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摘要：本文在分析智能化技术的理论基础上，介绍了智能化技术在电气工程自动化控制中的应用现状，并阐述了其应用优势，然后研究了智能化在电气工程自动化领域的应用方向，最后对3个具体的电气工程自动化系统中的智能化应用进行了介绍，本文对研究智能化技术在电气工程自动化控制中的应用具有参考意义。
关键字：智能化技术；电气工程；自动化控制
前言
自上世纪90年代以来，随着信息技术的快速发展，促进了电气工程与信息技术的高度融合，电气工程的自动化应运而生。随着我国社会经济的迅速发展，我国的电气工程领域发展迅速，但电气工程自动化控制的应用仍处于起始阶段，自动化控制作为电气工程中的关键环节[1]，因为早期的自动化电气工程理论研究不深入、技术不完善、控制技术效率低下，存在一些不足和缺陷，难以适应电气工程的高速发展需求，所以在电气工程自动化控制中，引进了智能化技术，用来提高电气工程的自动化水平，推动电气工程的发展。智能化技术的出现是电气工程发展的必然结果，它充分运用计算机技术等多种高科技，大大提高电气工程自动化控制效率，当前我国电气工程自动化控制中的智能化技术有了较大的提升，其应用潜力十分巨大。
图1 PIM 智能化控制原理图
图2 智能交流接触器结构示意图
图3 智能交流接触器控制原理示意图
一、智能化技术的概念及在运用中的理论基础
自从上世纪50年代人工智能概念的提出以来，随着研究的不断深入和基础科学研究的迅猛发展，该领域研究也逐渐深入和广泛，逐渐形成了以计算机为主体，包含自动控制、信息科学、仿生学、哲学、医学以及数学逻辑的综合性科学，其主要方向是通过对人工智能理论的开发和研究，让机器能够模仿人类进行分析、判断和工作，让机器具备独立完成某些人类不能完成或者完成难度较大的工作的能力，甚至通过智能化技术的研发，设计出能够模仿人类智能的机器人。在智能化技术的具体运用研究中，在开发相关智能机器的时效性以及有效性时，通常采用结合计算机技术对技术运用进行实验验证的方法。
智能化技术的研究范围主要是：语言的分辨和处理、机器人、模式识别、图像识别、自动控制、计算机电子应用、信息处理、研制开发电子电气技术等。智能化技术的应用是整个电气工程自动化、智能化的主要研究内容，具体包括与电气工程有关的电子电气技术、信息的收集、分析与处理等，在今后的运用中具有很强的适应性以及实用性。随着计算机编程技术的不断发展和广泛应用，智能化技术正被越来越多、越来越广泛地被应用到电气工程的自动化控制工作当中，通过计算机编程进行模拟和仿真，实现对人类的大脑思功能行模仿，比如收集、分析、处理、交换以及回馈信息的能力。
在我们日常生产和生活中，电气工程的自动化控制无处不在，多年来的研究和应用表明，智能化技术在电气工程自动化控制中已经拥有了坚实的理论基础，通过自动化控制，不仅可以节约人力资源、减轻人员工作的压力、降低工作的风险和难度，而且能够实现对人力资源的合理配置，提高生产和工作的总体效率。
二、智能化技术在电气工程自动化中的应用现状
智能化技术作为一种高端技术手段，它的发展是随着基础应用科学和技术的不断发展而不断演化和完善的，智能化技术在应用中最大的意义在于它使电气工程系统具有行为能力、感知能力以及思维能力。电气自动化系统作为在生产和生活中广泛应用，在我国工业和经济发展中具有不可替代的重要作用。为了提高电气工程的自动化程度，在电气工程中利用智能化技术是必然的选择。目前随着智能化技术在我国的引进和应用，智能化技术的应用使得我国电气工程自动化的工作效率大大提高。同时，随着我国经济社会的快速发展，智能化技术也逐渐成熟，人们在信息采集与处理、智慧城市、电子商务行业以及企业管理中利用智能化技术，有效地改善了员工的生产工作环境、提高了生产效率、优化了生产工艺，带来了大量直接的经济效益，同时为经济的发展提供了技术支持[2]。
智能化技术在其应用上依托计算机技术和网络技术的应用，利用计算机编程、仿真、网络化管理和决策，降低工作难度，提高工作效率和工作质量。随着智能化技术应用的普及和成熟，加上互联网技术和可视技术的发展，在今后的运用中，利用计算机技术实现可视化，利用互联网实现信息交流方式的多样化等，使智能化朝着高速化、集成化、网络化、多功能化的方向发展，成为智能化技术下一步的运用重点。
图4 纵向结构的信息
图5标准化规范化变电站基础信息平台构成框架
三、智能化技术及其在电气工程自动化控制中的应用优势
在电气工程自动化系统中，控制器是智能化运用的核心，传统的控制器在自动化控制进行中，由于控制对象的动态变化模式繁杂且难以预料，很难对其运行状态进行及时准确的掌控，造成不能及时调整控制模式，加大了模型设计工作的工作量，而智能化控制器可以免去模型的设计流程，在增强控制器的精度指数的同时从根本上避免了难于控制的因素的发生。智能化技术的优势主要体现在以下几个方面：
3.1 提高控制性能，提升工作效益
智能化技术依托计算机强大的分析处理能力，集合计算机程序设计的独特优势，使得智能控制器算法精确，设计优良。在电气工程自动化系统中，智能化技术能够根据实际需要，设计出符合需要的程序和精准的算法，从而提高设备自动化控制的效率和准确率，降低电气工程自动化中人力和物力的投入，有效降低成本，提升工作效益。
3.2 简化模型分类，操作使用高效
在传统的控制器中，因为提前建立相应的控制模型，容易由于模型建立不当而出现差错，在电气工程自动化控制环节中引进智能化技术能够有效降低出现差错的概率，从而简化了电气工程自动化模型，从根本上预防了不可预见因素对电气工程自动化控制的影响。同时由于智能控制器操作简便、优化调整及时、适应力和学习性强，提高了设备自动化控制的效率和准确率。与传统控制器相比，智能控制器调节操作即使没有人工辅助，也能够自行根据应用响应数据改进设计。
3.3精度、效率高，误差小
随着智能芯片处理器速度的提高、体积的减小和大型集成电路在智能化技术中的广泛应用，智能控制系统的精度和效率得到巨大提升，运算误差显著降低，大大提高了电气工程自动化控制系统运行品质，提高了电气产品的质量，减少了电气工程自动控制环节中的出错率，促进了电气工程领域的发展。同时，人工智能化控制器逐渐采用遗传算法、模糊神经以及类非线形函数近似器等能够更清楚的了解整体、注重控制策略中综合性的开发的技术，使得智能化技术在电气工程自动化控制中的应用更具优势[3]。
四、智能化技术在电气自动化控制领域的应用方向
智能化技术在电气工程自动化控制领域主要有电气工程设计、电气控制系统、PLC系统、故障诊断等方向。
4.1 电气工程设计
在传统的电气工程设计中，由于设计过程繁琐复杂，设计人员不但要掌握设计相关的电路、电磁理论、高频理论等专业知识，还要求设计人员拥有丰富的设计经验，并且传统的设计方式主要是通过实验来检验设计，需要设计工作人员根据设计和实验结果进行反复的改良，有时，由于某个设计人员考虑不周，一旦出现问题，无法及时有效地找到问题，这就造成设计效率底下，设计人员技术水平提高较慢，设计修改难度大，设计达标率不高。而智能化技术的应用大大改善了这些问题，通过智能化的设计软件和高效的计算机仿真实验，大大提高电气工程设计所需数据的精准性，进一步丰富了设计样式，对于一些复杂的问题也能够有效、及时的解决，确保电气工程自动化设计的正常进行，节省了传统手工设计的人力和精力，提高了设计方案的质量。在智能化技术中，随着模糊神经、类非线形函数近似器、遗传算法在设计中的使用，进一步提高了电气工程设计的效率，
4.2 电气控制系统
智能化技术在电气控制系统中的应用主要有神经网络系统和模糊逻辑控制。
（1）神经网络系统
由于神经网络系统的构造主要是前馈性构造，反向学习算法在神经网络中经常使用，尤其在使用神经网络诊断监测驱动系统与交流电机时体现更为明显。反向转波算法不但大大减少了定位的时间，而且在控制非初始速度与负载转矩大范围的变化上效果显著，同时由于其有很好的抗扰噪音能力，不需要控制模型，这些优势使得智能神经网络在数字水印、模式识别等信号与信息处理过程中广泛被使用。
（2）模糊逻辑控制
模糊控制器时常使用于数字动态的传动系统，M 型与S 型的模糊逻辑控制应用中，只有M 型控制器可用在调速控制，不管是M 型还是S 型控制器都有其模糊规则集。M 型控制器由推理机、知识库、模糊化与反模糊化组成，推理机是模糊控制器的核心，当出现需模糊控制的行为，推理机可以模拟人对这些行为进行推理进而做出决定；知识库由数据库和语言控制的规则库组成。模糊化是进行变量的测量、量化与模糊化的重要手段，有多种函数表现形式。
4.3 PLC 系统
PLC 系统是电力工程的辅助系统，在设计使用中已逐步取代传统的继电控制器，目前电力系统要求越来越高，PLC 系统作为辅助系统，由于其可实现控制某工艺流程，所以在协调企业生产上具有巨大的优势。上煤、配煤、储煤与辅助系统是电力企业输煤系统的基本组成部分，主站层是输煤系统的控制系统，由人机接口及PLC 组成，集控室中的系统以自动控制为主，手动控制为辅。通过在输煤控制系统中布设现场传感器和远程的I/O 站，可以实现远距离监视控制，这大大提升了输煤系统的生产效率。PLC 技术的智能继电器通过代替传统供电系统实物元件，在实际使用过程中，不仅可以实现供电系统自动切换，同时也大大保持了供电系统的稳定性[4]。
4.4 故障诊断
电气工程自动化系统在运行过程如果运行时间长、维护检查不及时会发生电气设备故障，而由于传统的故障检测方法存在时间长、效果差等很多的缺点，造成电气工程自动化控制系统后期的故障诊断和修复较为困难，所以可以引进智能化技术对设备进行全面、准确的故障诊断。目前，智能化诊断技术在电动机、发电机与变压器的故障诊断上都有广泛应用，使用神经网络与逻辑模糊技术、遗传算法等可以及时诊断出故障原因。智能化装置能够在故障发生的第一时间详细地记录故障的基本情况，节省故障检查的时间，同时智能化装置还可以让故障的诊断更加可靠和安全。另外 ，智能化技术可以对电力系统中故障进行定位分析，提前制定相应措施，减小机器发生故障带来的损失，进而大大提高诊断的准确性和解决效率。
图6智能化现场测控装置原理框图
五、智能化技术在电气工程自动化系统中的几个具体应用
结合上文的介绍和分析，下面介绍几个智能化技术在电气工程中的具体应用。
5.1粉末注射成形（PIM)中的智能化技术
PIM 过程的智能化，是将计算机技术、自动控制技术、传感器技术、信息处理技术以及注射成形理论综合运用的技术。智能化的粉末注射成型技术是根据成形过程和原料的特点，收集整理容易观测到的数据，通过在线识别材料的性能参数，自动测算最优的工艺数据，并自动完成注射成形的过程。PIM 智能化控制原理如图1 所示，它由四个基本要素构成。
(1) 实时监测: 采用在线传感器等有效的实时检测手段，实时监测温度、压力和尺寸精度等能够反映坯体特征的宏观热力学参数和几何参数。
(2) 在线识别: 智能系统中的识别软件对在线监测所获得的密度、缺陷等坯体的特征信息进行分析处理，对比知识库和数据库中预设的信息，在线识别坯体的材料性能参数。
(3) 在线预测: 根据上文方法所获得的材料性能参数，通过实时计算或与知识库和数据库中已知的信息比对，准确预测当前的坯体能否顺利进行成形，同时给出最佳的注射成形工艺参数。
(4) 实时控制: 根据在线识别和在线预测的结果，按设定的程序，智能化地给出最佳工艺参数自动完成注射成形过程。
5.2 智能交流接触器中的智能化技术
智能交流接触器是区别于传统交流接触器的一种新型控制电器,其采用了高性能的的单片机作为核心的智能控制系统,实现接触器运行全过程的动态优化控制。智能交流接触器的工作状态是直流起动、直流吸持,在吸合时，通过全波整流将交流电源变为脉动的直流电源,提供接触器吸合磁势,完成吸合工作，吸合动态过程决定着接触器闭合时的铁心撞击与触头弹跳的状态,而铁心撞击与触头弹跳是直接决定接触器电寿命和机械寿命,对使用于AC3类别的接触器,在闭合时，触头电流时额定电流的6倍甚至更多,因此，降低接触器的吸合电流对减少触头腐蚀具有重要的意义[5]。
对接触器的吸合动态过程进行分析、研究是提高接触器整体性能指标的重要手段，为了实现智能交流接触器零电流分断,可使用一种特殊的三相触头系统不同步结构。该电器结构如图2所示。从图中可知,智能交流接触器中间相(暂称为B相)触头开距比旁边二相(暂称为A、C相)触头开距大,即通过设计可以达到三相触头系统系不同步。B相触头属分断过程首开相触头,A、C相触头属非首开相触头。非首开相触头打开时间约滞后于首开相触头打开时间接近5ms。
图3为智能交流接触器的控制原理示意图[6]。由图3可以看出,电源、主控元件1、整流电路、主控元件2、线圈组成强激磁电路；电源、降压控制电路、主控元件3、线圈组成吸持电路。电源通电后,单片机控制系统通过对电路进行采样,检测电源电压,将检测到的电压数值与正常吸合的门限电压比较,如果低于门限电压值,则接触器继续保持等待，如果高于门限电压值,单片机控制系统进入吸合程序。其工作过程是：通过控制电路3触发主控元件3,然后,根据采样得到的不同电压值,智能选择不同的合闸相位与强激磁方案，如果主控元件1和主控元件2导通,那么经过整流以后的电源电压,直接施加在接触器线圈上,使接触器在直流强激磁方式下完成吸合过程。
5.3 智能电网中的智能化技术
智能电网与传统电网最大的区别就是智能电网的的基础是精确、快速、开放、共享的信息系统。智能电网的特点是全面、及时地掌握电网运行的信息,综合分析各系统采集的信息,及时进行优化并自动选择最佳的策略。
电网的信息的采集主要依靠分散布设与各变电站的在线监控系统。信息系统依托各调度自动化或变电站自动化监控系统形成,是对各自动化功能系统中信息的采集、处理、分发、传输、存储等环节的综合集成,是一个纵向的结构(如图4)。各自动化系统的信息采集缺乏联系,究其最根本的原因,是各自动化系统的数据采集和信息处理缺乏统一的标准和规范,不同厂家生产的测控装置不但在硬件上有功能的差异,而且在软件上所采用的协议和接口规则也不尽相同。这些问题严重影响了信息的质量,限制了电网智能化水平。
基于以上分析，可以使用一种基于变电站的标准化规范化基础信息平台体系结构(以下称为基础信息平台),实现变电站内信息的规范化、一体化、同步化，如图5所示。
上述平台的核心设备是智能化现场测控装置(原理框图见图6),由信号调理电路、同步采样控制电路、模拟数字转换器(AD)和微处理器(MPU)等主板器件组成，加上标准化以太网接口等[7]。智能化现场测控装置能够对现场各种数据实现实时采集和协同处理,因此可全面提高电网的智能化水平。
六、结语
智能化技术已经越来越广泛地应用于电气工程自动化控制系统，本文通过对智能化技术在电气工程自动化控制中的应用进行研究，对智能化技术的发展现状进行了分析，对智能化技术在若干领域的具体应用进行了有益的探索，对智能化技术的应用具有一定的知道意义。
参考文献
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[6]华树超,孙娜.基于电气工程自动化的智能化技术应用分析[J].科技创新与应用,2012,37（32）:157-158.
[7]耿英会.智能化技术在电气工程自动化控制中的应用[J].科技创新导报,2012,11（2）:65-66.
作者简介
史琼鹏（1977.9）男，河南焦作人，工程师，研究方向:发电厂电气自动化。
论文作者:史琼鹏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/2
标签：电气工程论文; 技术论文; 接触器论文; 自动化控制论文; 智能论文; 在线论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第4期论文;