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【摘要】本文介绍了人工智能在同步发电机励磁系统上的应用情况，对励磁系统的智能控制方法进行了具体的分析。
【关键词】人工智能；智能控制；励磁系统
1、前言
人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。人工智能技术被广泛地应用于求解非线性问题，较之于传统方法有着不可替代的优势。人们现在认为人工智能是计算机科学技术的前沿科技领域。
智能控制是人工智能研究的一个领域，是一类无需或少人的干预就能独立驱动智能机器实现目标的自动控制方式。其研究内容包括任务与世界模型描述、符号和环境识别、推理机的设计与开发等。
人工智能在电力系统中已有广泛的应用，发电机励磁系统作为电力系统中的重要环节，随着我国电力建设和电力市场竞争机制的引入不确定性因素和运行复杂性的增加，人工智能控制在发电机励磁系统中的应用前景将更加广阔。
2、同步发电机励磁系统概述
由励磁调节器、励磁功率单元、灭磁过电压保护和发电机本身一起组成的整个系统称为同步发电机励磁系统。同步发电机励磁系统是控制发电机端电压和无功功率的重要组成部分，重要的实时连续控制系统，对维持电力系统稳定性起主要作用，正常运行时，自动调节发电机的励磁电流，让发电机稳定运行。事故状态下，能迅速灭磁及保护发电机不被损坏。所以，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
同步发电机励磁系统控制部分在结构上主要由功率整流单元、调节器装置和灭磁过电压保护装置，共三大部分所组成。励磁功率整流单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则应用智能控制方法根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，灭磁过电压保护装置能防止系统产生过电压和快速灭磁。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
同步发电机励磁系统的主要作用有：
1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。7）在发电机出口内出现短路故障时，要提供强行励磁。8）当系统发生低频振荡时，投入PSS抑制振荡。
3、同步发电机励磁系统智能控制原理
3.1电压的调节。该励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
3.2无功功率的调节。发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3.3无功负荷的分配。并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负担提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
3.4励磁电流调节的原理。在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中的电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。
常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。目前主要采用改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。
4、人工智能控制原理在同步发电机励磁系统的具体实现
下面分别从目前国内外常用的几种类型的同步发电机励磁设备来具体分析人工智能在其领域中的应用。
国外进口励磁设备中GE-EX2100系列和ABB-UNITROL5000系列励磁设备占据了国内市场的很大份额；国内自主研发的励磁设备以其廉价及性能的不断完善也迅速的抢占了国内部分市场，并有些挤进了国外市场，这里以哈尔滨电机厂2000年左右研发的HWLT-4系列励磁设备为例。
GE-EX2100系列励磁设备在2007年左右投入市场，该设备使用Toolbox软件工具作为系统软件平台。通过Toolbox軟件工具可以进行配置各功能块单独执行特定的功能，例如逻辑门，比例积分调节器，函数生成器和信号检测器等。可以很方便地设置系统参数，进行各种运行操作，显示运行状态和曲线。Toolbox软件的试验功能可实现和模拟所有系统试验，极大地方便了设备调试和运行维护。其内置的录波功能可自动进行数据采集和存储。发电机的保护功能都集成于软件功能中，包括过励限制，低励限制，电力系统稳定器和伏赫限制等。在励磁装置运行中，可以利用Toolbox工具对各种功能块进行查询。每一个功能块的I/O 动态变化值，可以在线取得，极大地帮助了故障查找和及时处理。
5、结束语
以上举例说明了人工智能控制原理在同步发电机励磁系统中的应用。由于人工智能控制等新技术、新工艺和新器件不断地涌现和使用，使得发电机励磁系统得到了不断地发展和完善。在自动励磁调节设备方面，也不断地研制和推广使用了许多新型的调节装置。
参考文献
[1]张梓奇，苏健祥.人工智能技术在电力系统中的应用探讨.科技资讯，2007
[2]徐志国.人工智能（AI）在电力系统中的应用.现代电子技术，2006
【关键词】人工智能；智能控制；励磁系统
1、前言
人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。人工智能技术被广泛地应用于求解非线性问题，较之于传统方法有着不可替代的优势。人们现在认为人工智能是计算机科学技术的前沿科技领域。
智能控制是人工智能研究的一个领域，是一类无需或少人的干预就能独立驱动智能机器实现目标的自动控制方式。其研究内容包括任务与世界模型描述、符号和环境识别、推理机的设计与开发等。
人工智能在电力系统中已有广泛的应用，发电机励磁系统作为电力系统中的重要环节，随着我国电力建设和电力市场竞争机制的引入不确定性因素和运行复杂性的增加，人工智能控制在发电机励磁系统中的应用前景将更加广阔。
2、同步发电机励磁系统概述
由励磁调节器、励磁功率单元、灭磁过电压保护和发电机本身一起组成的整个系统称为同步发电机励磁系统。同步发电机励磁系统是控制发电机端电压和无功功率的重要组成部分，重要的实时连续控制系统，对维持电力系统稳定性起主要作用，正常运行时，自动调节发电机的励磁电流，让发电机稳定运行。事故状态下，能迅速灭磁及保护发电机不被损坏。所以，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。
同步发电机励磁系统控制部分在结构上主要由功率整流单元、调节器装置和灭磁过电压保护装置，共三大部分所组成。励磁功率整流单元向同步发电机转子提供励磁电流；而励磁调节器则应用智能控制方法根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，灭磁过电压保护装置能防止系统产生过电压和快速灭磁。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当大的作用。尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势，也促使励磁技术不断发展。
同步发电机励磁系统的主要作用有：
1）根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2）控制并列运行各发电机间无功功率分配；3）提高发电机并列运行的静态稳定性；4）提高发电机并列运行的暂态稳定性；5）在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6）根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。7）在发电机出口内出现短路故障时，要提供强行励磁。8）当系统发生低频振荡时，投入PSS抑制振荡。
3、同步发电机励磁系统智能控制原理
3.1电压的调节。该励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因，当励磁电流不变时，发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求，发电机的端电压应基本保持不变，实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。
3.2无功功率的调节。发电机与系统并联运行时，可以认为是与无限大容量电源的母线运行，要改变发电机励磁电流，感应电势和定子电流也跟着变化，此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时，为了改变发电机的无功功率，必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”，而是只是改变了送入系统的无功功率。
3.3无功负荷的分配。并联运行的发电机根据各自的额定容量，按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷，而容量较小的则负担提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配，可以通过自动高压调节的励磁装置，改变发电机励磁电流维持其端电压不变，还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整，以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。
3.4励磁电流调节的原理。在改变发电机的励磁电流中，一般不直接在其转子回路中进行，因为该回路中的电流很大，不便于进行直接调节，通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流，以达到调节发电机转子电流的目的。
常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻，改变励磁机的附加励磁电流，改变可控硅的导通角等。目前主要采用改变可控硅导通角的方法，它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化，相应地改变可控硅整流器的导通角，于是发电机的励磁电流便跟着改变。
4、人工智能控制原理在同步发电机励磁系统的具体实现
下面分别从目前国内外常用的几种类型的同步发电机励磁设备来具体分析人工智能在其领域中的应用。
国外进口励磁设备中GE-EX2100系列和ABB-UNITROL5000系列励磁设备占据了国内市场的很大份额；国内自主研发的励磁设备以其廉价及性能的不断完善也迅速的抢占了国内部分市场，并有些挤进了国外市场，这里以哈尔滨电机厂2000年左右研发的HWLT-4系列励磁设备为例。
GE-EX2100系列励磁设备在2007年左右投入市场，该设备使用Toolbox软件工具作为系统软件平台。通过Toolbox軟件工具可以进行配置各功能块单独执行特定的功能，例如逻辑门，比例积分调节器，函数生成器和信号检测器等。可以很方便地设置系统参数，进行各种运行操作，显示运行状态和曲线。Toolbox软件的试验功能可实现和模拟所有系统试验，极大地方便了设备调试和运行维护。其内置的录波功能可自动进行数据采集和存储。发电机的保护功能都集成于软件功能中，包括过励限制，低励限制，电力系统稳定器和伏赫限制等。在励磁装置运行中，可以利用Toolbox工具对各种功能块进行查询。每一个功能块的I/O 动态变化值，可以在线取得，极大地帮助了故障查找和及时处理。
5、结束语
以上举例说明了人工智能控制原理在同步发电机励磁系统中的应用。由于人工智能控制等新技术、新工艺和新器件不断地涌现和使用，使得发电机励磁系统得到了不断地发展和完善。在自动励磁调节设备方面，也不断地研制和推广使用了许多新型的调节装置。
参考文献
[1]张梓奇，苏健祥.人工智能技术在电力系统中的应用探讨.科技资讯，2007
[2]徐志国.人工智能（AI）在电力系统中的应用.现代电子技术，2006