人工智能及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

閆曉斌

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅蘭州，730030）

0 引言

人們長(zhǎng)期以來(lái)一直夢(mèng)想著有可以取代人們工作的機(jī)器。但是，在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，人工智能仍然是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的幻想。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，人工智能也逐漸成為現(xiàn)實(shí)，人工智能實(shí)際上是在計(jì)算機(jī)上實(shí)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(jìn)化計(jì)算，模糊控制等，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個(gè)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(zhǎng)期運(yùn)行中不可避免發(fā)生事故，在這種狀態(tài)下將有成千上萬(wàn)條警報(bào)消息，如此大量的警報(bào)信息通常會(huì)引起操作員的恐慌。此時(shí)，如果使用人工智能技術(shù)，則可以迅速找出事故原因，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有很大幫助。其次，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(wú)法快速恢復(fù)供電。電力恢復(fù)涉及許多操作。在這一點(diǎn)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(yùn)行期間，可能會(huì)發(fā)生各種故障，例如線路故障，組件故障，信號(hào)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(kāi)發(fā)操作程序，以便計(jì)算機(jī)可以與人互動(dòng)并增加電氣自動(dòng)化設(shè)備的交互性。使用計(jì)算機(jī)編譯器編寫人工智能程序，以便許多設(shè)備的自動(dòng)操作，并根據(jù)操作的需求與員工的需求進(jìn)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(yùn)行，可以在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中更加安全、準(zhǔn)確、高效[1]。

■2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與進(jìn)化計(jì)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(wèn)世之后。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)非線性關(guān)系的任意復(fù)雜映射，并且適合大量訓(xùn)練樣本，沒(méi)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(cè)結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)的模式識(shí)別方法。它特別適用于存在大量結(jié)論性(標(biāo)簽)模式，且缺乏清晰的專家規(guī)則（例如圖像和聲音識(shí)別）以及能夠容忍錯(cuò)誤模式的情況，這就是為什么它在許多模式識(shí)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(fù)荷預(yù)測(cè)，動(dòng)態(tài)安全評(píng)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(xùn)練樣本，因此輸入和輸出信號(hào)變化越大，就需要越多的訓(xùn)練樣本。解決許多故障排除問(wèn)題時(shí)，很難獲得大量的訓(xùn)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(jìn)化計(jì)算的方法很多，例如遺傳計(jì)算，粒子群優(yōu)化算法和蟻群算法和進(jìn)化規(guī)劃，但實(shí)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(wèn)題。電力系統(tǒng)優(yōu)化的問(wèn)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(jī)組的啟動(dòng)和停止，優(yōu)化機(jī)組維護(hù)計(jì)劃，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的無(wú)功功率（包括開(kāi)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(dòng)態(tài)規(guī)劃問(wèn)題，適合通過(guò)進(jìn)化的計(jì)算方法解決，但無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的非線性優(yōu)化和動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法解決。進(jìn)化計(jì)算在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用相對(duì)成功。

■2.3 模糊理論在電力系統(tǒng)運(yùn)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(lái)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(yǔ)言變量來(lái)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(dāng)廣泛，涉及許多行業(yè)和領(lǐng)域。電力系統(tǒng)具有非線性，當(dāng)線路經(jīng)過(guò)非線性時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一些分量，這些分量可能會(huì)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(dú)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(shí)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(píng)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(yùn)行控制中，輸電線路運(yùn)行過(guò)程中容易受到自然和人為因素的影響，并且會(huì)受到損壞，這將影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)現(xiàn)。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使GPS巡檢技術(shù)得到了擴(kuò)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)，智能機(jī)器人和深度學(xué)習(xí)圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展使無(wú)人巡檢成為可能。人工智能機(jī)器人集成了視聽(tīng)監(jiān)控系統(tǒng)，定點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和上位機(jī)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(jī)器人遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了源網(wǎng)絡(luò)各種負(fù)荷因子的全局協(xié)調(diào)，達(dá)到了準(zhǔn)確調(diào)度和快速調(diào)度的目的。當(dāng)前，相對(duì)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(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)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(guò)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制的深入分析，對(duì)控制規(guī)則的獨(dú)立理解和研究以及快速的故障處理等，深度學(xué)習(xí)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)。可以分析電力系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，可以自動(dòng)確定系統(tǒng)不穩(wěn)定的機(jī)理，并提出穩(wěn)定狀態(tài)調(diào)整計(jì)劃。該系統(tǒng)可以深入研究計(jì)劃規(guī)則的文本，深入研究管理行為的模式，并自動(dòng)生成信息任務(wù)以進(jìn)行系統(tǒng)管理。此外，它還可以執(zhí)行在線分析，研究和評(píng)估大型電網(wǎng)的未來(lái)趨勢(shì)，監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)警，有效地評(píng)估和排除網(wǎng)絡(luò)故障，恢復(fù)電力拓?fù)洳⒃谄渲邪l(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(kāi)發(fā)一種類似于人眼的分布式智能協(xié)同作業(yè)機(jī)器人，可用于電力系統(tǒng)巡檢和測(cè)試的實(shí)踐中，并可提供全景，精確和非人為的操作，該機(jī)器人使用圖像識(shí)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(diǎn)，并且也發(fā)揮了積極的作用。可以在遠(yuǎn)距離巡邏電力線，并利用智能機(jī)器人的功能優(yōu)勢(shì)（例如自主定位和導(dǎo)航）從不同角度收集和分析高精度圖像，然后跟蹤和識(shí)別電力運(yùn)行狀態(tài)線并分析設(shè)備性能與故障。通過(guò)遷徙學(xué)習(xí)，可以提高電力線檢查的整體學(xué)習(xí)能力，并消除傳統(tǒng)機(jī)器人的缺陷。就分配站的值班而言，多個(gè)智能機(jī)器人負(fù)責(zé)在特定區(qū)域中同時(shí)值班。對(duì)來(lái)自多個(gè)來(lái)源的信息進(jìn)行全面分析可以準(zhǔn)確地識(shí)別設(shè)備故障，并最大限度地控制多個(gè)變電站、交換機(jī)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(shí)有效維護(hù)，提高配電站的服務(wù)水平。在隧道檢查方面，使用智能機(jī)器人三維模擬隧道全景圖可以實(shí)時(shí)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(fēng)險(xiǎn)，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(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀況和風(fēng)險(xiǎn)，并確保設(shè)備運(yùn)行的安全性。電力系統(tǒng)運(yùn)行故障的原因，超過(guò)50%的故障是由設(shè)備引起的。基于此技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)分析設(shè)備的整個(gè)生命周期，例如采購(gòu)和操作，以及跟蹤設(shè)備性能。使用掃描設(shè)備，可以自動(dòng)獲取有關(guān)設(shè)備的信息（例如質(zhì)量和性能狀況），對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行有效的預(yù)警，實(shí)施及時(shí)且有針對(duì)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(jì)表明，人工智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備的安全控制程度遠(yuǎn)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(duì)比如表1所示。

表1 人工智能檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的對(duì)比

■3.4 電力用戶服務(wù)

依靠自然語(yǔ)言處理技術(shù)等人工智能技術(shù)來(lái)創(chuàng)建語(yǔ)言資源數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)踐中，基于過(guò)去客戶咨詢的電話記錄執(zhí)行語(yǔ)義挖掘，并創(chuàng)建語(yǔ)言資源數(shù)據(jù)庫(kù)以及電網(wǎng)知識(shí)庫(kù)。通過(guò)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(zhǔn)確地響應(yīng)客戶的要求，并為他們的問(wèn)題提供特定的解決方案。此外，使用智能機(jī)器人可以代替人員來(lái)執(zhí)行客戶接待和語(yǔ)言交互，從而減少人力資源成本并改善用戶體驗(yàn)。

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(dāng)前實(shí)踐，對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)化的需求正在增長(zhǎng)，并且未來(lái)的電力系統(tǒng)將朝著系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)整個(gè)社會(huì)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(guò)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(hù)環(huán)境，促進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)的目標(biāo)，我國(guó)的電力工業(yè)將朝著自動(dòng)化發(fā)展，并促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)[1]。通過(guò)人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，可以為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供可靠的保證，促進(jìn)電力工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)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(wèn)題，而且可以改變電力營(yíng)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(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。正在進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行和管理可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的科學(xué)性，人工智能技術(shù)用于診斷電力系統(tǒng)故障使實(shí)現(xiàn)快速診斷的目標(biāo)成為可能。未來(lái)，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(xué)習(xí)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(jìn)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(jì)，穩(wěn)定，可以達(dá)到高效運(yùn)行，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，我們對(duì)人工智能的概念有了清晰的理解，并且認(rèn)識(shí)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(wèn)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(guó)的人工智能技術(shù)仍不發(fā)達(dá)，與國(guó)外先進(jìn)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(dāng)?shù)挠?jì)劃來(lái)促進(jìn)我國(guó)人工智能的發(fā)展。首先，我國(guó)應(yīng)鼓勵(lì)更多的公司致力于人工智能的發(fā)展。第二，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人工智能人才的培訓(xùn)。對(duì)我國(guó)人工智能的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。