طراحی سیستم کنترل هوشمند برای جداکننده‌های کاملا بسته‌شونده در خطوط توزیع
هوشمندسازی به یکی از جهت‌های مهم توسعه سیستم‌های برق تبدیل شده است. به عنوان مؤلفه کلیدی در سیستم برق، پایداری و ایمنی خطوط شبکه توزیع ۱۰ کیلوولت برای عملکرد کلی شبکه برق حیاتی است. قطع‌کننده کاملاً بسته به عنوان یکی از دستگاه‌های کلیدی در شبکه‌های توزیع نقش مهمی ایفا می‌کند؛ بنابراین، دستیابی به کنترل هوشمند و طراحی بهینه آن برای افزایش عملکرد خطوط توزیع بسیار مهم است.
این مقاله یک سیستم کنترل هوشمند برای قطع‌کننده‌های کاملاً بسته مبتنی بر فناوری هوش مصنوعی معرفی می‌کند که کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت، هشدار زودهنگام خطا و توابع دیگر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، طراحی بهینه‌سازی شده تا مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهد و در نتیجه کارایی اقتصادی و پایداری محیطی خطوط توزیع را افزایش دهد.
۱.پیش‌زمینه تحقیق: ویژگی‌های خطوط توزیع ۱۰ کیلوولت و قطع‌کننده‌های کاملاً بسته
۱.۱ ویژگی‌ها و مشکلات موجود در خطوط توزیع ۱۰ کیلوولت
خطوط توزیع ۱۰ کیلوولت یکی از مؤلفه‌های اصلی سیستم برق چین هستند که با پوشش گسترده، طول خطوط بلند، تعداد زیاد گره‌ها و محیط عملیات پیچیده مشخص می‌شوند. این ویژگی‌ها چالش‌های متعددی ایجاد می‌کنند. ابتدا، طول وسیع و تعداد زیاد گره‌ها عملیات و نگهداری را دشوار می‌کند و نیاز به نیروی انسانی و منابع زیادی دارد. ثانیاً، به دلیل محیط عملیات پیچیده، خطوط توزیع ۱۰ کیلوولت به عوامل طبیعی و انسانی بسیار حساس هستند که منجر به نرخ بالای خطا می‌شود. ثالثاً، از دست دادن انتقال قابل توجه منجر به مصرف انرژی بالا می‌شود. این مسائل چالش‌هایی برای عملکرد پایدار سیستم برق و توزیع موثر انرژی ایجاد می‌کنند. بنابراین، نیاز به اقدامات مؤثر برای حل این مشکلات و بهبود کارایی و پایداری عملیاتی خطوط توزیع ۱۰ کیلوولت وجود دارد.
۱.۲ نقش و ویژگی‌های قطع‌کننده‌های کاملاً بسته
قطع‌کننده‌های کاملاً بسته دستگاه‌های مهم برقی هستند که دارای کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت، هشدار زودهنگام خطا، حجم کوچک و عمر طولانی هستند. این قطعکنندهها به طور گسترده در شبکه‌های توزیع برای تقسیم‌بندی، اتصال و مبدل‌گیری استفاده می‌شوند. این قطعکنندهها کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهند، نظارت زنده بر وضعیت قطع‌کننده را فراهم می‌کنند، داده‌های حمایتی برای کارکنان نگهداری ارائه می‌دهند، هشدارهای به موقع برای شرایط غیرطبیعی ارسال می‌کنند و نصب و نگهداری آسان را ارائه می‌دهند. طراحی کاملاً بسته آنها به طور مؤثری از تأثیرات محیطی خارجی محافظت می‌کند و عمر را افزایش می‌دهد.
۱.۳ مشکلات موجود در قطع‌کننده‌های کاملاً بسته فعلی
با وجود مزایای خود، محصولات موجود در بازار هنوز نقاط ضعفی دارند. اولاً، دقت کنترل دوردست کافی نیست که ممکن است عملیات غیرمنتظره یا عدم عملکرد را ایجاد کند و در نتیجه پایداری سیستم برق را تحت تأثیر قرار دهد. ثانیاً، دامنه نظارت بر وضعیت محدود است و نمی‌تواند وضعیت عملیاتی واقعی را به طور کامل نشان دهد که برای کارکنان نگهداری مشکل ایجاد می‌کند. ثالثاً، به دلیل نقص طراحی و انتخاب مواد، مصرف انرژی همچنان نسبتاً بالاست که برای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش تولید آلاینده‌ها مغایرت دارد. بنابراین، بهبود و بهینه‌سازی برای افزایش عملکرد و کیفیت قطع‌کننده‌های کاملاً بسته ضروری است.
۲.ساختار سیستم کنترل هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی برای قطع‌کننده‌های کاملاً بسته
طراحی ساختار سیستم کنترل هوشمند
سیستم کنترل هوشمند مؤلفه اصلی برای دستیابی به عملکرد خودکار و هوشمند دستگاه‌ها است. برای برآورده کردن نیازهای کنترل و بهبود کارایی عملیاتی، این مقاله یک ساختار سیستم کنترل هوشمند متشکل از سنسورها، ماژول‌های جمع‌آوری داده، ماژول‌های پردازش داده، ماژول‌های کنترل و آکتورها پیشنهاد می‌کند.
۲.۱ ترکیب و وظایف سیستم سخت‌افزاری
سیستم کنترل هوشمند شامل سنسورها، ماژول‌های جمع‌آوری داده، ماژول‌های پردازش داده، ماژول‌های کنترل و آکتورها است. سنسورها به عنوان اعضای حسی سیستم عمل می‌کنند و به طور مداوم وضعیت دستگاه و پارامترهای محیطی را نظارت می‌کنند. ماژول جمع‌آوری داده داده‌های سنسورها را پیش‌پردازی می‌کند و آنها را به ماژول پردازش داده منتقل می‌کند. ماژول پردازش داده به طور واقعی داده‌ها را تحلیل می‌کند و بر اساس نتایج تحلیل و اهداف کنترلی استراتژی‌های کنترلی را تدوین می‌کند. ماژول کنترل دستورالعمل‌های مربوطه را تولید می‌کند و آکتورها عملیات کنترل دقیق را اجرا می‌کنند. از طریق هماهنگی عملیات این مؤلفه‌ها، سیستم عملکرد خودکار و هوشمند دستگاه را انجام می‌دهد و کارایی و عملکرد را افزایش می‌دهد.
۲.۲ پیاده‌سازی و فرآیند کار سیستم نرم‌افزاری
مؤلفه نرم‌افزاری سیستم کنترل هوشمند پیشنهادی شامل جمع‌آوری داده، پردازش داده، تدوین استراتژی کنترل و کنترل اجرایی است:
(۱) سنسورها به طور مداوم وضعیت دستگاه و پارامترهای محیطی را نظارت می‌کنند و داده‌ها را به ماژول جمع‌آوری داده برای پیش‌پردازی منتقل می‌کنند.
(۲) ماژول پردازش داده داده‌های پیش‌پردازی شده را به طور واقعی تحلیل می‌کند، اطلاعات مفید را استخراج می‌کند و بر اساس نتایج تحلیل و اهداف کنترلی استراتژی‌های کنترلی را تدوین می‌کند. ماژول کنترل دستورالعمل‌های مربوطه را تولید می‌کند و آکتورها دستگاه را به طور دقیق کنترل می‌کنند که عملکرد خودکار و هوشمند را فراهم می‌کند. این فرآیند کار اطمینان می‌دهد که دستگاه می‌تواند بر اساس داده‌های واقعی و شرایط محیطی به طور پویا تنظیم شود و کارایی و کیفیت عملیاتی را افزایش می‌دهد.
۳.طراحی بهینه قطع‌کننده کاملاً بسته
۳.۱اهداف و روش‌های بهینه‌سازی
تعریف اهداف بهینه‌سازی واضح—مانند بهبود کارایی عملیاتی، کاهش مصرف انرژی و افزایش پایداری—یک پیش‌نیاز برای طراحی سیستم هوشمند است. سپس روش‌های طراحی مناسب، از جمله طراحی مبتنی بر مدل، الگوریتم‌های بهینه‌سازی و هوش مصنوعی انتخاب می‌شوند تا راه‌حل‌های بهینه را با در نظر گرفتن عوامل چندگانه شناسایی کنند.
۳.۲انتخاب مواد و طراحی ساختاری
بعد از تعریف اهداف و روش‌های بهینه‌سازی، انتخاب مواد و طراحی ساختاری انجام می‌شود. انتخاب مواد عملکرد، هزینه و قابلیت اطمینان را در نظر می‌گیرد تا نیازهای عملی را برآورده کند. طراحی ساختاری شکل، اندازه، وزن و سازگاری با تجهیزات دیگر را در نظر می‌گیرد و هدف آن سادگی و فشردگی است تا قابلیت نگهداری و عملیاتی را افزایش دهد.
3.3 ارزیابی عملکرد و تأیید آزمایشی
پس از طراحی ماده و ساختار، ارزیابی عملکرد و تأیید آزمایشی انجام می‌شود. ارزیابی عملکرد از شبیه‌سازی و مدل‌سازی کامپیوتری برای پیش‌بینی رفتار استفاده می‌کند، در حالی که تأیید آزمایشی شامل عملکرد واقعی برای جمع‌آوری داده‌های عملکردی است. تأیید آزمایشی برای اطمینان از اینکه طراحی نیازهای عملی را برآورده می‌کند و آخرین مرحله توسعه سیستم کنترل هوشمند را نشان می‌دهد، بسیار مهم است.
4. پیاده‌سازی و تأیید آزمایشی سیستم کنترل هوشمند
4.1 پیاده‌سازی و تأیید قابلیت کنترل دوردست
کنترل دوردست، یک ویژگی کلیدی سیستم هوشمند، امکان عملکرد دستگاه از طریق اینترنت یا شبکه‌های بی‌سیم را فراهم می‌کند.
(1) یک ماژول کنترل دوردست یکپارچه شده است که حمایت از دریافت، تجزیه و اجرا دستورات دوردست را ارائه می‌دهد.
(2) آزمایش‌های تجربی صحت و ثبات کنترل دوردست را تأیید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که سیستم به درستی دستورات را تفسیر و اجرا می‌کند با پاسخ به موقع و سرعت کافی.
4.3 پیاده‌سازی و تأیید قابلیت نظارت بر وضعیت
نظارت بر وضعیت امکان پیگیری زنده وضعیت دستگاه و تشخیص زودهنگام ناهماهنگی‌ها را فراهم می‌کند.
(1) سنسورها و ماژول‌های جمع‌آوری داده یکپارچه شده‌اند تا داده‌های عملکردی را به طور مداوم جمع‌آوری کنند.
(2) ماژول‌های پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها داده‌ها را ارزیابی می‌کنند تا وضعیت عادی یا غیرعادی را تعیین کنند.
(3) آزمایش‌ها صحت و قابلیت اطمینان نظارت را تأیید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که پیگیری زنده وضعیت و هشدارهای به موقع یا اقدامات اصلاحی در صورت ناهماهنگی‌ها وجود دارد.
4.4 پیاده‌سازی و تأیید قابلیت هشدار زودهنگام خرابی
هشدار زودهنگام خرابی خرابی‌های بالقوه را قبل از وقوع آنها تشخیص می‌دهد و تأثیر آنها را بر تولید و زندگی روزمره کاهش می‌دهد.
(1) یک ماژول هشدار زودهنگام خرابی یکپارچه شده است که قابلیت تشخیص، تشخیص و هشدار خرابی را دارد.
(2) آزمایش‌ها به موقعیت و صحت هشدارها را تأیید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که سیستم به طور قابل اعتماد خرابی‌های آینده را پیش‌بینی و به اپراتورها هشدار می‌دهد با اطلاعات عملی و دقیق.
4.5 ارزیابی عملکرد سیستم و تحلیل نتایج آزمایشی
پس از تأیید قابلیت‌های کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت و هشدار زودهنگام خرابی، عملکرد کلی سیستم بر اساس ثبات، قابلیت اطمینان، دقت و سرعت پاسخ ارزیابی می‌شود. تحلیل نتایج آزمایشی مشکلات بالقوه و زمینه‌های بهبود را شناسایی می‌کند و راهنمایی برای توسعه آینده ارائه می‌دهد.
5. نتیجه‌گیری
با پیاده‌سازی یک سیستم کنترل هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی، جداکننده‌های کاملاً بسته‌شده می‌توانند کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت و هشدار زودهنگام خرابی را به دست آورند و بدین ترتیب پایداری و ایمنی خطوط توزیع را افزایش می‌دهند. همزمان، طراحی بهینه مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد و بهبود می‌بخشد، کارایی اقتصادی و پایداری محیط زیست را افزایش می‌دهد.
