電力系統(tǒng)中智能化技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：電力系統(tǒng)是用電設(shè)備協(xié)調(diào)工作的關(guān)鍵所在，電力系統(tǒng)智能化是其發(fā)展方向。根據(jù)對目前電力系統(tǒng)智能化技術(shù)的分析，提出軟件智能化和硬件智能化兩大方面。軟件智能化包括了智能化編譯與開發(fā)環(huán)境，先進的控制算法集成，友好的人機交互界面。硬件智能化包括特種IC芯片的設(shè)計與制造，智能算法的電路化，基于通信技術(shù)的萬物互聯(lián)。采用智能化技術(shù)高效地運行電力系統(tǒng)，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境和用電設(shè)備意義重大。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù)；電力系統(tǒng)；軟件；硬件

引言

電力系統(tǒng)是由電能的產(chǎn)生、變換、傳送、分配和消費的各種設(shè)備，按照一定的需求組成的有機系統(tǒng)的總稱[1,2]，也是大型機電系統(tǒng)的重要組成部分，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行對機電系統(tǒng)的安全運行十分重要[3]。隨著化石能源日益緊缺，深化綠色低碳環(huán)保工程發(fā)展，加快可再生能源的開發(fā)己經(jīng)迫眉睫[4]。電力系統(tǒng)中的智能化技術(shù)主要包括兩大類：軟件智能化和硬件智能化。目前，在軟件智能化方面主要集中在更加高效的集成開發(fā)環(huán)境研發(fā)，先進的智能控制技術(shù)、智能診斷技術(shù)、智能評價與決策技術(shù)等的設(shè)計與實現(xiàn)，友好的人機交互界面開發(fā)等。在硬件智能化方面主要集中在針對某種功能與應(yīng)用的特種IC研制，先進控制算法的電路實現(xiàn)和萬物互聯(lián)的實現(xiàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的智能化也會有極大的提高。

1智能化軟件

1.1先進控制算法的軟件實現(xiàn)

目前已有許多較為成熟的先進控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、滑膜變結(jié)構(gòu)控制算法、先進的PID控制算法、模糊自適應(yīng)控制算法等。每一種算法都有其最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，但應(yīng)用到電力系統(tǒng)中則需要使用計算機等數(shù)字技術(shù)。目前較常用的可集成控制算法的芯片包括ARM、DSP、STM32、PLC等。運用一門計算機語言，完成先進控制算法的代碼化，實現(xiàn)可重復(fù)運行，是算法邁向軟件智能化的必要過程。目前，算法工程師主要使用的計算機編程語言包括C、C#、C++、JAVA、Python、MATLAB等。其中C為面向過程的編程語言，在協(xié)處理器、微控制器中應(yīng)用最廣。MATLAB作為一種功能齊全，代碼運行高效的矩陣運算環(huán)境，已在電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)及其仿真應(yīng)用中廣泛使用。代碼的實現(xiàn)依賴于其集成編譯與開發(fā)環(huán)境，常用的C、C#、C++開發(fā)環(huán)境為VisualStudioC++，該環(huán)境可方便地實現(xiàn)C語言的編寫，并可設(shè)計可在Windows上直接運行的可執(zhí)行程序。JAVA語言常用eclipse開發(fā)環(huán)境，通過各種插件技術(shù)實現(xiàn)人機界面的設(shè)計開發(fā)。Python和MATLAB均有其設(shè)計環(huán)境，用戶可根據(jù)需要下載安裝響應(yīng)版本。

1.2人機交互界面

友好的人機交互界面設(shè)計是智能化電力系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，交互界面作為人機對話的主要接口，方便了操作人員與智能控制系統(tǒng)的溝通。目前，人機交互界面的設(shè)計環(huán)境已有許多，如與西門子PLC相關(guān)的WINCC界面開發(fā)環(huán)境，與STM32相關(guān)的STemWin界面開發(fā)環(huán)境[5]，與Windows相關(guān)的VisualStudio界面開發(fā)環(huán)境，與JAVA語言相關(guān)的AndroidStudio和eclipse界面開發(fā)環(huán)境，基于MATLAB的GUI界面開發(fā)環(huán)境等。1.3多任務(wù)并行處理多任務(wù)并行處理是電力系統(tǒng)智能化的重要基礎(chǔ)手段。多任務(wù)并行處理依賴于操作系統(tǒng)，常用的系統(tǒng)有Windows、Linux、FreRTOS、UCOS等。其中FreRTOS和UCOS體積小巧，程序簡潔，常應(yīng)用在嵌入式處理器和單片機中。嵌入式Windows系統(tǒng)較家用Windows系統(tǒng)體積更小，主要應(yīng)用于工業(yè)控制計算機，如數(shù)控機床控制系統(tǒng)。搭載了操作系統(tǒng)后，開發(fā)者可方便地設(shè)計人機界面、增強處理器的處理性能。

2智能化硬件

2.1特種IC芯片

特種IC芯片是指能夠完成某種特定功能的處理單元。由于智能的控制算法常通常以代碼的形式形成軟件或可執(zhí)行程序，而軟件的運行需一定的CPU和運行內(nèi)存，且其運行需要足夠的時間。特種IC芯片可將算法硬件化，這樣便解放CPU，使得算法能夠獨立運算，從而減少CPU運算時間，同時降低功耗。某些特殊電路亦可設(shè)計為特種IC芯片，如功率放大電路、運算放大電路、三極管組合電路等。如圖1所示的基于D2822A的功率放大電路[6]。

2.2智能算法電路

每一種算法都有其基本的數(shù)學(xué)模型，將算法的數(shù)學(xué)模型使用電子電路技術(shù)來實現(xiàn)，即可將算法的運算使用電路中的電壓、電流、功率等電參數(shù)來模擬，算法電路化可降低程序的復(fù)雜度，提高計算時間，并不影響最終的結(jié)果。如華為通信技術(shù)公司推出了包含了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元（NPU）的麒麟處理器，這使得芯片對圖像的處理速度加快，同時又降低了能耗。在電力系統(tǒng)智能故障診斷研究中，已實現(xiàn)了多種先進診斷算法的智能識別和判斷?；谶@些智能算法設(shè)計出相應(yīng)的IC芯片或電路，可應(yīng)用于局部電力系統(tǒng)的故障診斷與排除中。如可將診斷設(shè)備安裝在電力系統(tǒng)的重要位置，在發(fā)生故障時及時切斷電路，保護用電設(shè)備。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)將末端設(shè)備和服務(wù)器進行連接，末端設(shè)備包括各種類型的傳感器、移動設(shè)備、工業(yè)系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、監(jiān)控系統(tǒng)、車輛等，通過各種無線或有線的通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)包括了三相關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理；RFID標簽技術(shù)，融合無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)，應(yīng)用于自動識別、物品物流管理等；嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，綜合計算機、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)。在電力系統(tǒng)中，可將許多用電設(shè)備進行物聯(lián)，如電參數(shù)監(jiān)測設(shè)備、電力系統(tǒng)診斷設(shè)備、電力系統(tǒng)保護設(shè)備等，使得電力系統(tǒng)更加智能高效地運行。隨著5G技術(shù)的普及，通信技術(shù)的持續(xù)改進，為電力系統(tǒng)智能化發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)。

3結(jié)束語

電力系統(tǒng)是由各種電設(shè)備組成的有機系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中的智能化技術(shù)包括了軟件智能化和硬件智能化。軟件智能和硬件智能均在持續(xù)發(fā)展，電力系統(tǒng)的先進控制系統(tǒng)、智能故障診斷方法等仍有待進一步研究，最終實現(xiàn)硬件化。隨著科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)將向著更加智能高效的方向邁進。

參考文獻

[1]張盛煒.風(fēng)-光熱-水電聯(lián)合系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度[D].西安理工大學(xué),2019.

[2]張楠.配網(wǎng)自動化在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].華北理工大學(xué),2019.

[3]韋祖高,王波.智能技術(shù)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子制作,2020(Z2):38-39.

[5]王子權(quán),周小超,林華.輪轉(zhuǎn)調(diào)度通用實時熱電偶測溫序列設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2019(09):23-27.

[6]李明,熊奧運,王成鵬.基于單片機的酒駕檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報,2019,25(02):22-32.

作者：張方文 單位：南京深大工程技術(shù)有限公司