Projeto de um Sistema de Controle Inteligente para Desconectores Totalmente Fechados em Linhas de Distribuição

A inteligência tem se tornado uma direção de desenvolvimento importante para os sistemas de energia. Como um componente crítico do sistema de energia, a estabilidade e segurança das linhas da rede de distribuição de 10 kV são vitais para a operação geral da rede elétrica. O disjuntor totalmente fechado, como um dos dispositivos-chave nas redes de distribuição, desempenha um papel significativo; portanto, alcançar seu controle inteligente e design otimizado é de grande importância para melhorar o desempenho das linhas de distribuição.

Este artigo introduz um sistema de controle inteligente para disjuntores totalmente fechados baseado em tecnologia de inteligência artificial, permitindo controle remoto, monitoramento de condições, alerta precoce de falhas e outras funções. Além disso, o design é otimizado para reduzir o consumo de energia operacional e os custos, melhorando assim a eficiência econômica e a sustentabilidade ambiental das linhas de distribuição.

1.Fundamentação da Pesquisa: Características das Linhas de Distribuição de 10 kV e Disjuntores Totalmente Fechados
1.1 Características e problemas existentes das linhas de distribuição de 10 kV
As linhas de distribuição de 10 kV são um componente central do sistema de energia da China, caracterizadas por ampla cobertura, longas extensões, numerosos nós e ambientes de operação complexos. Essas características trazem vários desafios. Primeiro, a extensa extensão e o grande número de nós tornam a operação e manutenção difíceis, exigindo substancial mão de obra e recursos. Segundo, devido ao ambiente de operação complexo, as linhas de distribuição de 10 kV são altamente suscetíveis a fatores naturais e humanos, resultando em altas taxas de falhas. Terceiro, as perdas significativas de transmissão levam a alto consumo de energia. Esses problemas representam desafios para a operação estável do sistema de energia e a distribuição eficiente de energia. Portanto, medidas eficazes são necessárias para abordar esses problemas e melhorar a eficiência operacional e a estabilidade das linhas de distribuição de 10 kV.

1.2 Papel e características dos disjuntores totalmente fechados
Os disjuntores totalmente fechados são equipamentos importantes que apresentam controle remoto, monitoramento de condições, alerta precoce de falhas, tamanho compacto e longa vida útil. Eles são amplamente utilizados em redes de distribuição para segmentação, interconexão e comutação. Esses disjuntores aumentam a eficiência operacional, permitem o monitoramento em tempo real do estado do interruptor, fornecem suporte de dados para a equipe de manutenção, emitem avisos oportunos para condições anormais e oferecem instalação e manutenção convenientes. Seu design totalmente fechado protege efetivamente contra influências externas, prolongando a vida útil.

1.3 Problemas existentes com os disjuntores totalmente fechados atuais
Apesar de suas vantagens, os produtos atualmente disponíveis no mercado ainda têm deficiências. Primeiro, a precisão do controle remoto é insuficiente, podendo causar operações indesejadas ou falhas de operação, afetando a estabilidade do sistema de energia. Segundo, a amplitude do monitoramento de condições é limitada e não pode refletir completamente o estado operacional real, causando dificuldades para a equipe de manutenção. Terceiro, devido a falhas de design e seleção de materiais, o consumo de energia permanece relativamente alto, o que é desfavorável para a conservação de energia e a redução de emissões. Portanto, melhorias e otimizações são necessárias para melhorar o desempenho e a qualidade dos disjuntores totalmente fechados.

2.Arquitetura do Sistema de Controle Inteligente Baseado em IA para Disjuntores Totalmente Fechados
Design da arquitetura do sistema de controle inteligente
O sistema de controle inteligente é o componente central para alcançar a operação automatizada e inteligente do dispositivo. Para atender aos requisitos de controle e melhorar a eficiência operacional, este artigo propõe uma arquitetura de sistema de controle inteligente composta por sensores, módulos de aquisição de dados, módulos de processamento de dados, módulos de controle e atuadores.

2.1 Composição e funções do sistema de hardware
O sistema de controle inteligente compreende sensores, módulos de aquisição de dados, módulos de processamento de dados, módulos de controle e atuadores. Os sensores atuam como os órgãos sensoriais do sistema, monitorando continuamente o estado do dispositivo e os parâmetros ambientais. O módulo de aquisição de dados pré-processa os dados dos sensores e os transmite para o módulo de processamento de dados. O módulo de processamento de dados realiza análise em tempo real e formula estratégias de controle com base nos resultados analíticos e nos objetivos de controle. O módulo de controle gera comandos de controle correspondentes, e os atuadores executam ações de controle precisas. Através da operação coordenada desses componentes, o sistema alcança a operação automatizada e inteligente do dispositivo, melhorando a eficiência e o desempenho.

2.2 Implementação e fluxo de trabalho do sistema de software
A parte de software do sistema de controle inteligente proposto inclui a aquisição de dados, o processamento de dados, a formulação de estratégias de controle e o controle de execução:
(1) Os sensores monitoram continuamente o estado do dispositivo e os parâmetros ambientais, transmitindo os dados para o módulo de aquisição de dados para pré-processamento.
(2) O módulo de processamento de dados analisa os dados pré-processados em tempo real, extrai informações úteis e formula estratégias de controle com base nos resultados da análise e nos objetivos de controle. O módulo de controle emite instruções conforme necessário, e os atuadores controlam o dispositivo de forma precisa, permitindo a operação automatizada e inteligente. Este fluxo de trabalho garante que o dispositivo possa ajustar-se dinamicamente com base em dados e condições ambientais em tempo real, melhorando a eficiência e a qualidade operacional.

3.Design Otimizado do Disjuntor Totalmente Fechado
3.1 Objetivos e métodos de otimização
Definir objetivos claros de otimização, como melhorar a eficiência operacional, reduzir o consumo de energia e melhorar a estabilidade, é um pré-requisito para o design do sistema inteligente. Em seguida, são selecionados métodos de design apropriados, incluindo design baseado em modelo, algoritmos de otimização e inteligência artificial, para identificar soluções ótimas considerando múltiplos fatores.

3.2 Seleção de materiais e design estrutural
Após estabelecer os objetivos e métodos de otimização, segue-se a seleção de materiais e o design estrutural. A seleção de materiais considera o desempenho, o custo e a confiabilidade para atender aos requisitos práticos. O design estrutural leva em conta a forma, o tamanho, o peso e a compatibilidade com outros equipamentos, visando simplicidade e compactação para melhorar a manutenibilidade e a operabilidade.

3.3 Avaliação de desempenho e validação experimental
Após o design de materiais e estrutural, é realizada a avaliação de desempenho e a validação experimental. A avaliação de desempenho utiliza simulação e modelagem computacional para prever o comportamento, enquanto a validação experimental envolve a operação no mundo real para coletar dados de desempenho. A validação experimental é crucial para garantir que o design atenda às necessidades práticas e representa a etapa final no desenvolvimento do sistema de controle inteligente.

4.Implementação e Validação Experimental do Sistema de Controle Inteligente
4.1Implementação e validação da funcionalidade de controle remoto
O controle remoto, um recurso chave do sistema inteligente, permite a operação de dispositivos via internet ou redes sem fio.
(1) Um módulo de controle remoto é integrado, suportando a recepção, análise e execução de comandos remotos.
(2) Testes experimentais verificam a precisão e estabilidade do controle remoto. Os resultados confirmam que o sistema interpreta e executa corretamente os comandos com resposta oportuna e velocidade adequada.

4.3 Implementação e validação da funcionalidade de monitoramento de condições
O monitoramento de condições permite o rastreamento em tempo real do status do dispositivo e a detecção precoce de anomalias.
(1) Sensores e módulos de aquisição de dados são integrados para coletar dados operacionais continuamente.
(2) Módulos de processamento e análise de dados avaliam os dados para determinar o status normal ou anormal.
(3) Experimentos validam a precisão e confiabilidade do monitoramento. Os resultados demonstram o rastreamento em tempo real do status e alertas oportunos ou ações corretivas em caso de anomalias.

4.4 Implementação e validação da funcionalidade de aviso prévio de falhas
O aviso prévio de falhas detecta falhas potenciais antes que ocorram, minimizando o impacto na produção e na vida cotidiana.
(1) Um módulo de aviso prévio de falhas é integrado, com capacidades de detecção, diagnóstico e alerta de falhas.
(2) Experimentos verificam a pontualidade e precisão dos avisos. Os resultados mostram que o sistema prevê e alerta os operadores sobre falhas iminentes com notificações acionáveis e precisas.

4.5 Avaliação de desempenho do sistema e análise de resultados experimentais
Após validar as funções de controle remoto, monitoramento de condições e aviso prévio de falhas, o desempenho geral do sistema é avaliado com base na estabilidade, confiabilidade, precisão e velocidade de resposta. A análise dos resultados experimentais identifica possíveis problemas e áreas para melhoria, fornecendo orientações para o desenvolvimento futuro.

5.Conclusão
Através da implementação de um sistema de controle inteligente baseado em inteligência artificial, os disjuntores totalmente fechados podem alcançar controle remoto, monitoramento de condições e aviso prévio de falhas, melhorando assim a estabilidade e segurança das linhas de distribuição. Simultaneamente, o design otimizado reduz o consumo de energia operacional e os custos, melhorando a eficiência econômica e a sustentabilidade ambiental.