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电力系统中智能化技术运用思考裴保增

发表时间：2020/9/8 来源：《基层建设》2020年第14期作者：裴保增

[导读] 摘要：电力系统是由电能的产生、变换、传送、分配和消费的各种设备,按照一定的需求组成的有机系统的总称,也是大型机电系统的重要组成部分,电力系统的稳定可靠运行对机电系统的安全运行十分重要。

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        摘要：电力系统是由电能的产生、变换、传送、分配和消费的各种设备,按照一定的需求组成的有机系统的总称,也是大型机电系统的重要组成部分,电力系统的稳定可靠运行对机电系统的安全运行十分重要。随着化石能源日益紧缺,深化绿色低碳环保工程发展,加快可再生能源的开发己经迫眉睫。电力系统中的智能化技术主要包括两大类:软件智能化和硬件智能化。目前,在软件智能化方面主要集中在更加高效的集成开发环境研发,先进的智能控制技术、智能诊断技术、智能评价与决策技术等的设计与实现,友好的人机交互界面开发等。在硬件智能化方面主要集中在针对某种功能与应用的特种IC研制,先进控制算法的电路实现和万物互联的实现。随着物联网、大数据、云计算和人工智能的迅速发展,电力系统的智能化也会有极大的提高。
        关键词：电力系统；智能化；技术；运用
        1 智能化技术在电力系统中运用的优势
        1.1 提升了模型控制的精确性
        电力系统控制对象的数据库大小及动态方程比的复杂程度在一定程度上影响了其控制效率的高低。而当电力系统的控制效率较低时会干扰被控制模型设计工作的开展。由于控制模型的设计复杂繁琐,且控制参数处于不断波动的状态,难以全面掌握控制过程。此外,一些人们无法预测或估计的非主观因素也会影响模型的控制过程,无法保障被控制模型的精准性,难以充分发挥电力系统实际的应用效果。依托智能化技术,电力系统控制过程中不再需要对控制对象进行建模,有效的降低不可控的非主观因素对控制过程的干扰程度。
        1.2 提升电力系统工作便捷性
        传统的控制过程不仅具有控制效率低下的缺陷,而且也难以满足人们对电气系统功能的需求。电力系统可以凭借智能化控制器,充分提升电气系统的调整控制工作的便捷性。智能化控制器具有明显的控制优势,例如,智能化控制器可以根据模型相关数据的波动进行自动调节,不再需要人工操作,降低了工作人员的压力,节约人力成本。在没有人工操作时,部分智能化控制器还能够自主进行距离调整。此外,智能化控制器还能够自动响应鲁棒性及时间差波动,并以此为依据及时进行自动化控制。
        2电力系统中智能化技术的运用
        2.1 智能化软件
        2.1.1 先进控制算法的软件实现
        目前已有许多较为成熟的先进控制算法,如神经网络算法、滑膜变结构控制算法、先进的PID控制算法、模糊自适应控制算法等。每一种算法都有其最基础的数学模型,但应用到电力系统中则需要使用计算机等数字技术。目前较常用的可集成控制算法的芯片包括ARM、DSP、STM32、PLC等。运用一门计算机语言,完成先进控制算法的代码化,实现可重复运行,是算法迈向软件智能化的必要过程。目前,算法工程师主要使用的计算机编程语言包括C、C#、C++、JAVA、Python、MATLAB等。其中C为面向过程的编程语言,在协处理器、微控制器中应用最广。MATLAB作为一种功能齐全,代码运行高效的矩阵运算环境,已在电力系统、电子系统及其仿真应用中广泛使用。
        代码的实现依赖于其集成编译与开发环境,常用的C、C#、C++开发环境为Visual Studio C++,该环境可方便地实现C语言的编写,并可设计可在Windows上直接运行的可执行程序。JAVA语言常用eclipse开发环境,通过各种插件技术实现人机界面的设计开发。Python和MATLAB均有其设计环境,用户可根据需要下载安装响应版本。
        2.1.2 人机交互界面
        友好的人机交互界面设计是智能化电力系统中不可或缺的组成部分,交互界面作为人机对话的主要接口,方便了操作人员与智能控制系统的沟通。

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目前,人机交互界面的设计环境已有许多,如与西门子PLC相关的WINCC界面开发环境,与STM32相关的STemWin界面开发环境[5],与Windows相关的Visual Studio界面开发环境,与JAVA语言相关的Android Studio和eclipse界面开发环境,基于MATLAB的GUI界面开发环境等。
        2.1.3 多任务并行处理
        多任务并行处理是电力系统智能化的重要基础手段。多任务并行处理依赖于操作系统,常用的系统有Windows、Linux、FreRTOS、UCOS等。其中FreRTOS和UCOS体积小巧,程序简洁,常应用在嵌入式处理器和单片机中。嵌入式Windows系统较家用Windows系统体积更小,主要应用于工业控制计算机,如数控机床控制系统。搭载了操作系统后,开发者可方便地设计人机界面、增强处理器的处理性能。
        2.2 智能化硬件
        2.2.1 特种IC芯片
        特种IC芯片是指能够完成某种特定功能的处理单元。由于智能的控制算法常通常以代码的形式形成软件或可执行程序,而软件的运行需一定的CPU和运行内存,且其运行需要足够的时间。特种IC芯片可将算法硬件化,这样便解放CPU,使得算法能够独立运算,从而减少CPU运算时间,同时降低功耗。某些特殊电路亦可设计为特种IC芯片,如功率放大电路、运算放大电路、三极管组合电路等。
        2.2.2 智能算法电路
        每一种算法都有其基本的数学模型,将算法的数学模型使用电子电路技术来实现,即可将算法的运算使用电路中的电压、电流、功率等电参数来模拟,算法电路化可降低程序的复杂度,提高计算时间,并不影响最终的结果。如华为通信技术公司推出了包含了神经网络处理单元(NPU)的麒麟处理器,这使得芯片对图像的处理速度加快,同时又降低了能耗。在电力系统智能故障诊断研究中,已实现了多种先进诊断算法的智能识别和判断。基于这些智能算法设计出相应的IC芯片或电路,可应用于局部电力系统的故障诊断与排除中。如可将诊断设备安装在电力系统的重要位置,在发生故障时及时切断电路,保护用电设备。
        2.2.3 物联网技术
        物联网将末端设备和服务器进行连接,末端设备包括各种类型的传感器、移动设备、工业系统、家庭智能设施、监控系统、车辆等,通过各种无线或有线的通讯网络实现互联互通。物联网包括了三相关键技术:传感器技术,把模拟信号转换成数字信号处理;RFID标签技术,融合无线射频技术和嵌入式技术,应用于自动识别、物品物流管理等;嵌入式系统技术,综合计算机、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术。在电力系统中,可将许多用电设备进行物联,如电参数监测设备、电力系统诊断设备、电力系统保护设备等,使得电力系统更加智能高效地运行。随着5G技术的普及,通信技术的持续改进,为电力系统智能化发展提供坚实基础。
        3 结束语
        电力系统是由各种电设备组成的有机系统。电力系统中的智能化技术包括了软件智能化和硬件智能化。软件智能和硬件智能均在持续发展,电力系统的先进控制系统、智能故障诊断方法等仍有待进一步研究,最终实现硬件化。随着科技的发展,电力系统将向着更加智能高效的方向迈进。
        参考文献
        [1] 岑政. 试论电力系统电气工程自动化中智能化技术的运用[J]. 科技展望, 2016(33).
        [2] 周玮. 电力系统中计算机智能化技术的应用探讨[J]. 工业, 2014.
        [3] 郭云环. 智能化技术在电子工程中的渗透发展[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015, 000(035):582-582.
        [4] 张士硕. 浅谈智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[C]// 网友世界. 0.