智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用研究

李建林

（青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266000）

引言

社會變革腳步加快，帶來了不同領域的改革與創新。在各個市場當中，缺乏創新將會面臨被淘汰的危機。這幾年，電氣工程及自動化應用成為一種新潮流，智能化技術已經被引入到電氣工程生產的各個方面，極大地提升了電氣自動化生產效率與水平，為人們供電生產提供了安全保障。與此同時，合理引進智能化技術，可以有效促進不同企業的長遠生產與發展，確保企業核心競爭力。因此，電氣工程單位應該有效研發智能化技術手段，保證電氣工程與自動化技術的良好配合，促進企業變革。

一、控制策略研究

（一）電氣設備狀態參數采集

電氣工程自動化控制原理是根據計算預期電氣設備運行參數和實際運行參數之間的偏差量，然后通過智能算法得出控制量，從而控制電氣設備運行的一種方法。基于此，首要環節就是采集電氣設備當前的運行參數。電氣設備當前的運行參數的采集一般通過各種傳感器來完成。傳感器是一種利用前端敏感元件獲取狀態量信息，然后按一定規律變換成為電信號，并進行預處理，提高信號質量，最后進行模數轉換，輸出檢測值，完成狀態參數采集。

（二）控制量計算方法

基于上述環節采集到的電氣設備狀態參數，本章節進行關鍵的控制量計算。控制量計算方法目前主要有兩種：一種是PID 技術，另一種是模糊技術。下面對這兩種常用的技術進行具體分析。

1.PID 技術

PID，由“比例、積分、微分”三個英文單詞的首字母而來，因此顧名思義，控制量通過這三部分運算而得到，具體過程如下：步驟1：輸入給定值；步驟2：計算給定值和實際值之間的誤差。誤差差值的數學表達式如下：

式中，F（t）為給定值和實際值之間的誤差；p（t）為給定的預期電氣設備狀態參數值；q（t）為利用傳感器檢測出來的電氣設備狀態參數實際值。步驟3：將誤差劃分為比例、積分、微分三部分。其中，“比例”的作用給誤差分配一定的比例關系。一旦控制系統出現偏差，這一部分就會馬上發揮作用，調節比例偏差。積分在其中發揮的作用是去除二者之間穩定誤差，簡單說，通過不斷累積誤差來抵消電氣設備實際運行中出現穩定誤差[4]。微分的作用則是反映電氣工程設備運行過程中偏差出現的規律性。根據規律性，可以對未來出現的偏差進行預測，以便提前進行調節，加快系統反應時間。步驟4：根據“比例、積分、微分”的運算，得出控制量。運算公式如下：

式中，y（t）為得出的控制量；kp 為比例系數；Ti 為積分時間常數；TD 為微分時間常數。步驟5：根據得出的控制量控制電氣設備運行。

2.模糊技術

模糊技術是一種利用數學模糊理論來處理誤差量，以此得出控制量的一種方法。下面對模糊技術的具體過程進行分析。步驟1：模糊化。模糊技術，從名稱上就可以看出所有過程都是以一種模糊的形式進行，因此首先需要將給定值和實際值之間的誤差精確值轉化為模糊矢量。步驟2：知識庫。知識庫的作用是為后期模糊推理提供依據。在這里，主要包括數據庫和規則庫。前者起到存儲作用，后者編寫推理時用到的規則。步驟3：模糊推理。根據建立模糊規則，推理得到電氣設備的控制變量。步驟4：利用模糊規則推理得到數據自然也是模糊形式的，而在實際控制中，則要求精確控制數據值，因此在推理出模糊控制變量后，還需要將其轉換回精確值。以上這一過程被稱為去模糊化或者解模糊。去模糊化或者解模糊目前主要包括最大隸屬度法、加權平均法（重心法）、中位數法等三種。

二、分析當前電氣工程自動化運行現狀及不足

（一）電氣工程自動化發展情況

從過去到現在，電氣工程自動化不僅取得了一定的成績，同時電氣自動化在不同的領域中得到廣泛應用，促進了電力資源的有效整合與共享，保證了電力系統的穩定性，安全性，增強電力系統使用效率，促進了資源的合理分配。可以說，電氣工程自動化系統，進一步提升了電氣工程的合理性安排，保證電氣系統設備的運行。

（二）電氣工程自動化存在的不足

當前，電力系統在我國各個領域當中占據著重要的地位，因此國家與企業對自動化電氣工程高度重視，增加了投入，保證其穩定運行。然而，在實際運行過程中，電氣工程仍然存在一定的問題。例如，由于電氣系統中涉及到的行業較多，但缺少標準化的統一管理制度，加劇了行業管理困難，降低整體電氣系統的運行效率，使工作量不斷增加。同時，電氣工程自動化機械化發展難以契合智能化的基本需求，無法促進電氣行業的快速發展，雖然自動化程度已經較高，但是仍然存在不規范的問題，嚴重影響其后續發展。

三、智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用

（一）設備運用方面

新科技背景下，相關技術的成熟和運用極大地推進了機械化水平的提升，尤其是智能技術的快速發展，大批“機器人”進入生產車間，使得企業節約了大量人工成本。與傳統工作人員相比，“機器人”不僅具有絕對聽從指揮和服從指令的特點，還具有高超的工作能力，因而在實際工作中會創造出比人更多、更大的工作價值，而且企業在使用機器人的過程中，只需要承擔購買、養護、維修等費用，沒有其他額外支出，有利于控制成本和提升效益。由此可以看出，智能化技術的應用對于推動社會生活與生產具有積極的促進作用。在電氣工程工作領域中，其自動化設備存在技術缺陷和應用不足現象，這不僅會造成一定的資金、技術浪費，而且會影響整體工作效率，應用智能化設備則可以改善和彌補這些不足。比如自動化生產能提升工作質量和效率，但遇到特殊情況則會嚴重影響生產，甚至滋生危險事件，結合實際情況合理使用智能化技術則能有效改善和優化工作流程，在最大限度上降低工作難度和減少工作風險性，從而使日常生產變得更加安全、高效。

（二）控制管理方面

電氣工程的各項工作流程都必須要給予嚴格控制和管理，否則一旦出現體系漏洞或工作失誤，會對整體工程效果造成巨大影響。在智能化技術未取得突破性進展時，電氣工程的各個工作環節基本上都由人工操作完成，故而會因工作人員素質和能力參差不齊、工作時間和精力有限，致使把控水平難以穩定，自動化控制效果不夠理想。因此，為減少人為操作失誤，降低工作壓力，要在電氣工程的各項工作中結合實際加強運用智能化技術。比如傳統的電氣工程控制系統，其工作方法主要是依托自動化技術和工作人員的管理，整個系統中的某個對象進行控制，但因缺乏統一性、工作人員能力不一、自動化技術不夠先進等，使得控制系統功能的發揮受到極大限制；利用智能化技術代替傳統電氣控制器，可構建更加復雜和高效的控制模式，既能提升技術水平和管理邏輯能力，又降低了人為操作失誤所帶來的損失，有助于控制好各個設備的定時、計數和順序，從而保障電氣設備的安全運行。

（三）智能技術應用于電氣工程設計中

電氣工程的設計環節直接影響到后續的運行，因此合理應用自動化技術能夠保證電氣工程設計水平，轉向信息化方向發展。由于電氣設備設計復雜繁瑣，細節性較多，因此需要精準測量與計算。但是過去電氣工程設計，主要依賴于人工操作進行推算與計算，難免出現數據偏差，甚至威脅電氣工程的整體安全性，不利于后續工作的有序操作。引入智能技術到電信設計中，能夠充分發揮計算機的優勢，通過錄入數據避免出現誤差，增強了設計方案的實用性，保證后續改進方案操作簡單便捷，從而促進電氣工程的開展。如圖1 所示。

（四）智能化技術在電力系統中的應用

現階段，電力系統中合理應用自動化技術能夠有效解決一些細化的問題。眾所周知，智能技術已經在電氣工程中占據較為關鍵的地位。但是，由于電氣系統自身相對復雜，要收集整理不同數據，同時應該整合長時間運營經驗與工作模式，因此對電力系統的要求較高。一般技術難以滿足電氣工程的需要，而智能化技術作為一種新技術，可以滿足時代發展的基本需求，并與電力系統完美契合，一旦電力系統運營中出現一些細節性問題，可以采取自動化技術進行檢測有效解決。例如，一些電力設備出現設備故障，可以利用自動化技術查找故障的原因，及時采取合理的措施進行補救與維修，以確保電力設備的穩定運行。反觀過去，風電廠維修員都需要依靠自身的工作經驗以及專業知識查找相關故障原因，工作效率低，難以保證故障查找精準性。因此，要充分發揮自動化技術的有利優勢，快速找到設備的故障點以及檢測方案，保證電力系統的安全運行。

結束語

目前我國不僅在經濟方面有了新突破，在技術研究方面也取得了一定發展，各類先進技術出現并得到了廣泛應用，智能技術就是其中的一種。對于追求效率和精度的電氣工程自動化控制來說，智能化技術具有適宜性，能夠推動行業更快發展，具有較強影響力，是行業的福音。出于行業發展考慮，現階段應當加強智能化技術的研究，以提升電氣自動化控制系統的安全性和穩定性。