電力系統(tǒng)中智能化技術的應用
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摘要：電力系統(tǒng)是用電設備協調工作的關鍵所在，電力系統(tǒng)智能化是其發(fā)展方向。根據對目前電力系統(tǒng)智能化技術的分析，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芯片的設計與制造，智能算法的電路化，基于通信技術的萬物互聯。采用智能化技術高效地運行電力系統(tǒng)，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境和用電設備意義重大。
關鍵詞：智能技術；電力系統(tǒng)；軟件；硬件
引言
電力系統(tǒng)是由電能的產生、變換、傳送、分配和消費的各種設備，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)己經迫眉睫[4]。電力系統(tǒng)中的智能化技術主要包括兩大類：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、智能診斷技術、智能評價與決策技術等的設計與實現，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用的特種IC研制，先進控制算法的電路實現和萬物互聯的實現。隨著物聯網、大數據、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
目前已有許多較為成熟的先進控制算法，如神經網絡算法、滑膜變結構控制算法、先進的PID控制算法、模糊自適應控制算法等。每一種算法都有其最基礎的數學模型，但應用到電力系統(tǒng)中則需要使用計算機等數字技術。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，實現可重復運行，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，在協處理器、微控制器中應用最廣。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)及其仿真應用中廣泛使用。代碼的實現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C語言的編寫，并可設計可在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，通過各種插件技術實現人機界面的設計開發(fā)。Python和MATLAB均有其設計環(huán)境，用戶可根據需要下載安裝響應版本。
1.2人機交互界面
友好的人機交互界面設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，人機交互界面的設計環(huán)境已有許多，如與西門子PLC相關的WINCC界面開發(fā)環(huán)境，與STM32相關的STemWin界面開發(fā)環(huán)境[5]，與Windows相關的VisualStudio界面開發(fā)環(huán)境，與JAVA語言相關的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多任務并行處理多任務并行處理是電力系統(tǒng)智能化的重要基礎手段。多任務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，主要應用于工業(yè)控制計算機，如數控機床控制系統(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學模型，將算法的數學模型使用電子電路技術來實現，即可將算法的運算使用電路中的電壓、電流、功率等電參數來模擬，算法電路化可降低程序的復雜度，提高計算時間，并不影響最終的結果。如華為通信技術公司推出了包含了神經網絡處理單元（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，已實現了多種先進診斷算法的智能識別和判斷?；谶@些智能算法設計出相應的IC芯片或電路，可應用于局部電力系統(tǒng)的故障診斷與排除中。如可將診斷設備安裝在電力系統(tǒng)的重要位置，在發(fā)生故障時及時切斷電路，保護用電設備。
2.3物聯網技術
物聯網將末端設備和服務器進行連接，末端設備包括各種類型的傳感器、移動設備、工業(yè)系統(tǒng)、家庭智能設施、監(jiān)控系統(tǒng)、車輛等，通過各種無線或有線的通訊網絡實現互聯互通。物聯網包括了三相關鍵技術：傳感器技術，把模擬信號轉換成數字信號處理；RFID標簽技術，融合無線射頻技術和嵌入式技術，應用于自動識別、物品物流管理等；嵌入式系統(tǒng)技術，綜合計算機、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術。在電力系統(tǒng)中，可將許多用電設備進行物聯，如電參數監(jiān)測設備、電力系統(tǒng)診斷設備、電力系統(tǒng)保護設備等，使得電力系統(tǒng)更加智能高效地運行。隨著5G技術的普及，通信技術的持續(xù)改進，為電力系統(tǒng)智能化發(fā)展提供堅實基礎。
3結束語
電力系統(tǒng)是由各種電設備組成的有機系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中的智能化技術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-光熱-水電聯合系統(tǒng)優(yōu)化調度[D].西安理工大學,2019.
[2]張楠.配網自動化在電力系統(tǒng)中的應用[D].華北理工大學,2019.
[3]韋祖高,王波.智能技術在電梯控制系統(tǒng)中的應用[J].電子制作,2020(Z2):38-39.
[5]王子權,周小超,林華.輪轉調度通用實時熱電偶測溫序列設計[J].儀表技術與傳感器,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)設計[J].江蘇理工學院學報,2019,25(02):22-32.
作者：張方文 單位：南京深大工程技術有限公司
