智能技術在生產運行與輸配電中的應用

【關鍵詞】智能技術；生產運行；輸配電

引言

隨著信息技術和人工智能的迅猛發展，智能化已成為電力行業發展的必然趨勢。近年來，我國電力工業規模持續擴大。《中國電力行業年度發展報告·2023》指出，全國電力供應總體穩定，能夠成功經受迎峰度夏、迎峰度冬等重要的時段考驗。2023年新增電力裝機約3.7億千瓦，總裝機達到29.2億千瓦，同比增長13.7%。非化石能源發電裝機容量首次超過火電裝機容量，占總裝機容量比重首次突破50%。然而，電力系統運行的復雜性也隨之增加，傳統的管理模式已難以滿足新形勢下的需求。智能技術的引入為解決這一難題提供了新的思路和方法。智能技術在發電、輸電、配電、用電等各個環節的廣泛應用，不僅能提高電力系統的運行效率和可靠性，還能為推動能源結構轉型，構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系作出重要貢獻。本文將系統梳理智能技術在電力生產運行與輸配電領域的應用現狀，分析電力行業面臨的挑戰，以供相關人員參考借鑒。

一、智能技術概述

智能技術在電力系統中的應用正呈現出蓬勃發展之勢，這主要體現在兩個方面。

其一，人工智能技術在電力領域的應用日益深入。以生成式人工智能（AI-Generated Content，AIGC）為代表的技術正在重塑電力系統的運營模式。AIGC等大型模型已被應用于電力調度員培訓、故障診斷和客戶服務等領域。例如，在南方電網公司，基于AIGC的智能助手“小智”能夠快速回答江門供電局員工的專業問題，從而大幅提高工作效率。此外，機器學習算法在負荷預測、設備健康狀態評估等方面的應用也取得了顯著成效[1]。

其二，物聯網技術正在推動電力系統向全面感知、泛在互聯的方向發展。新一代通信技術，如5G和低功耗廣域網，能夠為電力物聯網的大規模部署奠定基礎。在智能電表領域，國家電網正積極推進窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技術的應用，以實現用電數據的實時采集和分析。以國網天津市電力公司的試點項目為例，該公司在2017年開展了一項創新性的實驗，在城南地區建立了兩個470 MHz的NB-IoT無線基站，并對智能電表進行了全面測試。這項試驗涉及多個方面，包括系統的數據傳輸能力、可靠性及運維管理等。測試結果顯示，NB-IoT技術在電力應用中具有顯著優勢，如功耗較低、穿透能力較強及支持大規模設備連接等。這項技術的應用不僅提高了數據采集的效率，還增強了系統的穩定性和可靠性。它能夠跨越傳統的臺區限制，在實現更廣范圍數據采集的同時，支持高頻率的實時數據更新，從而為電網公司提供了更靈活、更經濟的解決方案，有助于優化電網管理和提高服務質量[2]。

二、智能技術應用的挑戰

智能技術在電力系統中的應用雖然前景廣闊，但在實際落地過程中面臨諸多挑戰。一方面，技術與基礎設施的適配性問題亟待解決。我國電力系統規模龐大，設備類型繁多，新舊交替，這使得智能技術的全面推廣面臨巨大障礙。許多傳統設備缺乏數字化接口，難以直接接入智能系統。不同廠商、不同時期的設備往往采用各自的通信協議和數據格式，導致系統集成困難重重。在智能變電站建設中，如何實現新老設備的無縫對接，確保系統穩定運行，成為一大難題。此外，電力系統的特殊性要求智能技術必須具備極高的可靠性和安全性，這對技術本身提出了更高的要求。如何在保證系統安全穩定的前提下，充分發揮智能技術的優勢，是擺在電力行業面前的一道難題。另一方面，數據安全與隱私保護問題日益凸顯。隨著智能電網的發展，海量用戶數據被實時采集和傳輸，這不僅帶來了巨大的數據處理壓力，還引發了嚴峻的安全風險。如何在開放互聯的環境下，有效防范網絡攻擊，保護關鍵基礎設施和用戶隱私，成為了智能技術應用必須面對的挑戰。同時，電力數據的敏感性決定了其不能隨意共享和開放，這在一定程度上限制了人工智能等技術的深度應用。如何在數據安全與技術創新之間找到平衡點，需要電力行業與技術領域的專家共同努力。此外，智能技術的廣泛應用也帶來了新的倫理問題。例如，在電力調度決策中如何平衡人工智能與人為判斷，確保決策的公平性和可解釋性，都是亟待解決的難題。

三、智能技術在生產運行與輸配電中的應用

（一）智能技術在電力生產運行中的應用

1.人工智能在電力設備故障診斷中的應用

近年來，人工智能技術在電力設備故障診斷領域取得了顯著進展。在提高診斷效率和準確性方面，人工智能技術提供了強有力的支持。南方電網與華為公司的合作就是一個典型案例。2022年2月，雙方在深圳聯合發布了電力行業首個基于異構生態的AI預訓練模型。這一創新模型通過先行學習基礎課程，能夠在不同人工智能應用場景中靈活運用，將AI算法的研發效率提高了5倍之多。更為可喜的是，該模型在識別任務方面的準確率也從85%躍升至95%。在排查設備隱患、查找故障等特定任務中，該模型同樣表現出色，它不僅更加準確，還更具智能性。與此同時，國外電力公司也在積極探索AI技術在故障診斷方面的應用。法國電力公司開發的Metro scope人工智能診斷軟件就是一個例子。這款軟件能夠在工業設備運行過程中自動檢測運行故障，并在第一時間獲取精確可靠的檢測結果。Metro scope的應用為客戶打造了高效靈活的“未來工廠”。目前，法國所有核電站的汽機機房都已經采用了這項技術，這為法國電力集團節省了大量資金，充分展現了AI技術在電力設備故障診斷中的巨大潛力和實際價值。

2.人工智能在電力負載預測中的應用

電力負載預測是電網運行的關鍵環節，直接影響這電力系統的安全性、經濟性和可靠性，隨著人工智能技術的迅速發展，其在電力負載預測領域的應用取得了顯著成效。以廣東電網公司為例，2020年4月，該公司正式上線了一套基于人工智能技術的省地一體負荷預測管理系統。這是由廣東電網公司調控中心自主研發的具有完整自主知識產權的負荷預測系統，標志著該公司對人工智能技術在短期負荷預測領域的應用邁出了關鍵一步。這套系統自投入運行以來，取得了令人矚目的成果。其實現了對約1，300個母線節點在30分鐘內的全自動預測，大大提高了預測的覆蓋范圍和時效性；更為可喜的是，在2020年第一季度的常規工作日中，系統負荷人工智能預測的平均準確率達到了97%，這一水平已經接近專家預測的水平。相比之前82.4%的負荷預測準確率，新系統使得預測準確率提高了3.2個百分點。這不僅體現了人工智能技術在負載預測中的強大潛力，還為電網運行提供了更加可靠的數據支持。

（二）智能技術在輸電網絡中的應用

1.智能變電站

智能變電站作為現代電網的核心樞紐，正逐步成為智能技術與電力系統深度融合的典范。近年來，我國在智能變電站建設方面取得了顯著進展。以國網江蘇電力為例，其建成的±800 kV錫盟—泰州特高壓直流輸電工程泰州換流站，堪稱智能變電站的標桿。它全面采用了中國自主研發的特高壓直流輸電技術和裝備，擁有自主知識產權700多項。工程投運后，每年可向江蘇省輸送電量550億千瓦時，相當于運輸煤炭2，520萬噸；可減少排放二氧化碳4，950萬噸、二氧化硫12.4萬噸、氨氧化物13.1萬噸，能夠有力促進長三角區域大氣污染防治目標的實現。該站采用了先進的數字化二次設備和智能一次設備，實現了設備狀態全面感知、信息高度共享和系統自動控制。站內布置了數千個智能傳感器，構建了覆蓋全站的物聯網系統，能夠實時監測設備運行狀態。此外，站內還部署了基于人工智能的設備健康評估系統，通過對海量運行數據的分析，準確預測設備可能出現的故障，大大提高了設備管理的主動性和科學性。這些創新應用不僅可以提高變電站的運行效率和可靠性，還實現了少人值守甚至無人值守，從而為電網智能化發展樹立新的標桿[3]。

2.輸電線路在線監測

輸電線路作為電力系統的重要組成部分，其安全穩定運行直接關系到電力供應的可靠性。隨著智能技術的發展，輸電線路在線監測系統正在改變傳統的線路管理模式。南方電網公司已實現500 kV全戶內變電站調度的遙控啟動，其中500 kV盤龍變電站配備了2臺總容量2，000 MVA的主變壓器，500 kV出線4回，220 kV出線8回。這些復雜的線路網絡正是在線監測系統發揮作用的舞臺。智能變電站的通信線路已全面通過光纖代替傳統電纜，采用高速網絡通信平臺及各種自動化高級設備。這使得運行維護更加全面智能，故障處理更加精準高效，調度操作更加科學快捷，進而極大提高工作效率，增強供電可靠性。以揭陽供電局變電管理所盤龍巡維中心站為例，該站依托信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享最大化，能夠在自動完成信息采集、測量、計量、控制、保護、檢測等基本功能的同時，具備支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同交互等高級功能[4]。這些功能的實現大大減少了約800項現場操作，將效率平均縮短了50%以上；既提高了工作效率，又保證了電網安全可靠運行，極大降低了現場作業的安全風險。

（三）智能技術在配電系統中的應用

1.配電自動化

配電自動化是智能電網建設的重要組成部分，也是提高配網運行效率、可靠性和電能質量的關鍵手段。隨著信息技術、通信技術和自動化技術的不斷發展，配電自動化系統逐漸從傳統的手動操作模式向智能化、自動化方向發展。通過在配電網中引入高效的自動化設備和先進的通信網絡，配電網能夠實現遠程監控、故障自動隔離、負荷自動調節等功能，大大提高了供電系統的靈活性和應對能力。在實際應用中，配電自動化系統主要包括配電主站系統、配電終端設備及通信網絡。主站系統負責全局的監控與調度，配備了先進的分析和決策支持功能；而終端設備，如配電終端單元、故障指示器等，則負責執行現場操作，實時收集設備狀態和電網運行數據。通過通信網絡，主站和終端設備能夠實現無縫連接，保證信息傳輸的及時性和準確性。尤其是在故障發生時，配電自動化系統能夠迅速隔離故障區域，避免故障擴大化，并通過拓撲重構快速恢復非故障區域的供電[5]。

2.智能用電管理

智能用電管理是智能電網的重要組成部分，旨在通過智能化手段優化電力用戶的用電行為，提高電能利用效率，減少能源浪費，推動傳統電力系統向清潔、低碳、高效的方向轉型。智能用電管理不僅涵蓋了智能電表、分時電價、需求側響應等技術手段，還包括了智能家居、微電網等新型用電模式的推廣與普及。

在實際應用中，智能電表是智能用電管理的核心設備。通過智能電表，電力公司能夠實時采集用戶用電數據，精確記錄電量信息，并根據用戶的用電習慣進行分析。智能電表還支持遠程抄表、遠程斷電等功能，這極大地方便了電力公司的運維管理。更為重要的是，智能電表的廣泛應用為分時電價、階梯電價等靈活的電價機制提供了技術支撐，促使用戶根據電價波動調整用電行為，通過削峰填谷緩解電網負荷壓力。此外，需求側響應技術的應用也在智能用電管理中扮演著重要角色。通過需求側響應系統，電力公司可以與用戶進行實時互動，在電力負荷高峰期引導用戶減少用電，或在電力供應充足時鼓勵用戶增加用電，從而實現電力需求的動態平衡。例如，國網江蘇省電力公司通過智能用電管理平臺，實現對工業用戶和居民用戶的分時電價調控。在夏季用電高峰期，平臺可以通過短信和APP通知用戶錯峰用電，避免大規模停電風險，進而有效降低整個電網的運行成本。除了傳統的用電管理方式，智能家居與微電網技術的結合還能進一步推動智能用電管理的創新發展。智能家居系統通過與電力管理系統聯動，能夠根據電價、環境溫度和用戶需求自動調整家電的運行狀態，優化家庭用電結構[6]。

結語

從智能發電到配電自動化，從輸電線路在線監測到智能用電管理，技術創新正持續為傳統電力行業注入新的活力。這些進步不僅提高了電網的運行效率和可靠性，還為能源結構轉型和清潔低碳發展提供了強有力的支撐。然而研究者也亟需清醒地認識到，技術應用的道路并非一帆風順，數據安全、系統兼容性、倫理問題等挑戰仍然存在，為此需要以更加審慎和智慧的態度去應對。未來，隨著人工智能、物聯網等技術的進一步成熟，電力系統有望迎來更加智能、更加綠色、更加安全的新時代。