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　　邢菲 （1969-）
　　
　　女，河南开封人，助教，学士学位，现就读于开封大学机电工程学院，研究方向为电气自动化控制技术。

　　摘要：社会的进步要求生产力更加发达，要求人类的经济生活更加智能化，以节省宝贵的时间去做其它有益的事情。电气自动化控制领域的革新需要人工智能的大力支持，而人工智能在自动化控制方面的优势在这个领域也确实能够得到极大的发挥，促进自动化控制的发展进步。自动化的特征，表达了一个共同的主题，即提高机械人类意识能力，强化控制自动化，因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。

　　关键词：人工智能；自动化；电气

　　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

　　发电机、变压器、电动机、断路器、接触器等电机电器设备的性能指标及工作可靠性直接影响整个电力系统的安全稳定运行。随着电力系统容量的不断扩大，电网中电气设备的种类及数量也大量增加，使供电可靠性与用户要求之间的矛盾日益突出，用传统方法解决此矛盾已显得无能为力。因此寻找新的途径提高电气设备的质量及其在电网中运行的可靠性已是当务之急。

　　人工智能是与传统学科完全不同的一门新兴前沿学科，由于它是利用计算机来模拟人类的智能活动，因此完全摆脱了传统方法的束缚，能解决传统方法难以解决甚至根本无法解决的问题。自50年代开始发展到现在，人工智能技术在理论研究方面取得了突破性进展，而且取得了明显的社会和经济效益，已被广泛应用于国防、航空、医疗、电力等领域。

　　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电气设备的优化设计、故障诊断及控制过程，并取得了一些成功经验。本文在总结人工智能在电气设备领域取得成果的基础上，对具体应用提出一些看法与策略。

　　2 人工智能理论分析

　　人工智能是一门边沿学科，属于自然科学和社会科学的交叉。涉及哲学和认知科学、数学、心理学、计算机科学、控制论、不定性论，其研究范畴为自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法等，应用于智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程。人工智能就其本质而言，是对人的思维的信息过程的模拟。对于人的思维模拟可以从两条道路进行，一是结构模拟，仿照人脑的结构机制，制造出“类人脑”的机器；二是功能模拟，暂时撇开人脑的内部结构，而从其功能过程进行模拟。现代电子计算机的产生便是对人脑思维功能的模拟，是对人脑思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，更不会超过人的智能。“机器思维”同人类思维的本质区别：(1) 人工智能纯系无意识的机械的物理的过程，人类智能主要是生理和心理的过程。(2) 人工智能没有社会性。(3) 人工智能没有人类的意识所特有的能动的创造能力。(4) 两者总是人脑的思维在前，电脑的功能在后。

　　当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产、运输、传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过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。

　　3 案例：人工智能调节器在某电厂电气自动化系统改造中的应用

　　3.1 整体概况

　　某电厂共安装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。其厂用电经电抗器厂1DK接至6kV工作段，备用电源取自#0B高备变，设有BZT回路；低压厂用电分两段分别取自41B、45B低厂变，备用电源取40B低备变，亦有BZT回路。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。

　　3.2 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 表1，王1表11。

　　· 6kV I段 PT王600表及隔离开关王600 表1。

　　· 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。

　　3.3 改造后实现的功能

　　(1) 改造方案总体描述

　　1）将原有的#1F-#5F的保护屏和控制屏取消，改为微机保护和控制装置，组屏五面。

　　2）将原有的#1B-#5B和高备变#0B的的保护屏和控制屏取消，改为微机保护和控制装置，组屏4.5面，0.5为#0B。

　　3）取消原保护控制屏的#0B备自投设备、电抗器保护，更新为电抗器微机保护、#0B备自投装置与测控装置，组屏2.5面，同时实现温度、直流与指挥信号等的测控。

　　4）将6KV厂用电段的微机保护测控装置就地安装在对应的开关柜上（共计41台），更换厂用电度表，就地安装在对应的开关柜上（共计28块），实现各单元的的保护、测控和电能的采集。

　　5）更换主控室四面电度表屏为新的电度表，可为全电子表以实现与后台机的串行通信，励磁系统、同期装置由电厂决定自购。

　　6）将10kV和35kV出线的保护屏和控制屏取消，采用微机保护测控装置，实现保护测控的一体化，将 10 kV 出线的微机保护测控装置就地安装在对应的间隔单元（共计11 台），将 35kV出线的微机保护测控装置组成一面屏（共计7台）。

　　7）110kV 线路采用微机保护、测控，组成一面屏。

　　改造后的系统全部实现微机化，基本取消原来所有的控制保护屏、控制台（68面台），更新为 18面微机保护测控屏与计算机工作站，利用先进的网络技术进行双向通信、资源共享；并充分考虑了电气运行人员的工作习惯，取消硬手操，实现软手操，便于其全面、高效地管理电气设备，降低误操作和事故几率，提高安全运行水平和自动化水平；同时，主控室的有效空间扩大，使布局更为合理，为电厂的管理创造更有利的条件。

　　(2) 改造后的功能实现

　　1）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。

　　2）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。

　　3）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。

　　4）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。

　　5）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）。

　　6）在线分析：不对称运行分析、负序量计算等。

　　7）在线参数设定及修改：保护定值包括软压板的投退。

　　8）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。

　　3.4 主要功能介绍

　　(1) 电气实验功能(如图1所示)

图1   电气实验功能

　　提供了发电机空载、短路、励磁机空载三种特性的电气试验专家软件，生成试验报表和曲线，并可打印存档。

　　(2) 运行管理智能化(如图2所示)

　　如果某间隔的状态是检修，则系统会将该间隔下的所有装置都标记为检修，在检修状态下，系统不再对装置上传的数据进行处理，同时也不允许用户对该装置进行任何操作。用户可以人工操作，对指定间隔的状态进行修改。

　　(3) 顺序控制功能(如图3所示)

　　系统可以根据运行条件，按照事先的指定程序和步骤，自动的进行一系列操作。

　　(4) 故障录波智能分析(原始波形显示)(如图4所示)

　　故障录波分析工具提供了简单直观的故障录波数据文件的分析功能。对故障进行还原，再现故障情况，以便继保工程师能够根据故障分析的结果，正确分析事故原因，及时处理事故，评价继电保护和断路器设备的运行及动作情况。

图2   运行管理智能化

图3   顺序控制功能

图4   故障录波智能分析

　　4 总结

　　某电厂#1机电气系统自动化改造工程已经竣工投运，目前已正常运行。该工程是笔者应用人工智能理论集成开发的火电厂电气自动化系统的第一个运行工程，系统包括了AI- 808人工智能调节器，微机发变组保护、微机变压器保护，以及与各发、变组单元配套的6kV 和380V厂用电系统等。这是应用电厂电气自动化系统监控系统平台、新原理保护测控装置成套供货的第一个系统工程。

　　参考文献

　　[1] 陆伟民. 人工智能技术及应用[M ]. 上海: 同济大学出版社,1998.

　　[2] 彭启琮. DSP 技术[M ]. 北京: 电子科技大学出版社, 2007.

　　[3] 张培铭，缪希仁，等.  展望21世纪电器发展方向--人工智能电器[J]. 电工技术杂志, 2006, (4).

　　[4] Wu Qing, Shen Xueqin, Yang Qingxin, et al. U sing wavelet neural networks for the optimal design of electromagnetic devices[J]. IEEE. 2007, 33 (2).

　　[5] 彭宏，杜永春. 实时数据库在电厂集成自动化系统中的应用[J]. 信息技术，2008，27(2)：59-61.

　　[6] 邓乐毅. 电厂生产过程监控系统设计. 电力建设[J]，2008，26(7)：65-67.