人工智能及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

閆曉斌

（國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅蘭州，730030）

0 引言

人們長期以來一直夢想著有可以取代人們工作的機器。但是，在電子計算機出現(xiàn)之前，人工智能仍然是無法實現(xiàn)的幻想。隨著計算機技術(shù)的成熟，人工智能也逐漸成為現(xiàn)實，人工智能實際上是在計算機上實現(xiàn)的人類智能的功能，或者模仿人類智能的功能。目前，人工智能在電力系統(tǒng)的研究的主要內(nèi)容是分布式人工智能和專家系統(tǒng)，遺傳進化計算，模糊控制等，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域。

1 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

首先，在電力系統(tǒng)的長期運行中不可避免發(fā)生事故，在這種狀態(tài)下將有成千上萬條警報消息，如此大量的警報信息通常會引起操作員的恐慌。此時，如果使用人工智能技術(shù)，則可以迅速找出事故原因，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大幫助。其次，在電力系統(tǒng)正常運行期間發(fā)生大規(guī)模停電的可能性非常小，因此，一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就無法快速恢復(fù)供電。電力恢復(fù)涉及許多操作。在這一點上，如果使用人工智能執(zhí)行操作系統(tǒng)，將大大加快系統(tǒng)恢復(fù)速度。第三，在電力系統(tǒng)運行期間，可能會發(fā)生各種故障，例如線路故障，組件故障，信號故障，電力故障等。如何發(fā)現(xiàn)上述故障，人工智能技術(shù)是最有效的技術(shù)之一。

2 電力系統(tǒng)中的應(yīng)用的人工智能技術(shù)

■2.1 使用電力人工智能設(shè)備

要將人工智能技術(shù)的應(yīng)用集成到電氣設(shè)備中，必須使用信息開發(fā)操作程序，以便計算機可以與人互動并增加電氣自動化設(shè)備的交互性。使用計算機編譯器編寫人工智能程序，以便許多設(shè)備的自動操作，并根據(jù)操作的需求與員工的需求進行優(yōu)化，從而顯著減少公司的員工數(shù)量，并提高管理效率和生產(chǎn)效率。充分利用人工智能技術(shù)，使設(shè)備智能化運行，可以在實際電力系統(tǒng)運行過程中更加安全、準確、高效[1]。

■2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與進化計算

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要發(fā)生在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問世之后。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)非線性關(guān)系的任意復(fù)雜映射，并且適合大量訓練樣本，沒有任何其他具體的判別函數(shù)可以執(zhí)行此操作。因此，BP模型的分類和預(yù)測結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)的模式識別方法。它特別適用于存在大量結(jié)論性(標簽)模式，且缺乏清晰的專家規(guī)則（例如圖像和聲音識別）以及能夠容忍錯誤模式的情況，這就是為什么它在許多模式識別任務(wù)中都取得成功的原因。電力系統(tǒng)應(yīng)用研究主要包括電力系統(tǒng)負荷預(yù)測，動態(tài)安全評估以及電力設(shè)備和輸電線路的故障診斷。但是，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大量的訓練樣本，因此輸入和輸出信號變化越大，就需要越多的訓練樣本。解決許多故障排除問題時，很難獲得大量的訓練樣本。因此，電力系統(tǒng)使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的成功應(yīng)用并不多。進化計算的方法很多，例如遺傳計算，粒子群優(yōu)化算法和蟻群算法和進化規(guī)劃，但實際上，這是優(yōu)勝劣汰的一種方法，適合解決非線性優(yōu)化問題。電力系統(tǒng)優(yōu)化的問題主要包括：規(guī)劃電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（包括增加線路），優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度中機組的啟動和停止，優(yōu)化機組維護計劃，優(yōu)化電網(wǎng)運行時的無功功率（包括開關(guān)電容器和調(diào)節(jié)變壓器抽頭），它們大多數(shù)是非線性或動態(tài)規(guī)劃問題，適合通過進化的計算方法解決，但無法通過傳統(tǒng)的非線性優(yōu)化和動態(tài)規(guī)劃方法解決。進化計算在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用相對成功。

■2.3 模糊理論在電力系統(tǒng)運行中的應(yīng)用

模糊理論突破了經(jīng)典集合中的某些概念。它使用模糊搜索原理來分析一些模糊和不精確的事物和現(xiàn)象。首先，必須添加一些近似推理的模糊邏輯，并引入語言變量來分析和描述事物和現(xiàn)象。目前，這種模糊理論具有比較成熟的技術(shù)，其應(yīng)用已經(jīng)相當廣泛，涉及許多行業(yè)和領(lǐng)域。電力系統(tǒng)具有非線性，當線路經(jīng)過非線性時，會產(chǎn)生一些分量，這些分量可能會疊加在故障上。模糊理論中的技術(shù)可以消除輸電線路的相互影響，并使輸電線路彼此獨立[2]。

■2.4 人工智能技術(shù)在確保電力系統(tǒng)安全中的應(yīng)用

為了在突然停電的情況下為用戶提供不間斷電力，或者在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時盡快確定故障類型，定位故障并恢復(fù)電力，有必要將電力巡檢、故障診斷、壽命評估作為人工智能在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用方向。電力巡檢的人工智能應(yīng)用主要集中在輸電線路的正常運行控制中，輸電線路運行過程中容易受到自然和人為因素的影響，并且會受到損壞，這將影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在許多情況下，輸電線路分布在惡劣的環(huán)境條件下，傳統(tǒng)的人工巡檢難以實現(xiàn)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使GPS巡檢技術(shù)得到了擴展，無人機技術(shù)，智能機器人和深度學習圖像識別技術(shù)的發(fā)展使無人巡檢成為可能。人工智能機器人集成了視聽監(jiān)控系統(tǒng)，定點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，可以從響應(yīng)位置收集聲音并將視頻傳輸?shù)娇刂平K端。相關(guān)人員可以控制機器人遠程執(zhí)行檢查工作。利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征提取和分類功能，可以有效地區(qū)分隔離器，變壓器，斷路器等電力設(shè)備。

3 人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

■3.1 智能網(wǎng)絡(luò)調(diào)度

在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以創(chuàng)建智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了源網(wǎng)絡(luò)各種負荷因子的全局協(xié)調(diào)，達到了準確調(diào)度和快速調(diào)度的目的。當前，相對復(fù)雜的交直流電力系統(tǒng)的快速發(fā)展以及新電力的廣泛使用對電力系統(tǒng)的運行和管理提出了重大挑戰(zhàn)，要求電力系統(tǒng)更快，更智能。通過對電力系統(tǒng)運行機制的深入分析，對控制規(guī)則的獨立理解和研究以及快速的故障處理等，深度學習技術(shù)等人工智能技術(shù)被用于構(gòu)建智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)?？梢苑治鲭娏ο到y(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行，可以自動確定系統(tǒng)不穩(wěn)定的機理，并提出穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)整計劃。該系統(tǒng)可以深入研究計劃規(guī)則的文本，深入研究管理行為的模式，并自動生成信息任務(wù)以進行系統(tǒng)管理。此外，它還可以執(zhí)行在線分析，研究和評估大型電網(wǎng)的未來趨勢，監(jiān)控風險和預(yù)警，有效地評估和排除網(wǎng)絡(luò)故障，恢復(fù)電力拓撲并在其中發(fā)揮積極作用，確保安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)[3]。

■3.2 電力巡檢

基于人工智能技術(shù)，開發(fā)一種類似于人眼的分布式智能協(xié)同作業(yè)機器人，可用于電力系統(tǒng)巡檢和測試的實踐中，并可提供全景，精確和非人為的操作，該機器人使用圖像識別技術(shù)和相關(guān)的人工智能技術(shù)。在應(yīng)用中具有終端的高靈活性和高定位精度的優(yōu)點，并且也發(fā)揮了積極的作用?？梢栽谶h距離巡邏電力線，并利用智能機器人的功能優(yōu)勢（例如自主定位和導航）從不同角度收集和分析高精度圖像，然后跟蹤和識別電力運行狀態(tài)線并分析設(shè)備性能與故障。通過遷徙學習，可以提高電力線檢查的整體學習能力，并消除傳統(tǒng)機器人的缺陷。就分配站的值班而言，多個智能機器人負責在特定區(qū)域中同時值班。對來自多個來源的信息進行全面分析可以準確地識別設(shè)備故障，并最大限度地控制多個變電站、交換機與配電室，還可以分析配電網(wǎng)中的故障，以確保設(shè)備的及時有效維護，提高配電站的服務(wù)水平。在隧道檢查方面，使用智能機器人三維模擬隧道全景圖可以實時確定隧道內(nèi)的溫度和壓力，并分析電纜材料和設(shè)備的性能。如果存在操作風險，則可以發(fā)出預(yù)警以提高操作和管理水平。

■3.3 設(shè)備安全控制

使用人工智能技術(shù)構(gòu)建設(shè)備分布圖，可以評估設(shè)備的運行狀況和風險，并確保設(shè)備運行的安全性。電力系統(tǒng)運行故障的原因，超過50%的故障是由設(shè)備引起的?；诖思夹g(shù)，可以動態(tài)分析設(shè)備的整個生命周期，例如采購和操作，以及跟蹤設(shè)備性能。使用掃描設(shè)備，可以自動獲取有關(guān)設(shè)備的信息（例如質(zhì)量和性能狀況），對風險源進行有效的預(yù)警，實施及時且有針對性的設(shè)備監(jiān)控，并最大程度地減少設(shè)備和電網(wǎng)故障[4]。統(tǒng)計表明，人工智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對于設(shè)備的安全控制程度遠高于傳統(tǒng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。人工智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的對比如表1所示。

表1 人工智能檢測預(yù)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的對比

■3.4 電力用戶服務(wù)

依靠自然語言處理技術(shù)等人工智能技術(shù)來創(chuàng)建語言資源數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建智能交互系統(tǒng)，提高客戶服務(wù)效率，并確保電力系統(tǒng)效率。在具體實踐中，基于過去客戶咨詢的電話記錄執(zhí)行語義挖掘，并創(chuàng)建語言資源數(shù)據(jù)庫以及電網(wǎng)知識庫。通過使用智能，交互式的在線客戶服務(wù)系統(tǒng)，我們能夠迅速，準確地響應(yīng)客戶的要求，并為他們的問題提供特定的解決方案。此外，使用智能機器人可以代替人員來執(zhí)行客戶接待和語言交互，從而減少人力資源成本并改善用戶體驗。

4 人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展

根據(jù)電力系統(tǒng)的當前實踐，對系統(tǒng)自動化的需求正在增長，并且未來的電力系統(tǒng)將朝著系統(tǒng)自動化和智能化發(fā)展。近年來，我國整個社會的用電量一直在增加，各地都在積極規(guī)劃和建設(shè)智能電網(wǎng)，并努力通過構(gòu)建智能電網(wǎng)優(yōu)化資源分配。基于提高電力效率，有效保護環(huán)境，促進電網(wǎng)建設(shè)的目標，我國的電力工業(yè)將朝著自動化發(fā)展，并促進產(chǎn)業(yè)升級[1]。通過人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，可以為電力系統(tǒng)的運行和管理提供可靠的保證，促進電力工業(yè)的發(fā)展，促進電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以解決電力系統(tǒng)的非線性問題，而且可以改變電力營銷服務(wù)的模式。例如，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以保證實現(xiàn)繼電保護功能。正在進行的技術(shù)研究和應(yīng)用結(jié)果表明，利用人工智能技術(shù)輔助電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的運行和管理可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的科學性，人工智能技術(shù)用于診斷電力系統(tǒng)故障使實現(xiàn)快速診斷的目標成為可能。未來，電力技術(shù)領(lǐng)域的人工智能技術(shù)的發(fā)展將得到深度學習技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈技術(shù)的支持，將繼續(xù)得到改進和優(yōu)化，人工智能技術(shù)的功能將繼續(xù)發(fā)展。下一代電力系統(tǒng)將向智能電力系統(tǒng)發(fā)展，智能電力系統(tǒng)更加安全，經(jīng)濟，穩(wěn)定，可以達到高效運行，降低系統(tǒng)運行成本的目的。

5 結(jié)束語

通過以上分析，我們對人工智能的概念有了清晰的理解，并且認識到人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用可以使電力系統(tǒng)的重大發(fā)展。它解決了電力系統(tǒng)中的大量問題，并為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供了革命性的思想。但是，我國的人工智能技術(shù)仍不發(fā)達，與國外先進的人工智能技術(shù)相比還存在很大差距。因此，必須制定適當?shù)挠媱潄泶龠M我國人工智能的發(fā)展。首先，我國應(yīng)鼓勵更多的公司致力于人工智能的發(fā)展。第二，我國應(yīng)加強對人工智能人才的培訓。對我國人工智能的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。