Disseny d'un sistema de control intel·ligent per a desconnectors totalment tancats en línies de distribució

La intel·ligentització s'ha convertit en una direcció de desenvolupament important per als sistemes elèctrics. Com a component clau del sistema elèctric, l'estabilitat i la seguretat de les línies de xarxa de distribució de 10 kV són vitals per al funcionament general de la xarxa elèctrica. El seccionador totalment tancat, com un dels dispositius clau en les xarxes de distribució, té un paper significatiu; per tant, assolir-ne el control intel·ligent i el disseny optimitzat és d'una gran importància per millorar el rendiment de les línies de distribució.

Aquest article presenta un sistema de control intel·ligent per a seccionadors totalment tancats basat en tecnologia d'intel·ligència artificial, que permet funcions com el control remot, la monitorització d'estat, l'alerta precoç de fallades, entre altres. A més, el disseny s'ha optimitzat per reduir el consum energètic operatiu i els costos, millorant així l'eficiència econòmica i la sostenibilitat ambiental de les línies de distribució.

1. Context de recerca: Característiques de les línies de distribució de 10 kV i dels seccionadors totalment tancats
1.1 Característiques i problemes existents de les línies de distribució de 10 kV
Les línies de distribució de 10 kV són un component fonamental del sistema elèctric xinès, caracteritzades per una àmplia cobertura, longituds de línia llargues, nombrosos nodes i entorns operatius complexos. Aquestes característiques porten diversos reptes. En primer lloc, la gran extensió i el nombre elevat de nodes fan que la gestió i el manteniment siguin difícils, requerint molta mà d'obra i recursos. En segon lloc, degut a l'entorn operatiu complex, les línies de distribució de 10 kV són molt susceptibles a factors naturals i humans, provocant taxes elevades de fallades. En tercer lloc, les pèrdues significatives durant la transmissió provoquen un alt consum energètic. Aquests problemes representen reptes per al funcionament estable del sistema elèctric i la distribució eficient de l'energia. Per tant, calen mesures efectives per abordar aquests problemes i millorar l'eficiència operativa i l'estabilitat de les línies de distribució de 10 kV.

1.2 Paper i característiques dels seccionadors totalment tancats
Els seccionadors totalment tancats són equips elèctrics importants que presenten característiques com el control remot, la monitorització d'estat, l'alerta precoç de fallades, dimensions compactes i una llarga vida útil. S'utilitzen àmpliament en xarxes de distribució per a la segmentació, interconnexió i commutació. Aquests seccionadors milloren l'eficiència operativa, permeten la monitorització en temps real de l'estat dels interruptors, proporcionen suport de dades al personal de manteniment, emeten alertes oportunes davant condicions anòmales i ofereixen una instal·lació i manteniment còmodes. El seu disseny totalment tancat protegeix eficacement contra influències ambientals externes, allargant la vida útil.

1.3 Problemes existents dels seccionadors totalment tancats actuals
Malgrat els seus avantatges, els productes actuals del mercat encara tenen deficiències. En primer lloc, la precisió del control remot és insuficient, cosa que pot provocar operacions no desitjades o mancances d'operació, afectant així l'estabilitat del sistema elèctric. En segon lloc, l'àmbit de monitorització de l'estat és limitat i no pot reflectir completament l'estat operatiu real, dificultant la tasca del personal de manteniment. En tercer lloc, degut a defectes de disseny i selecció de materials, el consum energètic continua sent relativament alt, fet desfavorable per a la conservació d'energia i la reducció d'emissions. Per tant, calen millores i optimitzacions per millorar el rendiment i la qualitat dels seccionadors totalment tancats.

2. Arquitectura del sistema de control intel·ligent basat en IA per a seccionadors totalment tancats
Disseny de l'arquitectura del sistema de control intel·ligent
El sistema de control intel·ligent és el component central per assolir l'automatització i el funcionament intel·ligent del dispositiu. Per satisfer els requisits de control i millorar l'eficiència operativa, aquest article proposa una arquitectura de sistema de control intel·ligent composta per sensors, mòduls d'adquisició de dades, mòduls de processament de dades, mòduls de control i actuadors.

2.1 Composició i funcions del sistema de maquinari
El sistema de control intel·ligent consta de sensors, mòduls d'adquisició de dades, mòduls de processament de dades, mòduls de control i actuadors. Els sensors actuen com òrgans sensorials del sistema, monitoritzant contínuament l'estat del dispositiu i els paràmetres ambientals. El mòdul d'adquisició de dades preprocesa les dades dels sensors i les transmet al mòdul de processament de dades. El mòdul de processament de dades realitza anàlisis en temps real i formula estratègies de control basades en els resultats analítics i els objectius de control. El mòdul de control genera ordres de control corresponents, i els actuadors executen accions de control precises. Mitjançant el funcionament coordinat d'aquests components, el sistema aconsegueix un funcionament automàtic i intel·ligent del dispositiu, millorant l'eficiència i el rendiment.

2.2 Implementació del sistema de programari i flux de treball
El component de programari del sistema de control intel·ligent proposat inclou l'adquisició de dades, el processament de dades, la formulació de l'estratègia de control i el control d'execució:
(1) Els sensors monitoritzen contínuament l'estat del dispositiu i els paràmetres ambientals, transmetent les dades al mòdul d'adquisició de dades per a un preprocés.
(2) El mòdul de processament de dades analitza en temps real les dades preprocesades, extreu informació útil i formula estratègies de control basades en els resultats d'anàlisi i els objectius de control. El mòdul de control emet les instruccions corresponents, i els actuadors controlen amb precisió el dispositiu, permetent un funcionament automàtic i intel·ligent. Aquest flux de treball assegura que el dispositiu pugui ajustar-se dinàmicament segons dades en temps real i condicions ambientals, millorant l'eficiència i la qualitat operativa.

3. Disseny optimitzat del seccionador totalment tancat
3.1 Objectius i mètodes d'optimització
Definir objectius d'optimització clars—com ara millorar l'eficiència operativa, reduir el consum energètic i augmentar l'estabilitat—és un prerequisit per al disseny d'un sistema intel·ligent. Posteriorment es seleccionen mètodes de disseny adequats, inclosos el disseny basat en models, algorismes d'optimització i intel·ligència artificial, per identificar solucions òptimes considerant múltiples factors.

3.2 Selecció de materials i disseny estructural
Després d'establir els objectius i mètodes d'optimització, segueix la selecció de materials i el disseny estructural. La selecció de materials considera el rendiment, el cost i la fiabilitat per satisfer els requisits pràctics. El disseny estructural té en compte la forma, la mida, el pes i la compatibilitat amb altres equips, amb l'objectiu de simplicitat i compacitat per millorar la mantenibilitat i la manejabilitat.

3.3 Avaluació del rendiment i validació experimental
Després del disseny de materials i estructural, s'efectuen l'avaluació del rendiment i la validació experimental. L'avaluació del rendiment utilitza simulacions i models informàtics per preveure el comportament, mentre que la validació experimental implica l'operació en el món real per recopilar dades de rendiment. La validació experimental és crucial per assegurar que el disseny compleixi les necessitats pràctiques i representa l'últim pas en el desenvolupament del sistema de control intel·ligent.

4.Implementació i validació experimental del sistema de control intel·ligent
4.1Implementació i validació de la funcionalitat de control remot
El control remot, una característica clau del sistema intel·ligent, permet l'operació del dispositiu a través d'internet o xarxes sense fil.
(1) S'integra un mòdul de control remot que suporta la recepció, anàlisi i execució de comandes a distància.
(2) Els tests experimentals verifiquen la precisió i estabilitat del control remot. Els resultats confirman que el sistema interpreta i executa correctament les comandes amb una resposta oportuna i una velocitat adequada.

4.3 Implementació i validació de la funcionalitat de monitorització de l'estat
La monitorització de l'estat permet el seguiment en temps real de l'estat del dispositiu i la detecció precoç d'anomalies.
(1) Es integren sensors i mòduls d'adquisició de dades per recopilar dades operatives de manera contínua.
(2) Els mòduls de processament i anàlisi de dades evaluen les dades per determinar si l'estat és normal o anòmal.
(3) Les experiments valoren la precisió i fiabilitat de la monitorització. Els resultats mostren el seguiment en temps real de l'estat i alertes o accions correctives oportunes en cas d'anomalies.

4.4 Implementació i validació de la funcionalitat d'alerta precoç de fallades
L'alerta precoç de fallades detecta possibles errors abans que es produeixin, minimitzant l'impacte en la producció i la vida quotidiana.
(1) S'integra un mòdul d'alerta precoç de fallades amb capacitat de detecció, diagnòstic i avís d'errors.
(2) Els experiments verifiquen la oportunitat i precisió de les alertes. Els resultats mostren que el sistema preveu i alerta els operadors de formes fiables sobre errors imminents amb notificacions precises i actives.

4.5 Avaluació del rendiment del sistema i anàlisi dels resultats experimentals
Després de validar les funcions de control remot, monitorització de l'estat i alerta de fallades, es valora el rendiment general del sistema basant-se en la estabilitat, fiabilitat, precisió i velocitat de resposta. L'anàlisi dels resultats experimentals identifica possibles problemes i àrees d'apriment, proporcionant orientacions per al futur desenvolupament.

5.Conclusió
A través de la implementació d'un sistema de control intel·ligent basat en la intel·ligència artificial, els desconnectors totalment tancats poden assolir el control remot, la monitorització de l'estat i l'alerta precoç de fallades, millorant així la estabilitat i seguretat de les línies de distribució. Alhora, el disseny optimitzat reduïx el consum energètic i els costos operatius, millorant l'eficiència econòmica i la sostenibilitat ambiental.