知識(shí)圖譜在電力行業(yè)的應(yīng)用與研究

◆王瓊 楊波

行業(yè)與應(yīng)用安全

知識(shí)圖譜在電力行業(yè)的應(yīng)用與研究

◆王瓊 楊波

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司 甘肅 730050）

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的挖掘，并將人工智能、知識(shí)圖譜及自然語(yǔ)言等技術(shù)與其相融合，構(gòu)建電力行業(yè)的知識(shí)圖譜，根據(jù)電力行業(yè)的特點(diǎn)采用人工智能進(jìn)行分析，從而對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)。知識(shí)圖譜技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以推進(jìn)電力行業(yè)的科學(xué)化發(fā)展和信息化建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)與用戶的雙向友好互動(dòng)，保證各環(huán)節(jié)移動(dòng)互聯(lián)，擴(kuò)大智能電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

知識(shí)圖譜；電力行業(yè)；大數(shù)據(jù)；智能電網(wǎng)

將人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，可以構(gòu)成知識(shí)圖譜，它是一種智能數(shù)據(jù)庫(kù)，可以按照一定的結(jié)構(gòu)對(duì)知識(shí)進(jìn)行管理。在電力行業(yè)中引入知識(shí)圖譜，可以對(duì)數(shù)據(jù)信息中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并提取出有用的信息，同時(shí)還可以對(duì)系統(tǒng)中分散的知識(shí)進(jìn)行匯總，從而提高數(shù)據(jù)分析的能力。通過(guò)人工智能、5G通信等先進(jìn)技術(shù)，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳感設(shè)備與通信資源相融合，從而構(gòu)建智能化電力系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效管理提供了重要保障[1]。

1 知識(shí)圖譜與電力系統(tǒng)融合分析

知識(shí)圖譜通過(guò)結(jié)構(gòu)化方式對(duì)客觀事物、概念及相互關(guān)系進(jìn)行描述。通過(guò)對(duì)知識(shí)進(jìn)行收集處理，然后對(duì)有用的知識(shí)進(jìn)行抽取和存儲(chǔ)，從而完成知識(shí)圖譜的構(gòu)建，知識(shí)抽取是整個(gè)構(gòu)建過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其抽取方法作為研究的重點(diǎn)經(jīng)歷了規(guī)則詞典-機(jī)器學(xué)習(xí)-深度學(xué)習(xí)三個(gè)過(guò)程。如今知識(shí)圖譜得到了廣泛應(yīng)用，尤其在搜索引擎、對(duì)話問(wèn)答等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并結(jié)合深度學(xué)習(xí)，有效推動(dòng)人工智能的發(fā)展。

1.1 知識(shí)圖譜

谷歌公司為了提升引擎的效率，實(shí)現(xiàn)智能化搜索，于2012年最早提出知識(shí)圖譜這一概念。知識(shí)圖譜采用節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)實(shí)體、屬性進(jìn)行描述，采用邊來(lái)對(duì)實(shí)體間、實(shí)體與屬性間的語(yǔ)義關(guān)系進(jìn)行描述。實(shí)體是指現(xiàn)實(shí)中存在的事物，實(shí)體的特征由屬性來(lái)描述，各個(gè)實(shí)體間的互聯(lián)通過(guò)知識(shí)圖譜的關(guān)系特征來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就能為語(yǔ)義理解、情報(bào)檢索等功能的實(shí)現(xiàn)提供支持[2]。知識(shí)圖譜的構(gòu)建主要由知識(shí)抽取、知識(shí)融合、知識(shí)表示、知識(shí)驗(yàn)證和知識(shí)推理五部分構(gòu)成，構(gòu)建流程如圖1所示。

圖1 知識(shí)圖譜構(gòu)建流程

1.2 電力知識(shí)圖譜應(yīng)用分析

隨著電力系統(tǒng)智能化和信息化的不斷推進(jìn)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息量正不斷增加，信息化平臺(tái)在各級(jí)電力調(diào)度中心建設(shè)過(guò)程中，沒(méi)有采用統(tǒng)一的格式化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的種類和格式多種多樣，通常以文本、視頻等非結(jié)構(gòu)化方式進(jìn)行存儲(chǔ)，只有少量的數(shù)據(jù)是按結(jié)構(gòu)化處理。作為生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)，電力企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和服務(wù)工程會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，從而增加了電力數(shù)據(jù)的維度。電力數(shù)據(jù)資源主要由上述分散、多維、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)構(gòu)成。

因此將知識(shí)圖譜應(yīng)用在電力行業(yè)，可以對(duì)分散的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，從而保證電網(wǎng)數(shù)據(jù)的通用性和規(guī)范性，為智能電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)信息提供真實(shí)性和一致性保障[3]。

2 電力行業(yè)專用詞典的建立

為了更好研究電力行業(yè)，首要任務(wù)是對(duì)其相關(guān)專業(yè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了解，以便更好理解專業(yè)文獻(xiàn)。構(gòu)建電力行業(yè)專用詞典有助于對(duì)專業(yè)詞條的掌握和理解，同時(shí)可以提高學(xué)習(xí)效率，對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展起到一定推動(dòng)作用。

2.1 構(gòu)建方法

詞典構(gòu)建的常用方法包括術(shù)語(yǔ)抽取和定義抽取兩種。術(shù)語(yǔ)抽取問(wèn)題通常以形式化方式來(lái)表示，將其置信度以結(jié)果展現(xiàn)，從而對(duì)專業(yè)術(shù)語(yǔ)的置信度進(jìn)行辨識(shí)。術(shù)語(yǔ)抽取問(wèn)題有自身的缺陷，當(dāng)對(duì)低頻問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，信息利用率受限。為了降低分詞錯(cuò)誤給識(shí)別效果帶來(lái)的影響，并對(duì)其識(shí)別難度進(jìn)行調(diào)節(jié)，專業(yè)術(shù)語(yǔ)的抽取通過(guò)置信度傳播和表示學(xué)習(xí)來(lái)完成，抽取過(guò)程如下：

（1）通過(guò)模版匹配將專業(yè)術(shù)語(yǔ)從語(yǔ)料中自動(dòng)抽?。?/p>

（2）利用點(diǎn)互信息對(duì)抽取出的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行詞組性計(jì)算，然后通過(guò)百科語(yǔ)料庫(kù)和表示學(xué)習(xí)的方法以嵌入的形式對(duì)術(shù)語(yǔ)語(yǔ)義進(jìn)行表示，再根據(jù)語(yǔ)義關(guān)系構(gòu)建語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)；

（3）通過(guò)置信度傳播對(duì)抽取的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行排序，并對(duì)名次靠前的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行挑選，詞典的構(gòu)建流程如圖2 所示。

2.2 構(gòu)建分析

通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出電力行業(yè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，構(gòu)建專用詞典。隨著大數(shù)據(jù)、5G移動(dòng)通信和人工智能的快速發(fā)展，為電力行業(yè)的智能化發(fā)展提供了條件。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)智能化和信息化建設(shè)，本文對(duì)電力、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)詞匯進(jìn)行匯總，并編制成詞典，電力行業(yè)詞條包括：高壓直流輸電、繼電保護(hù)、自動(dòng)調(diào)控、供配電系統(tǒng)、電力物聯(lián)網(wǎng)、變電站和發(fā)電廠等；計(jì)算機(jī)詞條包括：可視化、VR技術(shù)、機(jī)器語(yǔ)言、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)圖譜、大數(shù)據(jù)、5G通信、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息安全等[4]。

圖2 詞典構(gòu)建流程

3 電力行業(yè)知識(shí)圖譜構(gòu)建

3.1 基礎(chǔ)平臺(tái)知識(shí)圖譜

基礎(chǔ)平臺(tái)主要由平臺(tái)管理、各種數(shù)據(jù)庫(kù)和總線等構(gòu)成，為相關(guān)功能的開(kāi)發(fā)、使用和維護(hù)提供技術(shù)支持，并確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。通過(guò)對(duì)其知識(shí)圖譜進(jìn)行構(gòu)建，平臺(tái)內(nèi)各功能單元間的關(guān)系一目了然，這樣就可以為工作人員就能對(duì)其結(jié)構(gòu)更加直觀了解，為后續(xù)使用提供了方便。

基礎(chǔ)平臺(tái)的知識(shí)圖譜如圖3所示，按照從下到上方法對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建，首先將實(shí)體和屬性從數(shù)據(jù)源中進(jìn)行提取，并對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而獲得應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)庫(kù)表、消息通道、日志服務(wù)等，其次將上述實(shí)體間的關(guān)系按照種類進(jìn)行區(qū)分，對(duì)其本體關(guān)系進(jìn)行抽象化處理，從而完成其知識(shí)圖譜的構(gòu)建。

圖3 基礎(chǔ)平臺(tái)知識(shí)圖譜

3.2 業(yè)務(wù)邏輯知識(shí)圖譜

電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)多樣化，同時(shí)各業(yè)務(wù)緊密聯(lián)系，因其數(shù)據(jù)信息量大，還需保證其動(dòng)態(tài)特性，這樣就給系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理帶來(lái)了巨大的壓力。業(yè)務(wù)邏輯知識(shí)圖譜的構(gòu)建，一方面可以通過(guò)可視化技術(shù)將復(fù)雜業(yè)務(wù)的調(diào)用關(guān)系對(duì)外展示，另一方面還可以輔助排故，加深對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，熟悉各個(gè)業(yè)務(wù)流程。對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的知識(shí)圖譜進(jìn)行構(gòu)建通常包括以下要點(diǎn)：依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)相關(guān)信息，對(duì)各部分的本體及其關(guān)系進(jìn)行抽象化處理，然后將本體的信息從各數(shù)據(jù)源中提取出來(lái)，這樣就可以按照本體間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)實(shí)體關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜的構(gòu)建[5]。

4 效益分析

4.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

構(gòu)建電力系統(tǒng)的知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)了用戶與智能電網(wǎng)間的雙向互動(dòng)，保證服務(wù)型企業(yè)的高效管理，為系統(tǒng)安全可靠供電提供了重要保障，對(duì)日常管理進(jìn)行了優(yōu)化并開(kāi)拓了企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)了精益化管理，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而掌握系統(tǒng)的功率、負(fù)載等運(yùn)行趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)電力資源的優(yōu)化配置，保證了電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 綜合管理效益

通過(guò)知識(shí)圖譜與人工智能的建設(shè)，首先可以對(duì)用戶側(cè)負(fù)荷進(jìn)行柔性調(diào)控，電力企業(yè)有序用電管理水平得到提升；其次對(duì)用戶用電情況實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，提升了客戶服務(wù)水平；最后可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的分析，對(duì)需求側(cè)的管理不足進(jìn)行改進(jìn)，為相關(guān)政策的實(shí)施提供數(shù)據(jù)信息支撐，可以有效推動(dòng)管理水平的提升[6]。

5 結(jié)論

將知識(shí)圖譜應(yīng)用在電力領(lǐng)域，可滿足電力企業(yè)數(shù)字化管理和智能電網(wǎng)的建設(shè)，有效提高了電力企業(yè)的管理水平。該系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，利用人工智能技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行合理使用，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)推動(dòng)了智能電網(wǎng)的建設(shè)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精益化管理，促進(jìn)了電力企業(yè)的科學(xué)化管理和信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了智能電網(wǎng)與用戶間友好互動(dòng)，有效提升了電力公司的業(yè)務(wù)水平，具有很好的發(fā)展前景和實(shí)用價(jià)值。

[1]劉津，杜寧，等. 知識(shí)圖譜在電力領(lǐng)域的應(yīng)用于研究[J]. 電力信息與通信技術(shù)，2020，18（1）：60-63.

[2]李新鵬，徐建航，等. 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)知識(shí)圖譜的構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 中國(guó)電力，2019，52（2）：70-75.

[3]余建明，王小海，等.面向智能調(diào)控領(lǐng)域的知識(shí)圖譜構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48（3）：29-33.

[4]郭洋，張永梅，姚振.智能電網(wǎng)可視化平臺(tái)建設(shè)實(shí)踐研究[J].電工技術(shù)，2019（18）：98-99.

[5]沈國(guó)梁，強(qiáng)榮，陳海亮.電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行可視化分析系統(tǒng)應(yīng)用[J].寧夏電力，2008（3）：40-42.

本文受甘肅省電力公司科技項(xiàng)目《智能電網(wǎng)信息互聯(lián)技術(shù)支撐體系設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究》資助