配電線路用完全密閉型分離スイッチのインテリジェント制御システム設計

インテリジェント化は、電力システムの重要な発展方向となっています。電力システムの重要な構成要素である10kV配電網線路の安定性と安全性は、電力網全体の運行にとって極めて重要です。完全閉鎖型分離器は配電網における主要な装置の一つであり、その役割は非常に大きく、そのため、そのインテリジェント制御と最適化設計を達成することは、配電線路の性能向上に大いに寄与します。

本論文では、人工知能技術に基づく完全閉鎖型分離器用のインテリジェント制御システムを紹介し、リモート制御、状態監視、故障早期警告などの機能を実現しています。また、設計が最適化され、運用エネルギー消費量とコストが削減され、配電線路の経済効率と環境持続可能性が向上します。

1.研究背景：10kV配電線路と完全閉鎖型分離器の特徴
1.1 10kV配電線路の特性と既存の問題
10kV配電線路は中国の電力システムの中心的な構成要素であり、広範囲にわたる覆域、長い線路長、多数のノード、複雑な運行環境を特徴としています。これらの特性はいくつかの課題をもたらします。まず、長大な線路長と多数のノードにより、運用とメンテナンスが困難になり、多くの人的資源と財源が必要となります。次に、複雑な運行環境のため、10kV配電線路は自然的および人為的な要因により高い故障率を示します。さらに、大きな送電損失によりエネルギー消費量が多くなります。これらの問題は電力システムの安定運行と効率的な電力供給に挑戦をもたらします。したがって、これらの問題に対処し、10kV配電線路の運用効率と安定性を改善するための有効な措置が必要です。

1.2 完全閉鎖型分離器の役割と特性
完全閉鎖型分離器はリモート制御、状態監視、故障早期警告、コンパクトなサイズ、長寿命といった特徴を持つ重要な電力機器です。これらは配電網でセグメンテーション、相互接続、切り替えに広く使用されています。これらの分離器は運用効率を高め、スイッチの状態をリアルタイムで監視し、メンテナンススタッフにデータサポートを提供し、異常状況に対してタイムリーな警告を出し、取り付けとメンテナンスが容易です。完全閉鎖設計により外部環境からの影響から効果的に保護され、寿命が延びます。

1.3 現在の完全閉鎖型分離器の問題点
これらの利点にもかかわらず、現在市場にある製品にはまだ欠点があります。第一に、リモート制御の精度が不足しており、意図しない操作や動作不能の可能性があり、これにより電力システムの安定性に影響を与える可能性があります。第二に、状態監視の範囲が限定的であり、実際の運行状況を完全に反映できないため、メンテナンススタッフにとって困難があります。第三に、設計上の欠陥と材料選択によりエネルギー消費量が比較的高く、節電と排出削減に不利です。したがって、完全閉鎖型分離器の性能と品質を向上させるためには改善と最適化が必要です。

2.完全閉鎖型分離器用AIベースのインテリジェント制御システムのアーキテクチャ
インテリジェント制御システムのアーキテクチャ設計
インテリジェント制御システムは、自動化されたそしてインテリジェントなデバイス運行を達成するための核心的な構成要素です。制御要件を満たし、運用効率を向上させるために、本論文ではセンサー、データ収集モジュール、データ処理モジュール、制御モジュール、アクチュエータからなるインテリジェント制御システムアーキテクチャを提案します。

2.1 ハードウェアシステムの構成と機能
インテリジェント制御システムは、センサー、データ収集モジュール、データ処理モジュール、制御モジュール、アクチュエータから構成されています。センサーはシステムの感覚器官として働き、デバイスの状態と環境パラメーターを継続的に監視します。データ収集モジュールはセンサーデータを前処理し、それをデータ処理モジュールに転送します。データ処理モジュールはリアルタイム分析を行い、分析結果と制御目標に基づいて制御戦略を立案します。制御モジュールは対応する制御コマンドを生成し、アクチュエータは正確な制御アクションを実行します。これらの構成要素の協調作業により、システムは自動化されたそしてインテリジェントなデバイス運行を達成し、効率と性能を向上させます。

2.2 ソフトウェアシステムの実装とワークフロー
提案されたインテリジェント制御システムのソフトウェア部分は、データ収集、データ処理、制御戦略の立案、実行制御を含んでいます：
(1) センサーはデバイスの状態と環境パラメーターを継続的に監視し、データ収集モジュールにデータを送信して前処理を行います。
(2) データ処理モジュールは前処理されたデータをリアルタイムで分析し、有用な情報を抽出し、分析結果と制御目標に基づいて制御戦略を立案します。制御モジュールはそれに応じて指示を出力し、アクチュエータはデバイスを正確に制御し、自動化されたそしてインテリジェントな運行を可能にします。このワークフローにより、デバイスはリアルタイムデータと環境条件に基づいて動的に調整でき、運用効率と品質が向上します。

3.完全閉鎖型分離器の最適化設計
3.1 最適化の目的と方法
運用効率の向上、エネルギー消費量の削減、安定性の向上などの明確な最適化目標を定義することは、インテリジェントシステム設計の前提条件です。モデルベース設計、最適化アルゴリズム、人工知能などを含む適切な設計方法を選択し、多様な要因を考慮に入れた最適解を特定します。

3.2 材料選択と構造設計
最適化目標と方法を確立した後、材料選択と構造設計が続きます。材料選択は、実用的な要求を満たすために性能、コスト、信頼性を考慮に入れます。構造設計は形状、サイズ、重量、他の機器との互換性を考慮し、シンプルかつコンパクトさを目指し、メンテナンス性と操作性を改善します。

3.3 パフォーマンス評価と実験的検証
材料および構造設計に続いて、パフォーマンス評価と実験的検証が行われます。パフォーマンス評価では、シミュレーションとコンピュータモデリングを使用して動作を予測し、実験的検証では実際の運用を通じてパフォーマンスデータを収集します。実験的検証は、設計が実用的な要件を満たすことを確認し、知能制御システム開発における最終ステップとなります。

4. 知能制御システムの実装と実験的検証
4.1 リモート制御機能の実装と検証
リモート制御は、知能システムの主要な特徴であり、インターネットや無線ネットワークを介したデバイス操作を可能にします。
(1) リモート制御モジュールが統合され、リモートコマンドの受信、解析、実行をサポートします。
(2) 実験テストにより、リモート制御の正確性と安定性が確認されます。結果は、システムがコマンドを正しく解釈し、適切なレスポンスタイムと十分な速度で実行することを確認しています。

4.3 状態監視機能の実装と検証
状態監視は、デバイスの状態をリアルタイムで追跡し、早期異常検出を可能にします。
(1) センサーとデータ収集モジュールが統合され、継続的に運転データを収集します。
(2) データ処理および分析モジュールがデータを評価し、正常または異常状態を決定します。
(3) 実験により、監視の正確性と信頼性が検証されます。結果は、リアルタイムでの状態追跡と異常時のタイムリーな警告または是正措置を示しています。

4.4 故障早期警報機能の実装と検証
故障早期警報は、故障が発生する前に潜在的な問題を検出し、生産や日常生活への影響を最小限に抑えます。
(1) 故障早期警報モジュールが統合され、故障検出、診断、アラート機能を備えています。
(2) 実験により、警告のタイムリーさと正確性が確認されます。結果は、システムが信頼性を持って将来の故障を予測し、オペレーターに対して具体的かつ正確な通知を行うことを示しています。

4.5 システムパフォーマンス評価と実験結果分析
リモート制御、状態監視、故障警告機能の検証後、全体的なシステムパフォーマンスは安定性、信頼性、正確性、応答速度に基づいて評価されます。実験結果の分析により、潜在的な問題と改善すべき領域が特定され、将来的な開発の指針が提供されます。

5.結論
人工知能に基づく知能制御システムを実装することで、完全密閉型分離器はリモート制御、状態監視、故障早期警報を達成し、配電線の安定性と安全性を向上させることができます。同時に、最適化された設計により、運転エネルギー消費とコストが削減され、経済効率と環境持続可能性が向上します。