能技术与设计、有限元分析和计算机绘图等各种数字计算技术的优化相结合，能够在决策、设计以及应用等环节实现计算机的有效应用，利用计算机实现特征分析、图形设计，从根本上提高智能化电气设计的效率与效果[2]。

2.3 照明系统应用要点

照明系统控制是配电工程中的常见设备，包括室外灯、工作灯、住宅照明灯等。在整个项目中，根据照明系统的应用要求，需要选择接口输出路径。为保证路径传输有序，可以根据实际能耗挑选适宜灯具，并使用智能照明系统针对灯具进行控制，主要控制设施包括：室外照明、住宅照明等。根据智能化设计的形式，用串行接口灯和输入输出线进行处理，可以实现信息的合理传输。根据不同算法和要求，满足智能指标和系统类型的要求，利用智能系统实现夜间照明，合理调节不同季节的照明。

2.4 故障诊断应用要点

配电系统运行过程中，难免会出现一些设备故障。借助智能技术，可以对其进行全面准确的诊断。例如，变压器作为电气设备中的重要设备之一，需要检查人员及时检测和维修，通过智能技术的应用可以成功解决这个问题。利用智能技术，可以及时发现和诊断电气设备故障，在此过程中，一般对变压器中产生的油分解气体进行检测分析，从而在很大程度上快速确定变压器故障原因，进而进一步明确故障原因，最后找到故障的具体位置和原因，为维修提供重要依据。因此，智能技术在配电工作中的应用有利于加快故障诊断和维护[3]。

2.5 监控系统应用要点

监控系统是配电工程中的重要组成部分，目前，较为常见的监控系统为定期检查制度，造成人力物力的浪费，无法实时监控系统的状况和安全。配电室稳定可靠的环境对变压器和其他设备的正常运行至关重要，对此，应根据配电室的实际情况和变电站、配电室多年的运行经验，通过集成应用技术，设计开发以智能控制为核心的配电室综合监控系统，实施状态控制和智能环境控制，完成视频数据、环境数据、安全数据等的采集和监控（如图2 所示）。

图2 监控系统结构示意图

该系统控制智能开关柜的运行、高压开关的电压指示、电流和电压负荷的运动控制、母线温度控制、电缆温度控制、环境监测、有害气体控制、安全控制、供暖和通风，禁止照明、风扇、空调控制等。实施所有电气环境数据监控和设备管理，优化能源环境，避免配电设备运行出现故障，确保维护人员安全，延长设备使用寿命，降低粗放空间管理的过高成本，并提供分布环境的分布式远程控制。

2.6 自动控制应用要点

智能自动化技术在配电工作中的应用逐渐普及，其中最常见的是神经控制网络技术，它具有分析计算和自学习功能，可以优化配电系统设备的控制和调节。这项技术具有更有效的自我控制功能和较高的数据处理水平，可优化系统内的资源利用。例如，配电工程中的空调系统在应用智能控制方法后，可以改变空调系统中传统的供暖方式，用原有的控制方法代替PID 系统，使整个空调系统即使在复杂的控制环境下也能实现自动化模拟和自我调节。在空调系统运行过程中，通过智能控制技术可以自动检测实际温度和湿度，并根据智能温度和湿度控制的要求，调整空调系统的冷源和风量。因此，系统可以防止拥塞，满足用户的需求。一般来说，智能控制技术在配电工程中的应用可以根据外部环境的变化对系统进行改进，调节设备运行状态。与手动控制方法不同，该方法在数据处理精度和操作方便等方面具有较大优势。智能控制技术的应用可以适应各种复杂的系统运行条件，大大提高系统设备的运行效率和电气设备的性能[4]。

3 智能化电气设计在配电工程中的应用事项

3.1 神经网络应用事项

人工神经网络在配电技术中的应用可以转化为多层前向神经网络，它可以反转误差信号，将直接信号准确地传输到网络计算中，还可以计算输出。反向传播主要用于传输误差记录，从而通过优化故障诊断在配电工程中的应用，及时改变BP 网络的权重连接和阈值连接。同时，在技术网络上建立实验电气平台，主要是优化电气测试系统，可集中实际配置测试平台安装相关工作，方便电气测试。

在配电设施设计中对自动控制系统的配电起到很好的作用，在配电系统中取得一定的成功，防止电力滥用，有效控制配电系统中各种问题的诊断、结果，及时输出正常的网络信息。在输入层面，人工神经网络还可以根据测试平台对各种故障信号对象进行监控，有效地对可能出现的奇异数据进行采样处理，建立低压分布系统进行检测采样，包括70%的教学样本和40%的测试样本。利用现有的测试数据可以模拟系统故障和训练特性，快速获得人工神经网络控制的训练效果，提高训练精度。因此，人工神经网络可以保证配电工程自动控制系统的稳定发展，在系统故障预测中起着重要作用，具有强大的故障数据建模能力。如果在配电过程中收集到大量低压配电系统的历史数据，利用人工神经网络进行精确预测，加上收集到的多级测试数据，可在配电过程针对故障展开精准预测，因此，人工神经网络技术在电力建设中的应用势在必行，对实现高精度的故障预测具有重要作用。

3.2 遗传算法应用事项

遗传算法作为一种模仿自然界优越性和生物成因规律的程序，需要按照类似于“染色体”的顺序对每个候选进行编程，其中相应的编码被称为“基因组”。然后用适应函数对“染色体”进行测试，得到最优解，遗传算法广泛应用于复杂问题的综合计算和优化。遗传算法在配电工作的自动控制中得到广泛应用，主要是通过选择电信号的最佳采样频率、不合理的电力系统优化、输电系统中电容器的最优控制及其匹配[5]。

3.3 专家系统应用事项

在配电工程中，专家控制系统应用广泛，技术应用很多，以电力系统规划为例，引入专家系统的有关技术。电力调度系统是配电工程所需的重要技术分支，不但可应付现时电力供应系统发展的需要，亦可在工程范围内控制电力供应系统的扩展。这一领域涉及广泛而复杂的技术层面。例如，专家管理系统在城市电网规划和输电网供电中的应用可以成功地满足配电工程管理自动化的需要。该系统实现电网自动化调度所提供的多目标控制功能，实现电网调度的矛盾控制，控制复杂系统。可详细设计配电设施建设的方案和选址，并对地方供热、水电、核电合作进行全面分析。同时，对配电工程师的模拟培训发挥重要作用，使其能够在施工前对所有技术方案进行模拟培训，预测配电设施施工中的技术问题，提高工程的整体质量和效率，避免施工过程因个人原因对配电工程造成的不良影响。

3.4 PLC 技术应用事项

随着我国科学技术的发展，PLC 技术发展迅速，在机电控制中发挥着越来越重要的作用。因此，可以利用PLC 技术满足电力工程的需求，提高发电的协调性，从而实现电力工程的有效管理和自动化。软PLC 继电器在一定程度上取代物理元件在配电系统中的应用，PLC 技术实现供电系统的自动切换，提高供电系统的安全性和实用性。因此，有关部门应不断扩大PLC 技术在配电设施建设领域的应用范围，有效控制配电服务的运行。

3.5 模糊控制应用事项

所谓模糊控制的理论基础为：逻辑模糊、形式模糊以及语言模糊，主要通过计算机实现精准控制，在闭环结构的数字控制器中模糊控制器属于核心。因此，它具有很高的转换阻力。模糊理论在海流计算、系统规划和模糊控制中得到广泛的应用。模糊逻辑不仅可以完成数学近似计算，还可以产生负荷变化和发电等不确定因素的依赖函数，对电气自动化控制的发展具有重要意义。

4 结论

如今智能电气设计在配电工程中已非常普遍，其可以有效实现提高电力系统发展。因此，在智能技术的不断推广和应用的当下，智能电气在配电工程中的加速应用已成为电气行业发展的必然趋势。在智能电气设计基础上构建的配电网也将继续向多功能化、小型化方向发展，提高配电网智能电气产品的使用效率，促进电力产业发展造福人民。