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　　邢菲 （1969-）
　　
　　女，河南開封人，助教，學士學位，現就讀于開封大學機電工程學院，研究方向為電氣自動化控制技術。

　　摘要：社會的進步要求生產力更加發達，要求人類的經濟生活更加智能化，以節省寶貴的時間去做其它有益的事情。電氣自動化控制領域的革新需要人工智能的大力支持，而人工智能在自動化控制方面的優勢在這個領域也確實能夠得到極大的發揮，促進自動化控制的發展進步。自動化的特征，表達了一個共同的主題，即提高機械人類意識能力，強化控制自動化，因此人工智能在電氣自動化領域將會大有作為，電氣自動化控制也需要人工智能的參與。

　　關鍵詞：人工智能；自動化；電氣

　　Abstract: The advancement of society requires more advanced productivity and more intelligent human economic life in order to save time to do other beneficial thing. The innovation in the field of electric Automation controldemands strong artificial intelligence support, and meanwhile, artificial intelligence can be immensely exploited in the field of automatic control due to its advantage in automationso that it can boost the development of automation control. The characters of automation have expressed a common subject, that is to improve the consciousness ability of machinery and to strengthen control automation. Therefore, artificial intelligence will be able to accomplish much in electric Automate field, and the electric Automation control also requires the participation of artificial intelligence.

　　Key words: Artificial intelligence; Automate; Electricity

　　1 引言

　　發電機、變壓器、電動機、斷路器、接觸器等電機電器設備的性能指標及工作可靠性直接影響整個電力系統的安全穩定運行。隨著電力系統容量的不斷擴大，電網中電氣設備的種類及數量也大量增加，使供電可靠性與用戶要求之間的矛盾日益突出，用傳統方法解決此矛盾已顯得無能為力。因此尋找新的途徑提高電氣設備的質量及其在電網中運行的可靠性已是當務之急。

　　人工智能是與傳統學科完全不同的一門新興前沿學科，由于它是利用計算機來模擬人類的智能活動，因此完全擺脫了傳統方法的束縛，能解決傳統方法難以解決甚至根本無法解決的問題。自50年代開始發展到現在，人工智能技術在理論研究方面取得了突破性進展，而且取得了明顯的社會和經濟效益，已被廣泛應用于國防、航空、醫療、電力等領域。

　　由于電氣設備從設計、生產到運行、控制，每個環節都是一個復雜的過程，傳統的方法有時很難適應。國內外的電氣科技工作者將人工智能技術引入電氣設備的優化設計、故障診斷及控制過程，并取得了一些成功經驗。本文在總結人工智能在電氣設備領域取得成果的基礎上，對具體應用提出一些看法與策略。

　　2 人工智能理論分析

　　人工智能是一門邊沿學科，屬于自然科學和社會科學的交叉。涉及哲學和認知科學、數學、心理學、計算機科學、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語言處理，知識表現，智能搜索，推理，規劃，機器學習，知識獲取，感知問題，模式識別，邏輯程序設計，軟計算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經網絡，復雜系統，遺傳算法等，應用于智能控制，機器人學，語言和圖像理解，遺傳編程。人工智能就其本質而言，是對人的思維的信息過程的模擬。對于人的思維模擬可以從兩條道路進行，一是結構模擬，仿照人腦的結構機制，制造出“類人腦”的機器；二是功能模擬，暫時撇開人腦的內部結構，而從其功能過程進行模擬。現代電子計算機的產生便是對人腦思維功能的模擬，是對人腦思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能，更不會超過人的智能。“機器思維”同人類思維的本質區別：(1) 人工智能純系無意識的機械的物理的過程，人類智能主要是生理和心理的過程。(2) 人工智能沒有社會性。(3) 人工智能沒有人類的意識所特有的能動的創造能力。(4) 兩者總是人腦的思維在前，電腦的功能在后。

　　當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產、運輸、傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋，所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。

　　3 案例：人工智能調節器在某電廠電氣自動化系統改造中的應用

　　3.1 整體概況

　　某電廠共安裝5臺發電機，其中#1、2、3、5 機為 12MW機組，#4機容量為15MW。有六臺主變壓器和一臺高壓備用變壓器，其出線電壓有三種電壓等級：10kV母線東西兩段、35kV 母線南北兩段和 110kV 母線一段，均可通過聯絡變壓器和母聯開關互聯。發電機出線電壓為 6kV，高壓廠用電經電抗器取自發電機端，5臺機電氣部分在主控制室控制，各臺機分設汽機和鍋爐控制室，通過指揮信號及電話聯絡。

　　#1機組設備現狀：

　　#1發電機出線經王1斷路器同期并入6kVI段，可選擇兩種運行方式接入系統：經#5主變接入10kV母線，或經#1主變接入35kV系統。其廠用電經電抗器廠1DK接至6kV工作段，備用電源取自#0B高備變，設有BZT回路；低壓廠用電分兩段分別取自41B、45B低廠變，備用電源取40B低備變，亦有BZT回路。發電機勵磁系統采用直流勵磁機加磁場變阻器的他勵勵磁方式，手動調節，繼電強勵，設計有KFD-3型自動勵磁調節器，長期不用。同期并網有手動和自動兩種，有ZZQ-5自動準同期裝置。發變組保護采用電磁型保護繼電器。

　　3.2 系統解決方案

　　整個系統終期規模包括電廠全廠電氣系統：添加AI- 808人工智能調節器，110kV、35kV、10kV 線路；5套發電機變壓器組，以及與各發變組單元配套的 6kV廠用電系統、勵磁系統等。整個系統間隔層裝置超過120個，本期工程包括1#發電機；1B、5B(聯絡變)兩臺主變壓器，1#機廠用電系統，間隔層共計30個裝置，通過光纖自愈環網聯網實現人工智能化的管理。

　　本次#1機電氣自動化系統改造涉及的電氣設備：

　　· 主變#5B高低壓側斷路器王105、王605及隔離開關王105東、王605甲、王605母。

　　· 主變#1B高低壓側斷路器王351、王601及隔離開關王351北、王351南、王601甲、王601母。

　　· 發電機出口斷路器王 1，及隔離開關王 1 甲、王 1 母。

　　· 廠用電抗器高低壓側斷路器廠 611、廠612 及隔離開關廠611母、廠611甲。

　　· 發電機端 PT王1 表1，王1表11。

　　· 6kV I段 PT王600表及隔離開關王600 表1。

　　· 6kV廠用工作段備用進線開關廠610及母線PT。

　　· 低壓工作變41B、45B及40B的進線開關廠61、廠65、廠60。

　　· 低壓380V工作四段工作進線開關廠411、廠451，備用進線開關廠410、廠405以及母線PT。

　　· 6kV 廠用電的備自投和380V廠用電的備自投。

　　· 廠用高壓輔機#1排粉、#1給粉、#1磨煤和#2給水。

　　· 10kV 線路王11、王13、王14、王17、王18 間隔所有開關及隔離開關。

　　· 10kV母線PT、母聯開關王502及隔離開關。

　　3.3 改造后實現的功能

　　(1) 改造方案總體描述

　　1）將原有的#1F-#5F的保護屏和控制屏取消，改為微機保護和控制裝置，組屏五面。

　　2）將原有的#1B-#5B和高備變#0B的的保護屏和控制屏取消，改為微機保護和控制裝置，組屏4.5面，0.5為#0B。

　　3）取消原保護控制屏的#0B備自投設備、電抗器保護，更新為電抗器微機保護、#0B備自投裝置與測控裝置，組屏2.5面，同時實現溫度、直流與指揮信號等的測控。

　　4）將6KV廠用電段的微機保護測控裝置就地安裝在對應的開關柜上（共計41臺），更換廠用電度表，就地安裝在對應的開關柜上（共計28塊），實現各單元的的保護、測控和電能的采集。

　　5）更換主控室四面電度表屏為新的電度表，可為全電子表以實現與后臺機的串行通信，勵磁系統、同期裝置由電廠決定自購。

　　6）將10kV和35kV出線的保護屏和控制屏取消，采用微機保護測控裝置，實現保護測控的一體化，將 10 kV 出線的微機保護測控裝置就地安裝在對應的間隔單元（共計11 臺），將 35kV出線的微機保護測控裝置組成一面屏（共計7臺）。

　　7）110kV 線路采用微機保護、測控，組成一面屏。

　　改造后的系統全部實現微機化，基本取消原來所有的控制保護屏、控制臺（68面臺），更新為 18面微機保護測控屏與計算機工作站，利用先進的網絡技術進行雙向通信、資源共享；并充分考慮了電氣運行人員的工作習慣，取消硬手操，實現軟手操，便于其全面、高效地管理電氣設備，降低誤操作和事故幾率，提高安全運行水平和自動化水平；同時，主控室的有效空間擴大，使布局更為合理，為電廠的管理創造更有利的條件。

　　(2) 改造后的功能實現

　　1）數據采集與處理：對所有開關量、模擬量的實時采集，并能按要求處理或存貯。

　　2）畫面顯示：模擬畫面真實顯示一次設備和系統的運行狀態，可實時顯示電流、電壓等所有模擬量、計算量、隔離開關、斷路器等實際開關狀態及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢圖。

　　3）運行監視：具有對各主要設備的模擬量數值、開關量狀態的實時智能監視，有事故報警、越限和狀態變化事件報警，事件順序記錄、聲光、語音、電話圖象報警。

　　4）操作控制：通過鍵盤或鼠標實現對斷路器及電動隔離開關的控制，勵磁電流的調整。按順控程序進行同期并網帶負荷或停機操作。系統對運行人員的操作權限加以限制，以適應各級運行值班管理。

　　5）故障錄波：模擬量故障錄波，波形捕捉，開關量變位，順序記錄等（包括主要輔機）。

　　6）在線分析：不對稱運行分析、負序量計算等。

　　7）在線參數設定及修改：保護定值包括軟壓板的投退。

　　8）運行管理：操作票專家系統，運行日志，報表的生成及存儲或打印，運行曲線等。

　　3.4 主要功能介紹

　　(1) 電氣實驗功能(如圖1所示)

圖1   電氣實驗功能

　　提供了發電機空載、短路、勵磁機空載三種特性的電氣試驗專家軟件，生成試驗報表和曲線，并可打印存檔。

　　(2) 運行管理智能化(如圖2所示)

　　如果某間隔的狀態是檢修，則系統會將該間隔下的所有裝置都標記為檢修，在檢修狀態下，系統不再對裝置上傳的數據進行處理，同時也不允許用戶對該裝置進行任何操作。用戶可以人工操作，對指定間隔的狀態進行修改。

　　(3) 順序控制功能(如圖3所示)

　　系統可以根據運行條件，按照事先的指定程序和步驟，自動的進行一系列操作。

　　(4) 故障錄波智能分析(原始波形顯示)(如圖4所示)

　　故障錄波分析工具提供了簡單直觀的故障錄波數據文件的分析功能。對故障進行還原，再現故障情況，以便繼保工程師能夠根據故障分析的結果，正確分析事故原因，及時處理事故，評價繼電保護和斷路器設備的運行及動作情況。

圖2   運行管理智能化

圖3   順序控制功能

圖4   故障錄波智能分析

　　4 總結

　　某電廠#1機電氣系統自動化改造工程已經竣工投運，目前已正常運行。該工程是筆者應用人工智能理論集成開發的火電廠電氣自動化系統的第一個運行工程，系統包括了AI- 808人工智能調節器，微機發變組保護、微機變壓器保護，以及與各發、變組單元配套的6kV 和380V廠用電系統等。這是應用電廠電氣自動化系統監控系統平臺、新原理保護測控裝置成套供貨的第一個系統工程。

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