배전선로의 완전히 밀폐된 분리기용 지능형 제어 시스템 설계

지능화는 전력 시스템의 중요한 발전 방향이 되었습니다. 전력 시스템의 핵심 구성 요소인 10kV 배전망 라인의 안정성과 안전성은 전력망의 전체적인 운영에 필수적입니다. 완전히 밀폐된 분리기는 배전망의 주요 장치 중 하나로서 중요한 역할을 하므로, 이를 지능적으로 제어하고 최적화 설계하는 것은 배전선로의 성능 향상에 매우 중요합니다.

본 논문은 인공지능 기술을 기반으로 한 완전히 밀폐된 분리기의 지능형 제어 시스템을 소개하며, 원격 제어, 상태 모니터링, 고장 조기 경보 등의 기능을 가능하게 합니다. 또한, 이 설계는 운영 에너지 소비와 비용을 줄여 배전선로의 경제적 효율성과 환경 지속가능성을 향상시킵니다.

1. 연구 배경: 10kV 배전선로와 완전히 밀폐된 분리기의 특징
1.1 10kV 배전선로의 특성 및 현존 문제점
10kV 배전선로는 중국의 전력 시스템에서 핵심 구성 요소로, 넓은 범위, 긴 선로 길이, 많은 노드, 복잡한 운영 환경 등을 특징으로 합니다. 이러한 특성은 여러 도전 과제를 초래합니다. 첫째, 긴 길이와 많은 노드는 운영 및 유지보수를 어렵게 하며, 많은 인력과 자원이 필요합니다. 둘째, 복잡한 운영 환경으로 인해 10kV 배전선로는 자연적 및 인간적 요인에 크게 영향을 받아 고장률이 높습니다. 셋째, 큰 송전 손실로 인해 에너지 소비가 많습니다. 이러한 문제들은 전력 시스템의 안정적인 운영과 효율적인 전력 공급에 도전을 제기하므로, 이러한 문제들을 해결하고 10kV 배전선로의 운영 효율성과 안정성을 향상시키기 위한 효과적인 조치가 필요합니다.

1.2 완전히 밀폐된 분리기의 역할 및 특성
완전히 밀폐된 분리기는 원격 제어, 상태 모니터링, 고장 조기 경보, 컴팩트한 크기, 긴 수명 등의 특성을 갖춘 중요한 전력 장비입니다. 분절, 연결, 스위칭 등에 널리 사용되며, 운영 효율성을 향상시키고 스위치 상태를 실시간으로 모니터링하여 유지보수 직원에게 데이터 지원을 제공하고 이상 상황에 대해 즉시 경보를 발령하며 설치와 유지보수가 용이합니다. 완전히 밀폐된 설계는 외부 환경 영향을 효과적으로 차단하여 수명을 연장합니다.

1.3 현재의 완전히 밀폐된 분리기의 현존 문제점
그러나 현재 시장 제품에도 여전히 단점이 있습니다. 첫째, 원격 제어 정확도가 부족하여 의도하지 않은 동작이나 작동 실패가 발생할 수 있어 전력 시스템의 안정성에 영향을 미칩니다. 둘째, 상태 모니터링 범위가 제한적이어서 실제 운영 상태를 완전히 반영하지 못하여 유지보수 직원에게 어려움을 초래합니다. 셋째, 설계 결함과 재료 선택으로 인해 에너지 소비가 상대적으로 높아 에너지 절약과 배출 감소에 불리합니다. 따라서 완전히 밀폐된 분리기의 성능과 품질을 향상시키기 위해서는 개선과 최적화가 필요합니다.

2. 완전히 밀폐된 분리기용 AI 기반 지능형 제어 시스템의 구조
지능형 제어 시스템 구조 설계
지능형 제어 시스템은 자동화되고 지능적인 장치 운영을 달성하기 위한 핵심 구성 요소입니다. 제어 요구 사항을 충족하고 운영 효율성을 향상시키기 위해 본 논문에서는 센서, 데이터 수집 모듈, 데이터 처리 모듈, 제어 모듈, 액추에이터로 구성된 지능형 제어 시스템 구조를 제안합니다.

2.1 하드웨어 시스템 구성 및 기능
지능형 제어 시스템은 센서, 데이터 수집 모듈, 데이터 처리 모듈, 제어 모듈, 액추에이터로 구성됩니다. 센서는 시스템의 감각기관 역할을 하여 장치 상태와 환경 매개변수를 지속적으로 모니터링합니다. 데이터 수집 모듈은 센서 데이터를 전처리하고 데이터 처리 모듈로 전송합니다. 데이터 처리 모듈은 실시간 분석을 수행하고 분석 결과와 제어 목표에 따라 제어 전략을 수립합니다. 제어 모듈은 해당 제어 명령을 생성하고, 액추에이터는 정밀한 제어 작업을 실행합니다. 이러한 구성 요소들의 조화로운 작동을 통해 시스템은 자동화되고 지능적인 장치 운영을 달성하여 효율성과 성능을 향상시킵니다.

2.2 소프트웨어 시스템 구현 및 작업 흐름
제안된 지능형 제어 시스템의 소프트웨어 구성 요소는 데이터 수집, 데이터 처리, 제어 전략 수립, 실행 제어를 포함합니다:
(1) 센서는 장치 상태와 환경 매개변수를 지속적으로 모니터링하고, 데이터를 데이터 수집 모듈로 전송하여 전처리합니다.
(2) 데이터 처리 모듈은 전처리된 데이터를 실시간으로 분석하고 유용한 정보를 추출한 후, 분석 결과와 제어 목표에 따라 제어 전략을 수립합니다. 제어 모듈은 해당 명령을 출력하고, 액추에이터는 장치를 정밀하게 제어하여 자동화되고 지능적인 운영을 가능하게 합니다. 이 작업 흐름은 장치가 실시간 데이터와 환경 조건에 따라 동적으로 조정되어 운영 효율성과 품질을 향상시킵니다.

3. 완전히 밀폐된 분리기의 최적화 설계
3.1 최적화 목표 및 방법
운영 효율성 향상, 에너지 소비 감소, 안정성 향상 등 명확한 최적화 목표를 설정하는 것은 지능형 시스템 설계의 전제 조건입니다. 그 다음에는 모델 기반 설계, 최적화 알고리즘, 인공지능 등을 포함한 적절한 설계 방법을 선택하여 다양한 요인을 고려하여 최적의 해법을 찾습니다.

3.2 재료 선택 및 구조 설계
최적화 목표와 방법을 확립한 후, 재료 선택과 구조 설계가 이루어집니다. 재료 선택은 성능, 비용, 신뢰성을 고려하여 실제 요구 사항을 충족하도록 합니다. 구조 설계는 형태, 크기, 무게, 다른 장비와의 호환성을 고려하여 간결하고 컴팩트한 설계를 목표로 하여 유지보수와 운용성을 향상시킵니다.

3.3 성능 평가 및 실험적 검증
재료와 구조 설계 후 성능 평가와 실험적 검증이 수행됩니다. 성능 평가는 시뮬레이션과 컴퓨터 모델링을 사용하여 행동을 예측하며, 실험적 검증은 실제 운영을 통해 성능 데이터를 수집합니다. 실험적 검증은 설계가 실제 요구 사항을 충족하는지 확인하는 데 중요하며, 지능형 제어 시스템 개발의 마지막 단계를 나타냅니다.

4. 지능형 제어 시스템의 구현 및 실험적 검증
4.1 원격 제어 기능의 구현 및 검증
원격 제어는 지능형 시스템의 핵심 기능으로, 인터넷이나 무선 네트워크를 통해 장치를 제어할 수 있게 합니다.
(1) 원격 제어 모듈이 통합되어 원격 명령 수신, 해석 및 실행을 지원합니다.
(2) 실험 테스트를 통해 원격 제어의 정확성과 안정성을 검증합니다. 결과는 시스템이 명령을 올바르게 해석하고 적시에 반응하며 충분한 속도로 실행함을 확인합니다.

4.3 상태 모니터링 기능의 구현 및 검증
상태 모니터링은 장치 상태의 실시간 추적과 조기 이상 감지를 가능하게 합니다.
(1) 센서와 데이터 수집 모듈이 통합되어 운영 데이터를 지속적으로 수집합니다.
(2) 데이터 처리 및 분석 모듈은 데이터를 평가하여 정상 또는 비정상 상태를 결정합니다.
(3) 실험을 통해 모니터링의 정확성과 신뢰성을 검증합니다. 결과는 실시간 상태 추적과 이상 발생 시 즉각적인 경고 또는 수정 조치를 보여줍니다.

4.4 고장 조기 경보 기능의 구현 및 검증
고장 조기 경보는 고장이 발생하기 전에 잠재적인 고장을 감지하여 생산과 일상 생활에 미치는 영향을 최소화합니다.
(1) 고장 조기 경보 모듈이 통합되며, 고장 감지, 진단 및 알림 기능을 갖추고 있습니다.
(2) 실험을 통해 경보의 적시성과 정확성을 검증합니다. 결과는 시스템이 신뢰성 있게 예상되는 고장에 대해 작업 가능한 정확한 알림을 제공함을 보여줍니다.

4.5 시스템 성능 평가 및 실험 결과 분석
원격 제어, 상태 모니터링, 고장 경보 기능을 검증한 후, 전체 시스템 성능은 안정성, 신뢰성, 정확성, 응답 속도를 기준으로 평가됩니다. 실험 결과 분석을 통해 잠재적인 문제점과 개선 사항을 식별하여 미래 개발에 대한 가이드라인을 제공합니다.

5. 결론
인공지능 기반의 지능형 제어 시스템을 구현함으로써 완전히 밀폐된 차단기는 원격 제어, 상태 모니터링, 고장 조기 경보를 달성하여 배전선의 안정성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에 최적화된 설계는 운영 에너지 소비와 비용을 줄여 경제 효율성과 환경 지속 가능성을 향상시킵니다.