人工智能技术在变电站运维管理中的应用研究
时间：2023-01-22 16:25:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
闻立飞，孟 晖
1.国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏 银川 750000 2.国网宁夏电力有限公司固原供电公司，宁夏 固原 756000
变电站承担着电压等级变换、电流汇集、电能分配、电压调节等功能，其安全运行直接影响电力系统的整体安全和稳定。保证变电站的安全，传统的人工监测方式不仅费时费力，而且难以满足电网运行和管理的需要。随着计算机、传感器、网络通信等技术的飞速发展，变电站的自动化、数字化、智能化水平不断提高。随着电力系统的发展，电力系统的在线监控系统及巡检机器人的引入，对变电站的各种设备和环境进行了全面的监测，而各种来源和类型的状态信息也迅速增多，逐步形成了典型的大数据特性。
1.1 发展现状
1.1.1 算法丰富，应用广泛
在人工智能60 多年的发展过程中，涌现出了许多具有代表性的专家系统、智能优化技术和机器学习技术。人工智能算法主要包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法，以及最近的人工鱼群算法、布谷算法、社会群体优化算法等。深度学习是人工智能领域的一个重要研究领域，在自然语言处理、计算机视觉、生物识别、安全、医疗、交通、金融、能源等领域有广泛应用。
1.1.2 新的计算规则、模型正在出现
一方面，深度强化学习、生成对抗网络、胶囊网络等深度学习算法与模型不断更新；
另一方面，贝叶斯网络、知识图谱等技术也在不断发展，一些传统的学习方法也得到了人们的重视。
1.2 发展趋势及热点
1.2.1 算法
一方面，研究人员针对深度学习进行了一些改进，从功耗、解释性、泛化能力和移植能力等方面进行了深入的研究。在这些领域，深度学习和人工智能技术将会是一个新的研究方向；
另一方面，需要继续探索新型理论和算法。
1.2.2 算力
考虑到现有的平台业务、数据安全和平台特性，各大公司，包括传统行业，将重点研究、开发人工智能计算框架、平台和芯片。
1.2.3 数据
基础数据集的建设为人工智能技术的热点，数据包括图像、视频、语音等通用数据集及行业领域的专业数据集[1]，数据标注工具也将智能化。
智能变电站的智能控制技术主要有站内网络结构、一体化监控系统、智能化辅助系统等。当前，最常见的智能控制技术是序列控制，即一步一步地线性传递命令。同时，当接收到信号时，控制装置会迅速作出反应，向下一级发送该信息。操作人员在第一时间作出故障判断，并能实时监测各种控制装置的工作状态。报警功能是智能变电站取代人工电力系统运行的一个重要功能，是智能变电站的新的自动化功能，是今后重要的发展方向。
（1）报警功能与变电站的实时监测系统相连，使工作人员可以在任何时间、任何地点监测电厂的重要设施和操作状况。
（2）除了操作所需要的控制设备和监测工作环境的异常情况，智能变电站还具有红外报警器、红外探测器等多种报警器的功能。
（3）连接不同的开关，当有报警信号时，报警系统可以预先把开关调到安全位置。
（4）智能变电站通过连接安全管理功能，可以实时检测使用者的权限、登录环境，完整记录使用者的操作。报警系统具有自动控制的特点，是实现变电站无人值班的智能化改造。
3.1 遥测系统
遥测系统是指对远距离的被测对象的某些参数进行测量、传输和处理功能的系统，一般由输入设备、数据传输设备、终端设备三大部分组成。按照传输信号类型的不同，遥测系统可分为模拟遥测系统和数字遥测系统。模拟遥测系统所传输的信号为模拟信号，因此，当遥测参数中有数字参量时,不需对其进行变换，仅将其视为模拟参量传输即可。当遥测信号有模拟信号时，数字遥测系统需要先将模拟信号采样编码变为数字信号后方能传输。在变电站运维中使用遥测系统可以帮助工作人员远距离发现变电站故障，减少人工巡视的时间和人力成本，极大地提高变电站运维效率，降低运维成本。
3.2 遥视系统
人工智能遥视系统可全面监视变电站，适用范围广，但也有一定的限制。变电站的人工智能遥视系统可以实现监控、录像，并与其他装置配合，具备安全门禁的功能。随着人工智能技术的发展，能够准确地提取、科学地分析监控录像中的细节，从而发现与设备故障相关的事件，并做出相应的处置。目前，人工智能技术受到业内专家的重视，并收到了良好的效果,功能较多，设备监视是其中的一个重要功能，这一功能的实现依靠图像处理技术。目前，传统的机器学习算法在实际应用中尚未普及。人工智能遥视系统能够从图像中提取特征，为遥感数据的分析提供了新的思路。但目前人工智能遥视系统还处在起步阶段，需要进一步的完善[2]。
3.3 FTU/DTU 等模拟断路器的应用
随着电力系统和“泛在”物联网的不断发展，配电自动化产品的投资和使用日益增多，给今后的运行维护带来了巨大的工作量和挑战，其中包括馈线自动控制终端（FTU）、DTU、TTU、开关柜、环网柜等各种配套设施。研制和使用10 kV 配电自动化终端逻辑试验机，可以在不停电情况下，对配电自动化装置进行仿真和试验，确保一次装置的安全和稳定，便于对线路设备进行维护，提高智能化管理水平[3]。
3.4 变电站重要设备状态感知技术的应用
随着电网建设的迅速发展，采用传感器对变电设备和运行情况进行实时监控，可以为变电关键设备的实时运行提供可靠的数据参数。
（1）设备的实时监控会产生海量的数据，这需要结合人工智能和大数据技术，重点是分布式机器学习、在线学习和增量学习，从而进一步增强变电站的可扩展性和实时性[4]。此外，结合人工智能和边缘计算技术，实现轻量级的计算。
（2）电力系统的状态信息可以反映出许多问题，因此，在故障诊断中应用传感器搜集电力系统的状态信息十分重要，但必须重视人工智能技术的可解释性、交互性和可操作性。
3.5 智能预警、智能决策的应用
（1）智能预警：以“数据池”为基础，运用大数据技术分析大量视频、图像，及在线监测、验证、维护、故障等数据，结合智能预警模型，实现异常操作、设备行为故障检测与智能预警、环境分析等。
（2）智能决策：通过建立故障评价数据库，依据故障特征和故障排除策略，通过智能分析模型的智能决策，将故障信息整合到数据库智能决策中，并自动判断故障的种类，主动采取相应的应对措施，从而提高故障处理的及时和效率，缩短故障处理的时间[5]。
4.1 加强人员培训
人工智能技术在变电站运维管理中的应用效果与操作人员的操作行为、知识储备密切相关。因此需要加强相关人员的培训，传授人工智能技术理论与操作方法；
同时，要加强思想教育，提高操作人员、巡检人员的责任心和安全意识，要求有关技术人员加强对变电站运行管理的监督，重视运行过程中的每个环节，以预防安全事故[6]。
4.2 健全运行维护制度体系
在智能变电站的管理与维护中，确保变电站的工作质量与效率非常重要。为了维护体系的建立与完善，必须重视人工智能化技术的具体实施和规章制度的制定，通过变电站智能化运维，可以有效地保障变电站的运营和维护工作的质量。故障发生时，规章制度让相关人员有据可依，通过规范的流程处理故障[7]。
4.3 记录并存储故障信息
在设备的正常使用期间，故障是很常见的。维护人员应及时地发现故障，确定故障所在，对故障进行分析，并对故障类型做出正确的判断。如果故障不严重，可以采取维护的方法。若发现故障严重、危险性较大，应立即上报有关部门，并对设备进行现场控制，暂停生产。并收集有关资料，以便日后维护。对故障进行详细的记录，以便以后的维护工作[8]。
4.4 重视智能变电站巡检工作
在智能变电站运维管理系统中，设备的检测质量直接影响变电站的安全性与可靠性。有关技术人员要加强对变电站运行管理的监督，重视运行过程中的每个环节，预防安全事故。智能变电站地处偏僻，环境条件恶劣，往往会遭遇雷电、强风等灾害。如果对设备的检查不够重视，很容易使变电站的设备出现故障，导致安全事故[9]。因此，在日常的设备检查中，技术人员要加强对电网的管理，要根据本地特点和工作需要，制订完善的巡检方案，保证方案的科学性和合理性。
智能化变电所是智能化网络建设的核心，也是新一代能源变革的关键载体。智能变电所的运营技术必须立足电力系统发展的要求，要求电力公司不断地进行研究与创新，不断地开发各种智能化的设备与技术，为电力系统的智能电网建设奠定基础。
4.5 实现即时监测
该系统具有实时监视功能，可对各种电压、电流、频率、功率、电源开关状态等进行实时监视，并可对各种不同的电压、电流、频率、功率、开关状态进行自动报警，并对各种不同的指标进行分级预警，并对超出的范围进行预警。并可对重要的断电、断电等状态进行监控，在断路或断路时，自动进行自动的警报和录音。
4.6 及时收集相关自然环境数据
变电所智能化系统可以实时采集温度、湿度、含水量、SF6 含量等数据，并将数据汇总到数据处理中心，然后上传到运营管理中心，转换成数字和图表，便于实现实时监控、历史时间查询、数据分析，数据发现异常时能够联动报警[10]。
4.7 提高变电站的运作维护效率、可靠性、安全性
在遥控开关时，通常发生的错误是当遥控开关时，它会延误事件的发生，有时候还会导致更严重的后果。智能化变电所的辅助监测系统可以有效地改善其运行和维修的效果，从而保证其运行和运行的可靠性。智能变电所无须人工操作，可实现远程控制、数据传输、故障诊断及智能处置，提高了运检工作的速度[11]。
总而言之，将人工智能技术运用到变电站运维中，既可以提高运行效率，又可以大大改善运行管理的质量。各相关单位要掌握人工智能技术在变电站的使用与维护中的运用，并对其进行全面维护，确保变电站运行的安全性和稳定性。
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