Progettazione di un Sistema di Controllo Intelligente per Interruttori a Isolamento Completo nelle Linee di Distribuzione
L'intelligenza artificiale è diventata una direzione di sviluppo importante per i sistemi elettrici. Come componente critico del sistema elettrico, la stabilità e la sicurezza delle linee di distribuzione a 10 kV sono fondamentali per il funzionamento complessivo della rete elettrica. Il disgiuntore completamente chiuso, come uno dei dispositivi chiave nelle reti di distribuzione, svolge un ruolo significativo; pertanto, raggiungere il suo controllo intelligente e la progettazione ottimizzata è di grande importanza per migliorare le prestazioni delle linee di distribuzione.
Questo articolo introduce un sistema di controllo intelligente per disgiuntori completamente chiusi basato sulla tecnologia di intelligenza artificiale, che consente il controllo remoto, il monitoraggio delle condizioni, l'allarme precoce dei guasti e altre funzioni. Inoltre, la progettazione è ottimizzata per ridurre il consumo energetico e i costi operativi, migliorando così l'efficienza economica e la sostenibilità ambientale delle linee di distribuzione.
1.Contesto di ricerca: caratteristiche delle linee di distribuzione a 10 kV e dei disgiuntori completamente chiusi
1.1 Caratteristiche e problemi esistenti delle linee di distribuzione a 10 kV
Le linee di distribuzione a 10 kV sono un componente centrale del sistema elettrico cinese, caratterizzate da una vasta copertura, lunghezze di linea estese, numerosi nodi e ambienti di funzionamento complessi. Queste caratteristiche portano diverse sfide. Prima di tutto, la lunghezza estesa e il gran numero di nodi rendono difficile la manutenzione, richiedendo una notevole quantità di risorse umane. Secondo, a causa dell'ambiente operativo complesso, le linee di distribuzione a 10 kV sono molto sensibili a fattori naturali e antropici, risultando in alte frequenze di guasto. Terzo, le perdite di trasmissione significative portano a un elevato consumo energetico. Questi problemi pongono sfide al funzionamento stabile del sistema elettrico e alla distribuzione efficiente dell'energia. Pertanto, sono necessarie misure efficaci per affrontare questi problemi e migliorare l'efficienza e la stabilità operativa delle linee di distribuzione a 10 kV.
1.2 Ruolo e caratteristiche dei disgiuntori completamente chiusi
I disgiuntori completamente chiusi sono importanti dispositivi elettrici dotati di controllo remoto, monitoraggio delle condizioni, allarme precoce dei guasti, dimensioni compatte e lunga durata. Sono ampiamente utilizzati nelle reti di distribuzione per segmentazione, interconnessione e commutazione. Questi disgiuntori migliorano l'efficienza operativa, consentono il monitoraggio in tempo reale dello stato degli interruttori, forniscono supporto dati per il personale di manutenzione, emettono avvisi tempestivi per condizioni anomale e offrono un'installazione e manutenzione comode. La loro progettazione completamente chiusa protegge efficacemente dalle influenze ambientali esterne, prolungando la durata di servizio.
1.3 Problemi esistenti con i disgiuntori completamente chiusi attuali
Nonostante i loro vantaggi, i prodotti attualmente sul mercato presentano ancora dei limiti. Primo, l'accuratezza del controllo remoto è insufficiente, potenzialmente causando operazioni indesiderate o fallimenti, compromettendo la stabilità del sistema elettrico. Secondo, l'ambito del monitoraggio delle condizioni è limitato e non può riflettere pienamente lo stato operativo reale, creando difficoltà per il personale di manutenzione. Terzo, a causa di difetti di progettazione e scelta dei materiali, il consumo energetico rimane relativamente alto, il che è sfavorevole per l'energia e la riduzione delle emissioni. Pertanto, sono necessarie migliorie e ottimizzazioni per migliorare le prestazioni e la qualità dei disgiuntori completamente chiusi.
2.Architettura del sistema di controllo intelligente basato sull'IA per disgiuntori completamente chiusi
Progettazione dell'architettura del sistema di controllo intelligente
Il sistema di controllo intelligente è il componente centrale per ottenere l'operazione automatica e intelligente dei dispositivi. Per soddisfare i requisiti di controllo e migliorare l'efficienza operativa, questo articolo propone un'architettura di sistema di controllo intelligente composta da sensori, moduli di acquisizione dati, moduli di elaborazione dati, moduli di controllo e attuatori.
2.1 Composizione e funzioni del sistema hardware
Il sistema di controllo intelligente comprende sensori, moduli di acquisizione dati, moduli di elaborazione dati, moduli di controllo e attuatori. I sensori agiscono come organi sensoriali del sistema, monitorando continuamente lo stato del dispositivo e i parametri ambientali. Il modulo di acquisizione dati pre-elabora i dati dei sensori e li trasmette al modulo di elaborazione dati. Il modulo di elaborazione dati esegue un'analisi in tempo reale e formula strategie di controllo in base ai risultati dell'analisi e agli obiettivi di controllo. Il modulo di controllo genera comandi di controllo corrispondenti e gli attuatori eseguono azioni di controllo precise. Attraverso l'operazione coordinata di questi componenti, il sistema raggiunge l'operazione automatica e intelligente del dispositivo, migliorando l'efficienza e le prestazioni.
2.2 Implementazione e flusso di lavoro del sistema software
La componente software del sistema di controllo intelligente proposto include l'acquisizione dati, l'elaborazione dati, la formulazione di strategie di controllo e il controllo di esecuzione:
(1) I sensori monitorano continuamente lo stato del dispositivo e i parametri ambientali, trasmettendo i dati al modulo di acquisizione dati per la pre-elaborazione.
(2) Il modulo di elaborazione dati analizza i dati pre-elaborati in tempo reale, estrae informazioni utili e formula strategie di controllo in base ai risultati dell'analisi e agli obiettivi di controllo. Il modulo di controllo emette istruzioni di conseguenza e gli attuatori controllano con precisione il dispositivo, consentendo l'operazione automatica e intelligente. Questo flusso di lavoro assicura che il dispositivo possa regolare dinamicamente in base ai dati e alle condizioni ambientali in tempo reale, migliorando l'efficienza e la qualità operativa.
3.Progettazione ottimizzata del disgiuntore completamente chiuso
3.1 Obiettivi e metodi di ottimizzazione
Definire obiettivi di ottimizzazione chiari, come migliorare l'efficienza operativa, ridurre il consumo energetico e migliorare la stabilità, è un prerequisito per la progettazione del sistema intelligente. Vengono quindi selezionati metodi di progettazione appropriati, inclusi la progettazione basata su modelli, algoritmi di ottimizzazione e intelligenza artificiale, per identificare soluzioni ottimali considerando diversi fattori.
3.2 Selezione dei materiali e progettazione strutturale
Dopo aver stabilito gli obiettivi e i metodi di ottimizzazione, segue la selezione dei materiali e la progettazione strutturale. La selezione dei materiali tiene conto delle prestazioni, dei costi e della affidabilità per soddisfare i requisiti pratici. La progettazione strutturale considera la forma, le dimensioni, il peso e la compatibilità con altre apparecchiature, mirando a semplicità e compattezza per migliorare la manutenibilità e l'operabilità.
3.3 Valutazione delle prestazioni e validazione sperimentale
Dopo la progettazione dei materiali e della struttura, vengono condotte la valutazione delle prestazioni e la validazione sperimentale. La valutazione delle prestazioni utilizza simulazioni e modellazione al computer per prevedere il comportamento, mentre la validazione sperimentale coinvolge l'operazione nel mondo reale per raccogliere dati sulle prestazioni. La validazione sperimentale è cruciale per garantire che il design soddisfi le esigenze pratiche e rappresenta l'ultimo passo nello sviluppo del sistema di controllo intelligente.
4.Implementazione e validazione sperimentale del sistema di controllo intelligente
4.1Implementazione e validazione della funzionalità di controllo remoto
Il controllo remoto, una caratteristica chiave del sistema intelligente, consente l'operazione dei dispositivi tramite internet o reti wireless.
(1) Viene integrato un modulo di controllo remoto, che supporta la ricezione, l'analisi e l'esecuzione dei comandi remoti.
(2) I test sperimentali verificano l'accuratezza e la stabilità del controllo remoto. I risultati confermano che il sistema interpreta e esegue correttamente i comandi con risposta tempestiva e velocità adeguata.
4.3 Implementazione e validazione della funzionalità di monitoraggio delle condizioni
Il monitoraggio delle condizioni permette il tracciamento in tempo reale dello stato del dispositivo e la rilevazione precoce di anomalie.
(1) Vengono integrati sensori e moduli di acquisizione dati per raccogliere continuamente dati operativi.
(2) I moduli di elaborazione e analisi dei dati valutano i dati per determinare lo stato normale o anomalo.
(3) Gli esperimenti validano l'accuratezza e l'affidabilità del monitoraggio. I risultati dimostrano il tracciamento in tempo reale dello stato e gli avvisi tempestivi o le azioni correttive in caso di anomalie.
4.4 Implementazione e validazione della funzionalità di allarme precoce dei guasti
L'allarme precoce dei guasti rileva potenziali malfunzionamenti prima che si verifichino, minimizzando l'impatto sulla produzione e sulla vita quotidiana.
(1) Viene integrato un modulo di allarme precoce dei guasti, dotato di capacità di rilevamento, diagnosi e allarme dei guasti.
(2) Gli esperimenti verificano la tempestività e l'accuratezza degli allarmi. I risultati mostrano che il sistema prevede e avvisa in modo affidabile gli operatori su guasti imminenti con notifiche precise ed esecutive.
4.5 Valutazione delle prestazioni del sistema e analisi dei risultati sperimentali
Dopo aver validato le funzioni di controllo remoto, monitoraggio delle condizioni e allarme dei guasti, viene valutata l'efficienza complessiva del sistema in base alla stabilità, affidabilità, accuratezza e velocità di risposta. L'analisi dei risultati sperimentali identifica eventuali problemi e aree di miglioramento, fornendo indicazioni per lo sviluppo futuro.
5.Conclusione
Implementando un sistema di controllo intelligente basato sull'intelligenza artificiale, i disgiuntori completamente chiusi possono ottenere controllo remoto, monitoraggio delle condizioni e allarme precoce dei guasti, migliorando così la stabilità e la sicurezza delle linee di distribuzione. Allo stesso tempo, un design ottimizzato riduce il consumo energetico e i costi operativi, migliorando l'efficienza economica e la sostenibilità ambientale.
