人工智能在電力系統(tǒng)中的應用

林世溪

（國網(wǎng)溫州供電公司，浙江溫州 325000）

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會不可或缺的基礎(chǔ)設施，而人工智能的快速發(fā)展為電力系統(tǒng)的運行和管理帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用可提高系統(tǒng)的運行效率、降低成本、改善可靠性，為未來的電力系統(tǒng)規(guī)劃和市場設計提供更好的決策支持[1]。

1 電力系統(tǒng)運行中人工智能的具體應用

隨著時間的推移，能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化，新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，高比例的綜合能源服務快速滲透，電動新能源汽車的大規(guī)模接入使電網(wǎng)系統(tǒng)無比復雜且非常靈活，具有高度不確定性、強隨機過程和相當復雜的拓撲結(jié)構(gòu)連接等主要特征。未來電網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢，其對電力系統(tǒng)及其自動化電子信息技術(shù)的具體要求趨于高效穩(wěn)定。

1.1 人工智能技術(shù)與電力系統(tǒng)機組調(diào)度優(yōu)化

機組調(diào)度優(yōu)化是電力系統(tǒng)中應用人工智能技術(shù)的重要領(lǐng)域之一。機組調(diào)度優(yōu)化的目標是在滿足電力系統(tǒng)負荷需求的前提下，最大程度地降低發(fā)電成本，并確保各個機組的運行處于安全可靠的狀態(tài)。

（1）人工智能技術(shù)可用于負荷需求預測。通過分析歷史負荷數(shù)據(jù)、天氣預報、季節(jié)性變化等因素，人工智能模型可預測未來負荷需求的趨勢和波動。這些預測結(jié)果可為機組調(diào)度提供依據(jù)，幫助決策者制訂合理的運行策略。

（2）人工智能技術(shù)可應用于機組出力優(yōu)化。通過分析機組的特性、燃料成本、啟停時間等因素，結(jié)合實時的市場價格和負荷需求，人工智能模型可確定最佳的機組出力分配策略。例如，在電力市場需求高峰期，人工智能可根據(jù)價格信號和機組啟動時間等因素，自動調(diào)整機組的出力，以實現(xiàn)成本最小化。

（3）人工智能技術(shù)可支持機組的故障預測和維護計劃優(yōu)化。通過監(jiān)測機組傳感器數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)和振動特征等信息，人工智能模型可識別機組的潛在故障風險，并提供相應的維護計劃。這有助于提前發(fā)現(xiàn)問題，減少機組故障的可能性，并確保機組的可靠性和可用性。

（4）人工智能技術(shù)還可應用于機組調(diào)度的實時優(yōu)化。通過實時監(jiān)測負荷需求、市場價格、機組狀態(tài)和網(wǎng)絡狀況等信息，人工智能模型可動態(tài)調(diào)整機組的出力和啟停策略，以適應系統(tǒng)的運行需求。這種實時優(yōu)化可提高整個電力系統(tǒng)的靈活性和響應速度，使系統(tǒng)能夠更好地應對突發(fā)情況和市場變化。

1.2 人工智能技術(shù)與電力系統(tǒng)規(guī)劃

1.2.1 電源規(guī)劃

電源規(guī)劃是指在電力系統(tǒng)中合理選擇和配置發(fā)電設備的過程，以滿足不斷增長的電力需求。人工智能在電源規(guī)劃中的應用主要包括以下方面。

（1）數(shù)據(jù)分析和預測。人工智能可利用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，對歷史用電數(shù)據(jù)、負荷曲線、氣象數(shù)據(jù)等進行分析和建模，從而預測未來的電力需求。這些預測結(jié)果可用于確定未來的發(fā)電容量需求，并幫助規(guī)劃者做出合理的決策。

（2）發(fā)電設備選型。人工智能可基于電力需求預測和環(huán)境因素，為電源規(guī)劃提供支持。通過分析不同類型發(fā)電設備的特性、成本、可靠性和環(huán)境影響等因素，人工智能可評估不同發(fā)電技術(shù)的適用性，并提供最佳的發(fā)電設備選型建議。

（3）發(fā)電容量配置。人工智能可通過優(yōu)化算法和模型，確定不同發(fā)電設備的合理容量配置。這包括確定每種發(fā)電技術(shù)的容量比例、發(fā)電設備的部署位置及系統(tǒng)備用容量的規(guī)劃等。通過考慮負荷曲線、可再生能源可利用性、傳輸能力等因素，人工智能可獲得最佳的發(fā)電容量配置方案，以滿足經(jīng)濟、可靠性和環(huán)境目標。

（4）可再生能源集成。人工智能可支持將可再生能源（如太陽能和風能）集成到電力系統(tǒng)中。通過分析可再生能源資源數(shù)據(jù)、天氣預測、負荷需求等信息，人工智能可優(yōu)化可再生能源的調(diào)度、儲能設備的運行策略，以最大程度地利用可再生能源，降低碳排放并提高系統(tǒng)的可靠性。

（5）靈活性市場參與。人工智能可幫助發(fā)電商參與靈活性市場，如需求響應市場和能量儲存市場。通過實時監(jiān)測市場價格、負荷需求和發(fā)電設備狀態(tài)等信息，人工智能可優(yōu)化發(fā)電設備的出力和參與市場交易，從而提高經(jīng)濟效益和系統(tǒng)靈活性。

1.2.2 電網(wǎng)規(guī)劃

電網(wǎng)規(guī)劃是指根據(jù)電力系統(tǒng)的需求和發(fā)展目標，制訂合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和布局方案的過程。以下是人工智能在電網(wǎng)規(guī)劃中的具體應用。

（1）負荷預測。人工智能可通過分析歷史負荷數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、經(jīng)濟活動等因素，準確預測未來電力負荷的增長趨勢和分布。這為電網(wǎng)規(guī)劃者提供了重要的參考數(shù)據(jù)，其可根據(jù)預測結(jié)果調(diào)整電網(wǎng)的容量和布局，合理分配電力資源，滿足電力供需的平衡。

（2）可再生能源集成規(guī)劃。人工智能可通過分析可再生能源的出力、電網(wǎng)負荷情況、電力市場價格等因素，確定最佳的可再生能源集成方案。人工智能模型可考慮電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性等要素，提供優(yōu)化的可再生能源規(guī)模、位置和接入策略，以最大化可再生能源的利用，并減少對傳統(tǒng)能源的依賴。

（3）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。人工智能可通過分析電力網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)、負荷分布、電力設備運行狀態(tài)等信息，進行電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。人工智能模型可采用優(yōu)化算法和模擬方法，考慮供電可靠性、輸電損耗、成本效益等因素，提供最佳的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和布局方案，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效利用。

（4）可靠性評估。人工智能可通過建立模型和仿真方法，分析電力系統(tǒng)中潛在的故障和風險因素，評估電網(wǎng)的可靠性和脆弱性。基于人工智能技術(shù)的模型可模擬各種故障和異常情況，并提供相應的應對策略和備用方案，以提高電網(wǎng)的抗災能力和可靠性。

（5）靈活性規(guī)劃。人工智能可根據(jù)不同時間段的電力需求和市場信號，制訂合理的靈活性資源配置策略。通過分析市場價格、可調(diào)度資源的供需狀況和用戶需求，人工智能模型可提供靈活性資源（如儲能系統(tǒng)、可調(diào)度負荷等）的最優(yōu)配置方案，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活性運行和經(jīng)濟效益。

1.3 人工智能技術(shù)與電力市場

電力市場以電價交易為基礎(chǔ)，應用計算機、測量、通信等現(xiàn)代化設備，利用協(xié)商、競價等方式對電力資源進行優(yōu)化配置，從而實現(xiàn)供需平衡。但電力交易變革帶來了更復雜的系統(tǒng)優(yōu)化決策問題，人工智能技術(shù)在其中發(fā)揮了重要作用。在電力市場中，人工智能技術(shù)主要運用于發(fā)電側(cè)、配電側(cè)等方面。

1.3.1 發(fā)電側(cè)電力市場

發(fā)電側(cè)電力市場是電力系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其通過市場機制和交易規(guī)則，促進發(fā)電企業(yè)間的競爭和合作，實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置和經(jīng)濟運行。以下是人工智能在發(fā)電側(cè)電力市場中的具體應用。

（1）發(fā)電計劃優(yōu)化。通過人工智能技術(shù)，發(fā)電企業(yè)可對發(fā)電設備的運行狀態(tài)、市場需求和成本等因素進行綜合分析與建模，從而實現(xiàn)發(fā)電計劃的優(yōu)化。人工智能模型可考慮不同的市場條件和約束條件，通過優(yōu)化算法確定最佳的發(fā)電計劃，以最大化收益或降低成本。

（2）靈活性資源的運營。靈活性資源包括可調(diào)度的發(fā)電設備、儲能設備和需求響應等。人工智能可幫助發(fā)電企業(yè)有效運營這些靈活性資源。通過實時監(jiān)測市場價格、負荷需求和可再生能源出力等信息，人工智能模型可自動調(diào)整靈活性資源的出力和響應策略，以最大化其價值和參與市場交易。

（3）市場參與決策支持。通過分析市場價格、競爭對手的行為、負荷需求預測等信息，人工智能模型可預測市場趨勢，評估不同決策方案的風險和收益，并提供決策建議。這有助于發(fā)電企業(yè)制訂戰(zhàn)略性的市場參與計劃，提高其競爭力和盈利能力。

（4）可再生能源的預測和調(diào)度。通過分析天氣數(shù)據(jù)、歷史發(fā)電數(shù)據(jù)和負荷需求等因素，人工智能模型可預測可再生能源的產(chǎn)生量，并根據(jù)市場需求和網(wǎng)絡狀況，制訂最佳的可再生能源出力計劃。

（5）交易數(shù)據(jù)分析和風險管理。人工智能可幫助發(fā)電企業(yè)對市場交易數(shù)據(jù)進行分析和建模，以識別市場風險和機會。通過對大量交易數(shù)據(jù)的學習和分析，人工智能模型可發(fā)現(xiàn)潛在的交易模式、異常行為和價格波動趨勢，從而幫助發(fā)電企業(yè)制訂風險管理策略和決策。

1.3.2 配電側(cè)電力市場

配電側(cè)電力市場是電力系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其涉及分布式發(fā)電、電能質(zhì)量服務、電能儲存和靈活需求響應等資源的交易和管理。以下是人工智能在配電側(cè)電力市場中的具體應用。

（1）分布式發(fā)電管理。分布式發(fā)電包括太陽能光伏、風力發(fā)電、小水電等在用戶側(cè)進行的能源產(chǎn)生。人工智能可應用于分布式發(fā)電管理中，通過分析天氣數(shù)據(jù)、負荷需求等因素，預測分布式發(fā)電的潛力和出力，并協(xié)調(diào)分布式發(fā)電設備的運行，以實現(xiàn)電力供需的平衡。

（2）電能質(zhì)量服務。人工智能可監(jiān)測和控制電能質(zhì)量問題，如電壓波動、諧波等。通過實時監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)狀態(tài)，人工智能模型可識別電能質(zhì)量問題的發(fā)生和變化，并采取相應的措施進行調(diào)整和修復，提高用戶的用電質(zhì)量和滿意度。

（3）電能儲存優(yōu)化。電能儲存技術(shù)（如電池儲能系統(tǒng)）在配電側(cè)電力市場中發(fā)揮著重要作用。人工智能可應用于電能儲存的優(yōu)化，通過分析市場價格、負荷需求和儲能系統(tǒng)狀態(tài)等因素，優(yōu)化電能儲存設備的充放電策略，以實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟效益和系統(tǒng)靈活性。

（4）靈活需求響應。靈活需求響應是指根據(jù)市場信號和價格，調(diào)整用戶負荷需求的行為。人工智能可幫助用戶實時監(jiān)測市場價格、能源供應情況和自身需求特征，通過智能化的決策支持系統(tǒng)，提供優(yōu)化的負荷調(diào)整策略，以實現(xiàn)用戶的經(jīng)濟效益和能源消費的靈活性。

（5）市場交易決策支持。人工智能可分析市場數(shù)據(jù)、負荷需求和供應能力等信息，為市場參與者提供決策支持。通過建立模型和優(yōu)化算法，人工智能可幫助參與者制訂最佳的市場交易策略，包括電能購買、銷售和交易的時間和容量安排等。

1.3.3 用電側(cè)電力市場

用電側(cè)電力市場是指以終端用戶為主體的電力市場，其通過市場機制和交易規(guī)則，促進用電側(cè)參與電力市場的決策和交易，實現(xiàn)能源的高效利用和靈活管理。以下是人工智能在用電側(cè)電力市場中的具體應用。

（1）智能能源管理系統(tǒng)。人工智能可應用于智能能源管理系統(tǒng)中，監(jiān)測和分析用戶的能源消費數(shù)據(jù)，幫助用戶制訂有效的能源管理策略。通過學習用戶的用電模式、行為習慣和需求，人工智能模型可為用戶提供個性化的能源消費建議，幫助其高效利用能源并降低能源成本。

（2）負荷預測和優(yōu)化調(diào)度。通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、特殊活動等因素，人工智能模型可準確預測用戶的負荷需求，并制訂最佳的負荷調(diào)度策略，以平衡供需關(guān)系、降低用電峰值和優(yōu)化能源消耗。

（3）靈活需求響應。人工智能可協(xié)助用戶進行靈活需求響應，即根據(jù)能源市場價格或網(wǎng)絡負荷情況，調(diào)整用電行為以適應市場需求和電力系統(tǒng)的運行。通過實時監(jiān)測市場價格、負荷需求和用戶偏好等信息，人工智能模型可自動調(diào)整用戶的用電行為，實現(xiàn)靈活的能源消費方式。

（4）可再生能源集成。通過預測可再生能源的出力、監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，人工智能模型可協(xié)調(diào)用戶的用電需求和可再生能源的供給，實現(xiàn)可再生能源的最大化利用和平滑集成。

（5）能源交易和共享經(jīng)濟。通過區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約，人工智能模型可實現(xiàn)用戶間的直接能源交易，促進能源的分布式共享和合作。這有助于提高能源市場的透明度、降低能源交易成本，并推動能源產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。

2 結(jié)束語

文章研究了人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應用，并取得了一定的研究成果。此外，人工智能技術(shù)在電力市場中的應用可優(yōu)化資源配置和價格形成機制，促進電力市場的公平、高效運行。盡管人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用已取得了一些成果，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。未來的研究可進一步優(yōu)化算法和模型，提高決策的準確性和實時性。