基于人工智能技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)探討

何 健

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

0 引 言

我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程龐大，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈所在，也是人們生產(chǎn)生活的重要保障。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越多，電力工業(yè)轉(zhuǎn)型將成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然。有效借助互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈以及物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行電力系統(tǒng)的有機(jī)整合、更新和發(fā)展，成為目前電網(wǎng)智能化運(yùn)作的重要方向。電網(wǎng)智能化發(fā)展能夠極大地提高電力輸送、配送以及調(diào)配等各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，從而保障整個(gè)電網(wǎng)的高效運(yùn)作[1]。本文將結(jié)合理論知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)研究智能電網(wǎng)調(diào)度的核心技術(shù)，并進(jìn)一步分析基于人工智能技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的應(yīng)用。

1 人工智能技術(shù)的基本概況

人工智能指的是合理利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類思維，并借助計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算模擬計(jì)算得到的人類思考方式和解決問(wèn)題的思路。科學(xué)地將人工智能應(yīng)用到各領(lǐng)域的計(jì)算和分析中，可進(jìn)一步提高測(cè)算與分析的準(zhǔn)確性和工作效率。尤其在一些高危行業(yè)和復(fù)雜的工作領(lǐng)域，合理應(yīng)用人工智能能夠有效降低人工成本和工作危險(xiǎn)程度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化和智能化發(fā)展。通俗而言，人工智能就是利用機(jī)器模擬人類行為的科學(xué)應(yīng)用技術(shù)[2]。

目前，人工智能的主要研究方法有功能模擬法、結(jié)構(gòu)模擬法以及行為模擬法，在生活的多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用和推廣，尤其在無(wú)人駕駛、智能手機(jī)、科學(xué)測(cè)算以及工業(yè)信息化等方面取得了顯著成效。就電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展而言，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用為智能電網(wǎng)的開拓發(fā)展提供了理論依據(jù)和技術(shù)保障。

隨著人工智能的發(fā)展和推廣，它在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面、智能語(yǔ)音搜索和機(jī)器博弈等領(lǐng)域的仿真模擬應(yīng)用以及基于人類行為模擬的智能機(jī)器人研究等方面獲得了深入研究和拓展。人工智能技術(shù)的應(yīng)用梗概如圖1所示。

廣義而言，人工智能技術(shù)指的是科學(xué)利用數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯處理為人類生產(chǎn)生活等各項(xiàng)活動(dòng)提供工具的技術(shù)。狹義而言，人工智能技術(shù)指的是合理利用智能機(jī)器人代替人類完成生產(chǎn)生活中各種操作的技術(shù)。隨著社會(huì)發(fā)展，智能化成為社會(huì)各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展一大趨勢(shì)。依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、人文以及社會(huì)等諸多領(lǐng)域內(nèi)容，人工智能技術(shù)逐漸發(fā)展成為綜合性強(qiáng)且涉及范圍廣的現(xiàn)代技術(shù)[3]。

圖1 人工智能技術(shù)應(yīng)用梗概

電網(wǎng)發(fā)展作為國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，其未來(lái)的發(fā)展將與人工智能信息化有機(jī)結(jié)合，促使新型信息化且智能化的電網(wǎng)建設(shè)成為未來(lái)發(fā)展的重要方向。人工智能可綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和前沿智能管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)龐大數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確處理。目前，一系列國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺(tái)，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展指明了方向，保證了智能電網(wǎng)的可實(shí)施性和專業(yè)性。

2 人工智能在智能電網(wǎng)的應(yīng)用思路

人工智能發(fā)展的初期階段主要應(yīng)用于基本的故障診斷和負(fù)荷預(yù)測(cè)。隨著智能控制領(lǐng)域的逐漸開拓和發(fā)展，人們逐漸深入了對(duì)人工智能應(yīng)用的研究。

國(guó)內(nèi)和國(guó)際在深入研究智能電網(wǎng)時(shí)，無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)還是現(xiàn)代電網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，都應(yīng)該結(jié)合人工智能，為電網(wǎng)發(fā)展探尋一條堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放以及友好互動(dòng)的道路。結(jié)合智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和需求，合理應(yīng)用人工智能技術(shù)，并給出人工智能技術(shù)的應(yīng)用思路，如圖2所示。

圖2 人工智能技術(shù)應(yīng)用思路

智能電網(wǎng)的應(yīng)用中并非全部需要引入人工智能技術(shù)，但是合理應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠提高電網(wǎng)的智能化水平和運(yùn)作效率。基于此，電網(wǎng)發(fā)展要深入研究電網(wǎng)應(yīng)用的各種場(chǎng)景和人工智能在電網(wǎng)應(yīng)用中的特點(diǎn)及適用環(huán)境，分析應(yīng)用過(guò)程中可能面臨的各項(xiàng)問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

目前，電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模并取得了一定成績(jī)，人工智能技術(shù)應(yīng)用也逐漸趨于完善，成為現(xiàn)代應(yīng)用和建設(shè)的重要技術(shù)，其與電網(wǎng)的綜合應(yīng)用也將成為領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。在人工智能的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該注意人工智能可能出現(xiàn)的問(wèn)題。無(wú)論是傳統(tǒng)遺留問(wèn)題，還是智能電網(wǎng)現(xiàn)代發(fā)展中出現(xiàn)的新問(wèn)題，都應(yīng)該合理綜合應(yīng)用，并尋求更加全面、更加安全的解決方案，從而保證其在未來(lái)開拓中可以取得更好的發(fā)展。

3 基于人工智能技術(shù)的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)分析

3.1 高性能計(jì)算技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論早在20世紀(jì)已被提出，但其應(yīng)用和推廣的難度很大。近些年，隨著研究的深入，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)發(fā)展的作用逐漸顯現(xiàn)，為電網(wǎng)發(fā)展提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力和完備的樣本數(shù)據(jù)。依靠現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度學(xué)習(xí)能力，人工智能的計(jì)算性能也得到了全新的提升和階段性發(fā)展。

智能電網(wǎng)新發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量，且需要完成數(shù)據(jù)的計(jì)算。因此，在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)該結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)需求深入推進(jìn)深度學(xué)習(xí)應(yīng)用，以提高計(jì)算力。綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)中央處理器和圖像處理器等現(xiàn)代信息技術(shù)，充分利用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)計(jì)算深入開發(fā)軟硬件，在降低電網(wǎng)調(diào)度成本的同時(shí)，提高運(yùn)行效率，滿足智能電網(wǎng)調(diào)度的不同學(xué)習(xí)算法需求，進(jìn)行硬件資源配備、軟件資源整合、分布式框架確定以及算法功能更新[4]。

3.2 調(diào)度大數(shù)據(jù)技術(shù)

人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)是大數(shù)據(jù)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)人工智能的算法應(yīng)用，需要依靠樣本數(shù)據(jù)。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)的完整性，對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度具有重要意義。這要求在建設(shè)智能電網(wǎng)調(diào)度平臺(tái)時(shí)要整合各類大數(shù)據(jù)信息，從而為平臺(tái)建設(shè)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供參考。

縱觀智能電網(wǎng)調(diào)度，除了要進(jìn)行廣域時(shí)間上的協(xié)調(diào)控制，還要進(jìn)行空間上的調(diào)整調(diào)度。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)屬于時(shí)空數(shù)據(jù)，其中不僅包括模型參數(shù)和監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，而且包括地理位置和故障信息。既有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，又有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

3.3 電網(wǎng)預(yù)測(cè)與辨識(shí)技術(shù)

智能電網(wǎng)調(diào)度中綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能進(jìn)行學(xué)習(xí)和智能預(yù)測(cè)，可科學(xué)規(guī)劃電網(wǎng)的運(yùn)行趨勢(shì)和狀況。

就電源側(cè)而言，應(yīng)該借助集成學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等多種方式，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度的分類決策和網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等，整合多種模型。在多樣化自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，分析不同因素的關(guān)聯(lián)性和數(shù)據(jù)的內(nèi)部規(guī)律，預(yù)測(cè)和規(guī)劃未來(lái)可再生能源的發(fā)電情況，并保證預(yù)測(cè)的精度。

就用戶側(cè)而言，需要將負(fù)荷側(cè)的風(fēng)能和光伏等合理接入電源，但在溫度影響下會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷和雙重特性設(shè)備的增加，大大增加了負(fù)荷預(yù)測(cè)難度。基于此，應(yīng)該深入研究混合模型聚類算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等各種算法，并分析各種算法對(duì)電負(fù)荷預(yù)測(cè)的應(yīng)用效果。

就電網(wǎng)側(cè)而言，氣象環(huán)境和氣象設(shè)備等發(fā)生變化，將會(huì)引發(fā)設(shè)備故障及跳閘等問(wèn)題。因此，可以分析利用故障事件詳情和設(shè)計(jì)參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，將電網(wǎng)調(diào)度的具體運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)建立成設(shè)備狀態(tài)評(píng)估模型。通過(guò)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)設(shè)備歷史故障，保證設(shè)備發(fā)生跳閘等故障時(shí)能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)[5]，總結(jié)規(guī)律，確定影響因素，進(jìn)一步提高設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的效率和準(zhǔn)確率。

3.4 基于知識(shí)譜圖的輔助決策技術(shù)

在智能電網(wǎng)調(diào)度的應(yīng)用和發(fā)展中，應(yīng)該注重實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。對(duì)設(shè)備檢修操作等明確流程的標(biāo)準(zhǔn)化，可實(shí)現(xiàn)故障預(yù)案編制，明確處理機(jī)制。另外，借助人工智能技術(shù)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)機(jī)制，可在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下完成固定化工作和重復(fù)性工作[6]。近年來(lái)，知識(shí)圖譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于治療輔助診斷和金融風(fēng)險(xiǎn)防控，其應(yīng)用拓展可以結(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)信息的提取、存儲(chǔ)以及計(jì)算。

3.5 基于語(yǔ)音交互的調(diào)度智能助手技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度的智能化發(fā)展，就要注重人機(jī)交互，優(yōu)化人機(jī)互動(dòng)。目前，充分利用觸屏、語(yǔ)音以及人臉識(shí)別等可實(shí)現(xiàn)控制，分析并處理調(diào)度人員輸入的內(nèi)容，得到需要的結(jié)果。此外，可以實(shí)時(shí)查詢電力設(shè)備運(yùn)行的原始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，并借助智能搜索檢索和抽取需要的數(shù)據(jù)信息。

3.6 電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)

智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)在線防控電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的全面防控。不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)發(fā)生故障概率的評(píng)估和安全風(fēng)險(xiǎn)在線評(píng)估，而且要通過(guò)在線控制風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)輔助決策。實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警類應(yīng)用如圖3所示。

圖3 實(shí)時(shí)預(yù)警和監(jiān)控類應(yīng)用

4 結(jié) 論

近年來(lái)，我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。在人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下，智能電網(wǎng)得到了進(jìn)一步發(fā)展。但是，目前我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)依然處于起步階段。隨著電網(wǎng)建設(shè)的復(fù)雜程度越來(lái)越高，各類新能源發(fā)電技術(shù)層出不窮，對(duì)智能電網(wǎng)和智能電網(wǎng)調(diào)度提出了新要求。只有不斷加強(qiáng)人工智能在智能電網(wǎng)調(diào)度中的研究和應(yīng)用推廣，才能保障電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全發(fā)展。