طراحی یک سیستم کنترل هوشمند برای جداکننده های کاملا بسته در خطوط توزیع
هوشمندسازی به یک جهت مهم توسعه سیستم‌های برق تبدیل شده است. به عنوان یک مولفه کلیدی از سیستم برق، ثبات و امنیت خطوط شبکه توزیع ۱۰ کیلوواتی برای عملکرد کلی شبکه برق حیاتی است. جداکننده 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 جداکننده‌های کاملاً بسته را معرفی می‌کند که بر پایه فناوری هوش مصنوعی طراحی شده و قابلیت‌های کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت، هشدار زودهنگام خطا و غیره را فراهم می‌کند. علاوه بر این، طراحی بهینه شده است تا مصرف انرژی عملیاتی و هزینه‌ها را کاهش دهد و در نتیجه کارایی اقتصادی و پایداری محیطی خطوط توزیع را افزایش دهد.
۱. زمینه تحقیق: ویژگی‌های خطوط توزیع ۱۰ کیلوواتی و جداکننده‌های کاملاً بسته
۱.۱ ویژگی‌ها و مشکلات موجود خطوط توزیع ۱۰ کیلوواتی
خطوط توزیع ۱۰ کیلوواتی یک مؤلفه اصلی از سیستم برق چین هستند که با پوشش گسترده، طول خط‌های بلند، تعداد زیاد گره‌ها و محیط عملیات پیچیده مشخص می‌شوند. این ویژگی‌ها چالش‌های مختلفی را به همراه دارند. ابتدا، طول وسیع و تعداد زیاد گره‌ها باعث سختی در عملیات و نگهداری می‌شود و نیاز به منابع انسانی و مالی زیادی دارد. دوم، به دلیل محیط عملیات پیچیده، خطوط توزیع ۱۰ کیلوواتی به عوامل طبیعی و انسانی بسیار حساس هستند و نرخ خرابی بالایی دارند. سوم، اتلاف انتقال قابل توجه منجر به مصرف انرژی بالا می‌شود. این مسائل چالش‌هایی را برای عملکرد پایدار سیستم برق و توزیع موثر انرژی به وجود می‌آورند. بنابراین، نیاز به اقدامات مؤثر برای حل این مشکلات و بهبود کارایی و پایداری خطوط توزیع ۱۰ کیلوواتی است.
۱.۲ نقش و ویژگی‌های جداکننده‌های کاملاً بسته
جداکننده‌های کاملاً بسته تجهیزات مهم برقی هستند که ویژگی‌هایی مانند کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت، هشدار زودهنگام خطا، اندازه کوچک و عمر طولانی دارند. آنها به طور گسترده در شبکه‌های توزیع برای تقسیم‌بندی، اتصال و تغییر مسیر استفاده می‌شوند. این جداکننده‌ها کارایی عملیاتی را افزایش می‌دهند، نظارت زنده بر وضعیت تغییر دهنده را امکان‌پذیر می‌کنند، داده‌های پشتیبان برای کارکنان نگهداری ارائه می‌دهند، هشدارهای به موقع برای شرایط غیرطبیعی ارسال می‌کنند و نصب و نگهداری آسانی دارند. طراحی کاملاً بسته آنها به طور موثری از تأثیرات محیط خارجی محافظت می‌کند و عمر آنها را افزایش می‌دهد.
۱.۳ مشکلات موجود جداکننده‌های کاملاً بسته فعلی
با وجود مزایای خود، محصولات موجود در بازار هنوز نقاط ضعفی دارند. ابتدا، دقت کنترل دوردست کافی نیست و ممکن است عملیات ناخواسته یا عدم عملکرد رخ دهد که می‌تواند بر پایداری سیستم برق تأثیر بگذارد. دوم، محدوده نظارت بر وضعیت محدود است و نمی‌تواند وضعیت عملیاتی واقعی را به طور کامل منعکس کند که برای کارکنان نگهداری مشکل‌ساز است. سوم، به دلیل نقص طراحی و انتخاب مواد، مصرف انرژی هنوز نسبتاً بالاست که برای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش انتشارات مضر نامطلوب است. بنابراین، بهتر شدن و بهینه‌سازی‌های لازم برای افزایش عملکرد و کیفیت جداکننده‌های کاملاً بسته ضروری است.
۲. معماری سیستم کنترل هوشمند بر پایه هوش مصنوعی برای جداکننده‌های کاملاً بسته
طراحی معماری سیستم کنترل هوشمند
سیستم کنترل هوشمند مؤلفه اصلی برای دستیابی به عملیات خودکار و هوشمند دستگاه‌ها است. برای تأمین نیازهای کنترل و بهبود کارایی عملیاتی، این مقاله یک معماری سیستم کنترل هوشمند شامل حسگرها، ماژول‌های جمع‌آوری داده، ماژول‌های پردازش داده، ماژول‌های کنترل و اجرایی‌ها پیشنهاد می‌کند.
۲.۱ ترکیب و وظایف سیستم سخت‌افزاری
سیستم کنترل هوشمند شامل حسگرها، ماژول‌های جمع‌آوری داده، ماژول‌های پردازش داده، ماژول‌های کنترل و اجرایی‌ها است. حسگرها به عنوان اعضای حسی سیستم، وضعیت دستگاه و پارامترهای محیطی را به طور مداوم نظارت می‌کنند. ماژول جمع‌آوری داده داده‌های حسگرها را پیش‌پردازش می‌کند و آنها را به ماژول پردازش داده منتقل می‌کند. ماژول پردازش داده تحلیل زنده داده‌ها را انجام می‌دهد و بر اساس نتایج تحلیل و اهداف کنترل، استراتژی‌های کنترل را تدوین می‌کند. ماژول کنترل دستورالعمل‌های کنترلی متناسب تولید می‌کند و اجرایی‌ها عملیات کنترل دقیق را انجام می‌دهند. از طریق هماهنگی عملیات این مؤلفه‌ها، سیستم عملیات خودکار و هوشمند دستگاه را تحقق می‌بخشد و کارایی و عملکرد را افزایش می‌دهد.
۲.۲ پیاده‌سازی و جریان کاری سیستم نرم‌افزاری
مؤلفه نرم‌افزاری سیستم کنترل هوشمند پیشنهادی شامل جمع‌آوری داده، پردازش داده، تدوین استراتژی کنترل و کنترل اجرایی است:
(۱) حسگرها به طور مداوم وضعیت دستگاه و پارامترهای محیطی را نظارت می‌کنند و داده‌ها را به ماژول جمع‌آوری داده برای پیش‌پردازش منتقل می‌کنند.
(۲) ماژول پردازش داده داده‌های پیش‌پردازش شده را به طور زنده تحلیل می‌کند، اطلاعات مفید را استخراج می‌کند و بر اساس نتایج تحلیل و اهداف کنترل، استراتژی‌های کنترل را تدوین می‌کند. ماژول کنترل دستورالعمل‌های متناسب را تولید می‌کند و اجرایی‌ها دستگاه را به طور دقیق کنترل می‌کنند، که عملیات خودکار و هوشمند را امکان‌پذیر می‌کند. این جریان کاری اطمینان می‌دهد که دستگاه می‌تواند بر اساس داده‌های زنده و شرایط محیطی به طور پویا تنظیم شود و کارایی و کیفیت عملیاتی را افزایش می‌دهد.
۳. طراحی بهینه جداکننده کاملاً بسته
۳.۱ اهداف و روش‌های بهینه‌سازی
تعریف اهداف بهینه‌سازی واضح—مانند بهبود کارایی عملیاتی، کاهش مصرف انرژی و افزایش پایداری—یک پیش‌شرط برای طراحی سیستم هوشمند است. سپس روش‌های طراحی مناسب، از جمله طراحی بر پایه مدل، الگوریتم‌های بهینه‌سازی و هوش مصنوعی انتخاب می‌شوند تا راه‌حل‌های بهینه را با در نظر گرفتن عوامل متعدد شناسایی کنند.
۳.۲ انتخاب ماده و طراحی ساختاری
بعد از تعریف اهداف و روش‌های بهینه‌سازی، انتخاب ماده و طراحی ساختاری دنبال می‌شود. انتخاب ماده 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 به سادگی و فشردگی هدایت می‌شود تا نگهداری و قابلیت عملکرد را بهبود بخشد.
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 در دنیای واقعی برای جمع‌آوری داده‌های عملکردی است. تأیید آزمایشی برای اطمینان از این که طراحی نیازهای عملی را برآورده می‌کند بسیار مهم است و آخرین مرحله در توسعه سیستم کنترل هوشمند را تشکیل می‌دهد.
4. اجرایی شدن و تأیید آزمایشی سیستم کنترل هوشمند
4.1 اجرایی شدن و تأیید قابلیت کنترل دوردست
کنترل دوردست، یکی از ویژگی‌های کلیدی سیستم هوشمند، امکان کنترل 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 فراهم می‌کند.
(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 پاسخگویی به موقع و سرعت مناسب.
4.3 اجرایی شدن و تأیید قابلیت نظارت بر وضعیت
نظارت بر وضعیت امکان ردیابی زنده وضعیت دستگاه و شناسایی زودهنگام ناهماهنگی‌ها را فراهم می‌کند.
(1) سنسورها و ماژول‌های جمع‌آوری داده یکپارچه شده‌اند تا به طور مداوم داده‌های عملکردی را جمع‌آوری کنند.
(2) ماژول‌های پردازش و تحلیل داده وضعیت عادی یا ناهماهنگ را تعیین می‌کنند.
(3) آزمایش‌ها صحت و قابلیت اطمینان نظارت را تأیید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که ردیابی وضعیت زنده و هشدارهای به موقع یا اقدامات اصلاحی در صورت ناهماهنگی وجود دارد.
4.4 اجرایی شدن و تأیید قابلیت هشدار زودهنگام خرابی
هشدار زودهنگام خرابی پیش از وقوع آن خرابی‌ها را شناسایی می‌کند و تأثیر آنها را بر تولید و زندگی روزمره کاهش می‌دهد.
(1) یک ماژول هشدار زودهنگام خرابی یکپارچه شده است که قابلیت‌های تشخیص، تشخیص و هشدار دادن را دارد.
(2) آزمایش‌ها به موقعیت و صحت هشدارها تأیید می‌کنند. نتایج نشان می‌دهند که سیستم به طور قابل اعتماد خرابی‌های آینده را پیش‌بینی می‌کند و به اپراتورها با اطلاعات قابل اجرا و دقیق هشدار می‌دهد.
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، صحت و سرعت پاسخ ارزیابی می‌شود. تحلیل نتایج آزمایشی مشکلات بالقوه و زمینه‌های بهبود را شناسایی می‌کند و راهنمایی برای توسعه آینده فراهم می‌کند.
5. نتیجه‌گیری
با اجرایی شدن یک سیستم کنترل هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی، قطع‌کننده‌های کاملاً بسته‌بندی‌شده می‌توانند کنترل دوردست، نظارت بر وضعیت و هشدار زودهنگام خرابی را داشته باشند، بنابراین ثبات 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 محیطی را افزایش می‌دهد.
