Diseño de un Sistema de Control Inteligente para Desconectores Totalmente Cerrados en Líneas de Distribución

La inteligentización se ha convertido en una dirección de desarrollo importante para los sistemas de energía. Como un componente crítico del sistema de energía, la estabilidad y seguridad de las líneas de distribución de 10 kV son vitales para el funcionamiento general de la red eléctrica. El interruptor desconectador totalmente cerrado, como uno de los dispositivos clave en las redes de distribución, juega un papel significativo; por lo tanto, lograr su control inteligente y diseño optimizado es de gran importancia para mejorar el rendimiento de las líneas de distribución.

Este artículo introduce un sistema de control inteligente para interruptores desconectadores totalmente cerrados basado en tecnología de inteligencia artificial, permitiendo control remoto, monitoreo de estado, alerta temprana de fallas y otras funciones. Además, el diseño se optimiza para reducir el consumo de energía operativa y los costos, mejorando así la eficiencia económica y la sostenibilidad ambiental de las líneas de distribución.

1. Antecedentes de la investigación: Características de las líneas de distribución de 10 kV e interruptores desconectadores totalmente cerrados
1.1 Características y problemas existentes de las líneas de distribución de 10 kV
Las líneas de distribución de 10 kV son un componente central del sistema de energía de China, caracterizadas por una amplia cobertura, largas longitudes de línea, numerosos nodos y entornos de operación complejos. Estas características traen varios desafíos. En primer lugar, la extensa longitud y el gran número de nodos dificultan la operación y el mantenimiento, requiriendo una gran cantidad de mano de obra y recursos. En segundo lugar, debido al entorno de operación complejo, las líneas de distribución de 10 kV son altamente susceptibles a factores naturales y humanos, resultando en altas tasas de fallos. Tercero, las pérdidas de transmisión significativas llevan a un alto consumo de energía. Estos problemas plantean desafíos para la operación estable del sistema de energía y la distribución eficiente de la electricidad. Por lo tanto, se necesitan medidas efectivas para abordar estos problemas y mejorar la eficiencia operativa y la estabilidad de las líneas de distribución de 10 kV.

1.2 Rol y características de los interruptores desconectadores totalmente cerrados
Los interruptores desconectadores totalmente cerrados son equipos de energía importantes que cuentan con control remoto, monitoreo de estado, alerta temprana de fallas, tamaño compacto y larga vida útil. Se utilizan ampliamente en redes de distribución para segmentación, interconexión y conmutación. Estos interruptores aumentan la eficiencia operativa, permiten el monitoreo en tiempo real del estado de los interruptores, proporcionan datos de apoyo para el personal de mantenimiento, emiten advertencias oportunas para condiciones anormales y ofrecen una instalación y mantenimiento convenientes. Su diseño totalmente cerrado protege eficazmente contra las influencias externas, prolongando la vida útil.

1.3 Problemas existentes con los interruptores desconectadores totalmente cerrados actuales
A pesar de sus ventajas, los productos del mercado actual aún tienen deficiencias. En primer lugar, la precisión del control remoto es insuficiente, lo que puede causar operaciones no deseadas o fallo en la operación, afectando la estabilidad del sistema de energía. En segundo lugar, el alcance del monitoreo de estado es limitado y no puede reflejar completamente el estado operativo real, lo que dificulta el trabajo del personal de mantenimiento. Tercero, debido a defectos de diseño y selección de materiales, el consumo de energía sigue siendo relativamente alto, lo que es desfavorable para la conservación de energía y la reducción de emisiones. Por lo tanto, son necesarias mejoras y optimizaciones para mejorar el rendimiento y la calidad de los interruptores desconectadores totalmente cerrados.

2. Arquitectura del sistema de control inteligente basado en IA para interruptores desconectadores totalmente cerrados
Diseño de la arquitectura del sistema de control inteligente
El sistema de control inteligente es el componente central para lograr la operación automatizada e inteligente de los dispositivos. Para cumplir con los requisitos de control y mejorar la eficiencia operativa, este artículo propone una arquitectura de sistema de control inteligente compuesta por sensores, módulos de adquisición de datos, módulos de procesamiento de datos, módulos de control y actuadores.

2.1 Composición y funciones del sistema de hardware
El sistema de control inteligente consta de sensores, módulos de adquisición de datos, módulos de procesamiento de datos, módulos de control y actuadores. Los sensores actúan como los órganos sensoriales del sistema, monitoreando continuamente el estado del dispositivo y los parámetros ambientales. El módulo de adquisición de datos preprocesa los datos de los sensores y los transmite al módulo de procesamiento de datos. El módulo de procesamiento de datos realiza un análisis en tiempo real y formula estrategias de control basadas en los resultados del análisis y los objetivos de control. El módulo de control genera comandos de control correspondientes, y los actuadores ejecutan acciones de control precisas. A través de la operación coordinada de estos componentes, el sistema logra la operación automatizada e inteligente del dispositivo, mejorando la eficiencia y el rendimiento.

2.2 Implementación y flujo de trabajo del sistema de software
El componente de software del sistema de control inteligente propuesto incluye adquisición de datos, procesamiento de datos, formulación de estrategias de control y control de ejecución:
(1) Los sensores monitorean continuamente el estado del dispositivo y los parámetros ambientales, transmitiendo los datos al módulo de adquisición de datos para el preprocesamiento.
(2) El módulo de procesamiento de datos analiza los datos preprocesados en tiempo real, extrae información útil y formula estrategias de control basadas en los resultados del análisis y los objetivos de control. El módulo de control emite instrucciones en consecuencia, y los actuadores controlan el dispositivo con precisión, permitiendo la operación automatizada e inteligente. Este flujo de trabajo asegura que el dispositivo pueda ajustarse dinámicamente según los datos y las condiciones ambientales en tiempo real, mejorando la eficiencia y la calidad operativa.

3. Diseño optimizado del interruptor desconectador totalmente cerrado
3.1 Objetivos y métodos de optimización
Definir objetivos de optimización claros, como mejorar la eficiencia operativa, reducir el consumo de energía y mejorar la estabilidad, es un requisito previo para el diseño del sistema inteligente. Luego se seleccionan métodos de diseño apropiados, incluyendo el diseño basado en modelos, algoritmos de optimización y inteligencia artificial, para identificar soluciones óptimas considerando múltiples factores.

3.2 Selección de materiales y diseño estructural
Después de establecer los objetivos y métodos de optimización, se procede a la selección de materiales y al diseño estructural. La selección de materiales considera el rendimiento, el costo y la confiabilidad para cumplir con los requisitos prácticos. El diseño estructural tiene en cuenta la forma, el tamaño, el peso y la compatibilidad con otros equipos, buscando simplicidad y compacidad para mejorar la mantenibilidad y la operatividad.

3.3 Evaluación de rendimiento y validación experimental
Tras el diseño de materiales y estructuras, se lleva a cabo la evaluación de rendimiento y la validación experimental. La evaluación de rendimiento utiliza simulaciones y modelado por computadora para predecir el comportamiento, mientras que la validación experimental implica la operación en el mundo real para recopilar datos de rendimiento. La validación experimental es crucial para asegurar que el diseño cumple con las necesidades prácticas y representa el paso final en el desarrollo del sistema de control inteligente.

4.Implementación y validación experimental del sistema de control inteligente
4.1 Implementación y validación de la funcionalidad de control remoto
El control remoto, una característica clave del sistema inteligente, permite la operación de dispositivos a través de internet o redes inalámbricas.
(1) Se integra un módulo de control remoto, que soporta la recepción, análisis y ejecución de comandos remotos.
(2) Las pruebas experimentales verifican la precisión y estabilidad del control remoto. Los resultados confirman que el sistema interpreta y ejecuta correctamente los comandos con una respuesta oportuna y velocidad adecuada.

4.3 Implementación y validación de la funcionalidad de monitoreo de condiciones
El monitoreo de condiciones permite el seguimiento en tiempo real del estado del dispositivo y la detección temprana de anomalías.
(1) Se integran sensores y módulos de adquisición de datos para recopilar datos operativos de manera continua.
(2) Los módulos de procesamiento y análisis de datos evalúan los datos para determinar si el estado es normal o anormal.
(3) Las experiencias validan la precisión y confiabilidad del monitoreo. Los resultados demuestran el seguimiento en tiempo real del estado y alertas o acciones correctivas oportunas ante anomalías.

4.4 Implementación y validación de la funcionalidad de advertencia temprana de fallos
La advertencia temprana de fallos detecta posibles fallas antes de que ocurran, minimizando su impacto en la producción y la vida diaria.
(1) Se integra un módulo de advertencia temprana de fallos, que cuenta con capacidades de detección, diagnóstico y alerta de fallos.
(2) Las experiencias verifican la puntualidad y precisión de las advertencias. Los resultados muestran que el sistema predice y alerta a los operadores sobre fallos inminentes de manera fiable, con notificaciones precisas y ejecutables.

4.5 Evaluación del rendimiento del sistema y análisis de resultados experimentales
Después de validar las funciones de control remoto, monitoreo de condiciones y advertencia de fallos, se evalúa el rendimiento general del sistema en términos de estabilidad, confiabilidad, precisión y velocidad de respuesta. El análisis de los resultados experimentales identifica posibles problemas y áreas de mejora, proporcionando orientación para el desarrollo futuro.

5.Conclusión
Al implementar un sistema de control inteligente basado en inteligencia artificial, los interruptores de desconexión totalmente cerrados pueden lograr control remoto, monitoreo de condiciones y advertencia temprana de fallos, mejorando así la estabilidad y seguridad de las líneas de distribución. Al mismo tiempo, un diseño optimizado reduce el consumo de energía operativa y los costos, mejorando la eficiencia económica y la sostenibilidad ambiental.