Σχεδίαση Ενός Νοημονικού Συστήματος Ελέγχου για Πλήρως Κλειστούς Διαχωριστές σε Γραμμές Διανομής

Η εξυπνοποίηση έχει γίνει σημαντική κατεύθυνση ανάπτυξης για τα ηλεκτρικά συστήματα. Ως κρίσιμο συστατικό του ηλεκτρικού συστήματος, η σταθερότητα και η ασφάλεια των γραμμών διανομής 10 kV είναι ζωτικής σημασίας για τη συνολική λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου. Ο πλήρως κλειστός διακόπτης, ως ένα από τα βασικά συστατικά στα δίκτυα διανομής, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο· επομένως, η επίτευξη έξυπνου ελέγχου και βελτιστοποιημένου σχεδιασμού έχει μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της απόδοσης των γραμμών διανομής.

Αυτή η εργασία παρουσιάζει ένα έξυπνο σύστημα ελέγχου για πλήρως κλειστούς διακόπτες με βάση την τεχνολογία της τεχνητής νοημοσύνης, το οποίο επιτρέπει λειτουργίες όπως απομακρυσμένος έλεγχος, παρακολούθηση κατάστασης, προειδοποίηση για βλάβες και άλλες. Επιπλέον, ο σχεδιασμός βελτιστοποιείται για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και των κοστών λειτουργίας, βελτιώνοντας έτσι την οικονομική αποδοτικότητα και την περιβαλλοντική βιωσιμότητα των γραμμών διανομής.

1.Εισαγωγή: Χαρακτηριστικά των γραμμών διανομής 10 kV και των πλήρως κλειστών διακοπτών
1.1 Χαρακτηριστικά και υπάρχοντα προβλήματα των γραμμών διανομής 10 kV
Οι γραμμές διανομής 10 kV αποτελούν βασικό συστατικό του ηλεκτρικού συστήματος της Κίνας, με χαρακτηριστικά όπως ευρεία κάλυψη, μεγάλο μήκος γραμμών, πολλοί κόμβοι και πολύπλοκα λειτουργικά περιβάλλοντα. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιφέρουν αρκετές προκλήσεις. Πρώτον, το μεγάλο μήκος και ο μεγάλος αριθμός κόμβων καθιστούν δύσκολη τη λειτουργία και τη συντήρηση, απαιτώντας σημαντικό ανθρώπινο και υλικό κεφάλαιο. Δεύτερον, λόγω του πολύπλοκου λειτουργικού περιβάλλοντος, οι γραμμές διανομής 10 kV είναι εξαιρετικά ευάλωτες σε φυσικούς και ανθρωπογενείς παράγοντες, με αποτέλεσμα υψηλό ποσοστό βλαβών. Τρίτον, οι σημαντικές απώλειες μεταφοράς οδηγούν σε υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Αυτά τα προβλήματα δημιουργούν προκλήσεις για τη σταθερή λειτουργία του ηλεκτρικού συστήματος και την αποτελεσματική διανομή ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, απαιτούνται αποτελεσματικά μέτρα για την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων και τη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης και σταθερότητας των γραμμών διανομής 10 kV.

1.2 Ρόλος και χαρακτηριστικά των πλήρως κλειστών διακοπτών
Οι πλήρως κλειστοί διακόπτες είναι σημαντικός ηλεκτρικός εξοπλισμός με χαρακτηριστικά όπως απομακρυσμένος έλεγχος, παρακολούθηση κατάστασης, προειδοποίηση για βλάβες, μικρό μέγεθος και μεγάλη διάρκεια ζωής. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε δίκτυα διανομής για διαχωρισμό, διασύνδεση και εναλλαγή. Αυτοί οι διακόπτες βελτιώνουν τη λειτουργική απόδοση, επιτρέπουν την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο της κατάστασης των διακοπτών, παρέχουν υποστήριξη δεδομένων στο προσωπικό συντήρησης, εκδίδουν έγκαιρες προειδοποιήσεις για ασυνήθιστες καταστάσεις και προσφέρουν εύκολη εγκατάσταση και συντήρηση. Η πλήρως κλειστή σχεδίαση τους αποτρέπει αποτελεσματικά τις εξωτερικές περιβαλλοντικές επιρροές, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής τους.

1.3 Υπάρχοντα προβλήματα των τρεχόντων πλήρως κλειστών διακοπτών
Παρά τα πλεονεκτήματά τους, τα τρέχοντα προϊόντα στην αγορά έχουν ακόμη ελλείψεις. Πρώτον, η ακρίβεια του απομακρυσμένου ελέγχου δεν είναι επαρκής, με κίνδυνο ακούσιες λειτουργίες ή αποτυχία λειτουργίας, που επηρεάζει τη σταθερότητα του ηλεκτρικού συστήματος. Δεύτερον, το πεδίο παρακολούθησης κατάστασης είναι περιορισμένο και δεν μπορεί να αντικατοπτρίσει πλήρως την πραγματική λειτουργική κατάσταση, δημιουργώντας δυσκολίες για το προσωπικό συντήρησης. Τρίτον, λόγω σχεδιαστικών ελλείψεων και επιλογής υλικών, η κατανάλωση ενέργειας παραμένει σχετικά υψηλή, κάτι που δεν ευνοεί την εξοικονόμηση ενέργειας και τη μείωση εκπομπών. Ως εκ τούτου, απαιτούνται βελτιώσεις και βελτιστοποιήσεις για τη βελτίωση της απόδοσης και της ποιότητας των πλήρως κλειστών διακοπτών.

2.Αρχιτεκτονική του Έξυπνου Συστήματος Ελέγχου Βασισμένου σε ΤΝ για Πλήρως Κλειστούς Διακόπτες
Σχεδιασμός της αρχιτεκτονικής του έξυπνου συστήματος ελέγχου
Το έξυπνο σύστημα ελέγχου είναι το βασικό συστατικό για την επίτευξη αυτοματοποιημένης και έξυπνης λειτουργίας της συσκευής. Για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις ελέγχου και να βελτιωθεί η λειτουργική απόδοση, αυτή η εργασία προτείνει μια αρχιτεκτονική έξυπνου συστήματος ελέγχου που αποτελείται από αισθητήρες, μονάδες συλλογής δεδομένων, μονάδες επεξεργασίας δεδομένων, μονάδες ελέγχου και ενεργοποιητές.

2.1 Σύνθεση και λειτουργίες του υλικού συστήματος
Το έξυπνο σύστημα ελέγχου αποτελείται από αισθητήρες, μονάδες συλλογής δεδομένων, μονάδες επεξεργασίας δεδομένων, μονάδες ελέγχου και ενεργοποιητές. Οι αισθητήρες λειτουργούν ως αισθητήρια όργανα του συστήματος, παρακολουθώντας συνεχώς την κατάσταση της συσκευής και τις παραμέτρους του περιβάλλοντος. Η μονάδα συλλογής δεδομένων προ-επεξεργάζεται τα δεδομένα των αισθητήρων και τα μεταδίδει στη μονάδα επεξεργασίας δεδομένων. Η μονάδα επεξεργασίας δεδομένων εκτελεί πραγματική ανάλυση και διαμορφώνει στρατηγικές ελέγχου βάσει των αποτελεσμάτων ανάλυσης και των στόχων ελέγχου. Η μονάδα ελέγχου παράγει τις αντίστοιχες εντολές ελέγχου, και οι ενεργοποιητές εκτελούν ακριβείς ενέργειες ελέγχου. Μέσω της συντονισμένης λειτουργίας αυτών των συστατικών, το σύστημα επιτυγχάνει αυτοματοποιημένη και έξυπνη λειτουργία της συσκευής, βελτιώνοντας την απόδοση και την επίδοση.

2.2 Υλοποίηση και ροή εργασίας του λογισμικού συστήματος
Το λογισμικό συστατικό του προτεινόμενου έξυπνου συστήματος ελέγχου περιλαμβάνει συλλογή δεδομένων, επεξεργασία δεδομένων, διαμόρφωση στρατηγικής ελέγχου και εκτέλεση ελέγχου:
(1) Οι αισθητήρες παρακολουθούν συνεχώς την κατάσταση της συσκευής και τις παραμέτρους του περιβάλλοντος, μεταδίδοντας δεδομένα στη μονάδα συλλογής δεδομένων για προ-επεξεργασία.
(2) Η μονάδα επεξεργασίας δεδομένων αναλύει σε πραγματικό χρόνο τα προ-επεξεργασμένα δεδομένα, εξάγει χρήσιμες πληροφορίες και διαμορφώνει στρατηγικές ελέγχου βάσει των αποτελεσμάτων ανάλυσης και των στόχων ελέγχου. Η μονάδα ελέγχου εκδίδει αντίστοιχες εντολές, και οι ενεργοποιητές ελέγχουν με ακρίβεια τη συσκευή, επιτρέποντας αυτοματοποιημένη και έξυπνη λειτουργία. Αυτή η ροή εργασίας εξασφαλίζει ότι η συσκευή μπορεί να προσαρμόζεται δυναμικά βάσει των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και των περιβαλλοντικών συνθηκών, βελτιώνοντας τη λειτουργική απόδοση και ποιότητα.

3.Βελτιστοποιημένος Σχεδιασμός του Πλήρως Κλειστού Διακόπτη
3.1 Στόχοι και μέθοδοι βελτιστοποίησης
Η ορισμένη διατύπωση στόχων βελτιστοποίησης—όπως η βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης, η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και η ενίσχυση της σταθερότητας—είναι προϋπόθεση για τον έξυπνο σχεδιασμό του συστήματος. Στη συνέχεια, επιλέγονται κατάλληλες μέθοδοι σχεδιασμού, όπως ο σχεδιασμός βασισμένος σε μοντέλα, αλγόριθμοι βελτιστοποίησης και τεχνητή νοημοσύνη, για τον εντοπισμό των βέλτιστων λύσεων λαμβάνοντας υπόψη πολλαπλούς παράγοντες.

3.2 Επιλογή υλικών και σχεδιασμός δομής
Μετά την εγκαθίδρυση των στόχων και των μεθόδων βελτιστοποίησης, ακολουθεί η επιλογή υλικών και ο σχεδιασμός της δομής. Η επιλογή υλικών λαμβάνει υπόψη την απόδοση, το κόστος και την αξιοπιστία για να πληρούνται οι πρακτικές απαιτήσεις. Ο σχεδιασμός της δομής λαμβάνει υπόψη το σχήμα, το μέγεθος, το βάρος και τη συμβατότητα με άλλον εξοπλισμό, με στόχο την απλότητα και τη συμπαγή διάταξη για βελτίωση της συντήρησης και της λειτουργικότητας.

3.3 Αξιολόγηση απόδοσης και πειραματική επαλήθευση
Μετά την επιλογή υλικών και σχεδιασμό δομής, διεξάγεται η αξιολόγηση απόδοσης και η πειραματική επαλήθευση. Η αξιολόγηση απόδοσης χρησιμοποιεί προσομοιώσεις και μοντέλα υπολογιστών για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς, ενώ η πειραματική επαλήθευση περιλαμβάνει λειτουργία στην πραγματικότητα για τη συλλογή δεδομένων απόδοσης. Η πειραματική επαλήθευση είναι κρίσιμη για να εξασφαλιστεί ότι ο σχεδιασμός ανταποκρίνεται στις πρακτικές ανάγκες και αντιπροσωπεύει το τελικό βήμα στην ανάπτυξη του συστήματος ευφυούς ελέγχου.

4.Εφαρμογή και πειραματική επαλήθευση του συστήματος ευφυούς ελέγχου
4.1 Εφαρμογή και επαλήθευση της λειτουργίας απομακρυσμένου ελέγχου
Ο απομακρυσμένος έλεγχος, μια βασική λειτουργία του ευφυούς συστήματος, επιτρέπει τη λειτουργία του συστήματος μέσω του διαδικτύου ή των ασύρματων δικτύων.
(1) Ολοκληρώνεται ένα μέτρο απομακρυσμένου ελέγχου, υποστηρίζοντας τη λήψη, την ανάλυση και την εκτέλεση απομακρυσμένων εντολών.
(2) Πειραματικά τεστ επαληθεύουν την ακρίβεια και τη σταθερότητα του απομακρυσμένου ελέγχου. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν ότι το σύστημα ερμηνεύει και εκτελεί σωστά τις εντολές με συντονισμένη απάντηση και αρκετή ταχύτητα.

4.3 Εφαρμογή και επαλήθευση της λειτουργίας παρακολούθησης κατάστασης
Η παρακολούθηση κατάστασης επιτρέπει την πραγματικοποιημένη παρακολούθηση της κατάστασης του συστήματος και την πρόωρη ανίχνευση ανωμαλιών.
(1) Ολοκληρώνονται αισθητήρες και μοντούλα συλλογής δεδομένων για τη συνεχή συλλογή λειτουργικών δεδομένων.
(2) Μοντούλα επεξεργασίας και ανάλυσης δεδομένων αξιολογούν τα δεδομένα για την καθορίζουν την κανονική ή ανώμαλη κατάσταση.
(3) Πειραματικά τεστ επαληθεύουν την ακρίβεια και την αξιοπιστία της παρακολούθησης. Τα αποτελέσματα δείχνουν την πραγματικοποιημένη παρακολούθηση της κατάστασης και την εγκαίρως προειδοποίηση ή την επιβολή διορθωτικών μέτρων σε περίπτωση ανωμαλιών.

4.4 Εφαρμογή και επαλήθευση της λειτουργίας πρόωρης προειδοποίησης για σφάλματα
Η πρόωρη προειδοποίηση για σφάλματα ανιχνεύει δυνητικά σφάλματα πριν αυτά συμβούν, μειώνοντας τον αντίκτυπο στην παραγωγή και στην καθημερινή ζωή.
(1) Ολοκληρώνεται ένα μέτρο πρόωρης προειδοποίησης για σφάλματα, με δυνατότητες ανίχνευσης, διάγνωσης και προειδοποίησης σφαλμάτων.
(2) Πειραματικά τεστ επαληθεύουν την εγκαιρία και την ακρίβεια των προειδοποιήσεων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το σύστημα προβλέπει και προειδοποιεί εγκαίρως τους τεχνικούς για προσεχή σφάλματα με αξιόπιστες και ακριβείς ειδοποιήσεις.

4.5 Αξιολόγηση απόδοσης του συστήματος και ανάλυση πειραματικών αποτελεσμάτων
Μετά την επαλήθευση των λειτουργιών απομακρυσμένου ελέγχου, παρακολούθησης κατάστασης και πρόωρης προειδοποίησης για σφάλματα, η συνολική απόδοση του συστήματος αξιολογείται με βάση τη σταθερότητα, την αξιοπιστία, την ακρίβεια και την ταχύτητα απόκρισης. Η ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων αναδεικνύει πιθανά προβλήματα και τομείς βελτίωσης, παρέχοντας οδηγίες για τη μελλοντική ανάπτυξη.

5.Συμπέρασμα
Μέσω της εφαρμογής ενός συστήματος ευφυούς ελέγχου βασισμένου στην τεχνητή νοημοσύνη, τα πλήρως κλειστά διακόπτες μπορούν να επιτευχθούν ο απομακρυσμένος έλεγχος, η παρακολούθηση κατάστασης και η πρόωρη προειδοποίηση για σφάλματα, ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα και την ασφάλεια των διανομικών γραμμών. Παράλληλα, ο βελτιωμένος σχεδιασμός μειώνει την ενεργειακή κατανάλωση και το κόστος λειτουργίας, βελτιώνοντας την οικονομική αποδοτικότητα και την περιβαλλοντική βιωσιμότητα.