人工智能技術(shù)在供電領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用分析

鐘育哲

【摘要】? ? 電力行業(yè)的概念按國家統(tǒng)計局的分類，將電力行業(yè)編目于電力與熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)大類下，分為電力生成和電力供應(yīng)兩部分，即發(fā)電和供電（電網(wǎng)）兩大類。筆者曾隨北師大的研究課題組對深圳、桂林供電局關(guān)于人工智能在行業(yè)中應(yīng)用進(jìn)行了實地調(diào)研，深入了解了AI技術(shù)在自動巡檢、探傷以及服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用情況，為進(jìn)一步聚焦和深化研究工作，本文謹(jǐn)以供電行業(yè)為背景，分析和總結(jié)人工智能技術(shù)的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀，對電力行業(yè)供電領(lǐng)域人工智能的發(fā)展進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】? ? 人工智能? ? 電力技術(shù)? ? 應(yīng)用創(chuàng)新

引言

能源電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和先行產(chǎn)業(yè)之一。70年來，中國電力工業(yè)經(jīng)歷了由弱變強(qiáng)、由落后變先進(jìn)的發(fā)展歷程，取得舉世矚目的巨大發(fā)展。到2018年，發(fā)電量和發(fā)電裝機(jī)容量雙雙位列世界第一，其中發(fā)電量連續(xù)8年達(dá)69，940億kWh，電量占全球五分之一以上，是第二美國的1.6倍。同時，作為先行產(chǎn)業(yè)，國家也高度重視電力科技發(fā)展，電力裝備技術(shù)水平取得了飛躍式地提升，發(fā)電技術(shù)在大容量、高參數(shù)、環(huán)保型方向上全面達(dá)到世界先進(jìn)水平;在核電以及電網(wǎng)供電技術(shù)，尤其是在特高壓輸電、高溫冷堆技術(shù)等領(lǐng)域確立了世界領(lǐng)先地位。隨著人工智能技術(shù)的興起，我國政府已經(jīng)在國家戰(zhàn)略層面開始新一代人工智能技術(shù)的部署。

一、人工智能技術(shù)概述

1.1 人工智能概念

當(dāng)前，人工智能（Artficial Intelligence，AI）作為一門綜合的技術(shù)科學(xué)，主要研究能夠模擬和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)，《人工智能-一種現(xiàn)代方法》中將已有的人工智能劃分為四類：像人一樣思考的系統(tǒng)、像人一樣行動的系統(tǒng)、理性思考的系統(tǒng)、理性行動的系統(tǒng)。人區(qū)別于動物是人具有認(rèn)識和能動地改造世界的能力，人腦具有感知、學(xué)習(xí)、記憶和推理的功能。用人工制造設(shè)備來延伸人的智力或行為，它是人類科學(xué)發(fā)展中最有意義和極具挑戰(zhàn)性的重要課題[1]。

人工智能的起源可以追溯到古埃及，但直到1941年計算機(jī)被發(fā)明出來之后的1950年，圖靈才開始著手研究人工智能，他也被眾人稱為人工智能之父。而1956年，“人工智能”這個概念才在“DARTMOUTH人工智能夏季研究會”中被麥卡錫提出，這為以后人工智能的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。而隨著人工智能的問世，人工智能的第一大階段，即“摸索”階段結(jié)束了。而后經(jīng)過60多年的發(fā)展和沉淀，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和新型傳感等技術(shù)的發(fā)展，人工智能正引發(fā)可產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的科學(xué)突破，可能產(chǎn)生一批顛覆性技術(shù)，加速新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。

人工智能可以在許多領(lǐng)域中達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、批量化、自動化生產(chǎn)，從而大幅度的提升勞動效率和生產(chǎn)效率。目前，我們國內(nèi)的人工智能水平僅僅在一個較為初級的階段，我們現(xiàn)在大部分應(yīng)用是處于弱人工智能領(lǐng)域中。在科學(xué)技術(shù)中飛速發(fā)展的今天，人類己經(jīng)進(jìn)入了知識爆炸時代，所以隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的突破，人工智能行業(yè)也在迅速發(fā)展，并將人工智能帶進(jìn)全新階段。在未來深度學(xué)習(xí)算法逐步成熟后，AI相關(guān)的應(yīng)用也會逐漸發(fā)展，谷歌的ALPhaGo的圍棋算法正是其中一個典型成功的應(yīng)用，而目前人工智能技術(shù)在圖像和語言識別中也取得了很大的進(jìn)展。

1.2人工智能的發(fā)展歷程

人工智能的發(fā)展經(jīng)歷過很多次變革與熱潮，總結(jié)起來可以說大體歸類為如下幾個階段[2]：1943年到1970年是屬于人工智能誕生和初步發(fā)展階段，從早期的邏輯推理到中期的專家系統(tǒng)，漸漸使得人們覺得人距離機(jī)器的智能化已經(jīng)有些接近了，但是還存在很大的差距。直到1980年到2000年第二次發(fā)展熱潮中機(jī)器學(xué)習(xí)的誕生，人工智能界的專家學(xué)者們才感覺真正找對了方向。2006年以后隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展以及計算機(jī)計算能力的大幅提升，基于深度學(xué)習(xí)的相關(guān)技術(shù)在某些領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了能和人相匹敵的程度。這使得人們第一次覺得距離人工智能的夢想已經(jīng)相當(dāng)接近了。

人工智能是通過計算機(jī)編輯程序模擬人類思考模式（如學(xué)習(xí)、思考、推理、模仿），從而使機(jī)器識別知識、獲取知識、使用知識，并以此延展強(qiáng)化來完成一系列復(fù)雜繁瑣的任務(wù)，最終替代人類完成從前所做的任務(wù)。人工智能的涉及學(xué)科很廣，其包括了計算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、數(shù)學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)等。

應(yīng)該說，期間幾經(jīng)起落，至今人工智能的發(fā)展仍然比五十年前科學(xué)家們期待的要慢。人工智能的演進(jìn)是由硬件、算法、數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)步共同牽引的結(jié)果。硬件包括運(yùn)算芯片、傳感器件和執(zhí)行元件，其中，計算機(jī)的發(fā)展是人工智能穩(wěn)健進(jìn)步的重要支撐，并且邏輯學(xué)算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)算法是人工智能發(fā)展的關(guān)鍵要素，海量的數(shù)據(jù)是機(jī)器能夠自行構(gòu)建模型和預(yù)測的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)、超級計算、大數(shù)據(jù)是人工智能實現(xiàn)突破的催化劑。雖然多年來國內(nèi)外在智能研究和工程應(yīng)用方面人工智能尚屬初級階段，但它已呈現(xiàn)出深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同等新特征，與傳統(tǒng)領(lǐng)域快速融合并呈現(xiàn)顛覆性應(yīng)用的人工智能生態(tài)正在快速形成，人類已深刻感受到它將對人類社會生活未來的改變。各國都已認(rèn)識到人工智能將成為推動新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的驅(qū)動力，世界發(fā)達(dá)國家紛紛把發(fā)展人工智能作為提升國家競爭力和維護(hù)國家安全的重大戰(zhàn)略，力圖在新一輪國際科技競爭中掌握主導(dǎo)權(quán)、搶占產(chǎn)業(yè)技術(shù)的制高點(diǎn)。能源、智能電網(wǎng)領(lǐng)域被看作是人工智能應(yīng)用的重要技術(shù)領(lǐng)域之一。

二、人工智能在供電領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來，我國全社會用電量不斷增長，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高要求。隨著計算機(jī)、自動化、通信技術(shù)的飛躍發(fā)展并且與傳統(tǒng)電力技術(shù)深度融合，電氣自動化概念也越來越被重視，它通過數(shù)字化信息技術(shù)與傳統(tǒng)電力工程中的運(yùn)動、控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以提高在自動控制、信息處理、數(shù)據(jù)分析、研制開發(fā)等方面的穩(wěn)定性與效率[3]，例如在設(shè)備故障排查方面的操作，假如設(shè)備出現(xiàn)故障，由人工進(jìn)行排查時因為電力的特殊場景，會存在極高的危險，引入人工智能自動化系統(tǒng)進(jìn)行操作，可以代替人工操作，提高精確度、解放人力，同時在發(fā)生故障時還能夠進(jìn)行一定的修復(fù)能力。電氣系統(tǒng)對系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備要求高，操作上對人的要求高，而人工智能可以對系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行更加精確的優(yōu)化，即在特定領(lǐng)域應(yīng)用的人工智能，比如電氣自動化主要是將自動控制的原理和方法，自動化單元技術(shù)和集成技術(shù)在電氣工程的各類人工智能系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。

2.1從業(yè)務(wù)層面

人工智能在供電領(lǐng)域與業(yè)務(wù)結(jié)合情況如表1。

2.2人工智能在電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)用的典型場景

2.2.1基于圖象、聲音識別：

（1）變電站狀態(tài)識別：開關(guān)、刀閘、各類表計位置、讀數(shù)是否正常，設(shè)備外觀有無破損、異物、異常。

（2）環(huán)境異常識別：作業(yè)人員身份證、工作人員行為辨識、煙火、安保。

（3）輸配電線路故障識別：配合以固定或無人機(jī)視頻，識別絕緣子破損、金具移位、線路斷股、過熱、覆冰、山火、樹障、地質(zhì)災(zāi)害等。

（4）營業(yè)廳等服務(wù)場所：客戶人證同一鑒定、無紙化辦理業(yè)務(wù)、機(jī)器人導(dǎo)引服務(wù)、咨詢，95598及線上機(jī)器人服務(wù)。

（5）電力專業(yè)圖譜識別：配合以各類傳感器，例如紅外成像，分析辨識高溫點(diǎn)，接頭發(fā)熱、油溫過高;配合以大型設(shè)備在線監(jiān)測傳感器，對于局放、油色譜分析，分析預(yù)測設(shè)備故障。

2.2.2基于人工智能算法

（1）智能調(diào)度助手：監(jiān)控上百個廠站數(shù)據(jù)、報警處理，輔助決策。

（2）線路變電設(shè)備故障分析：分析海量運(yùn)行數(shù)據(jù)，歷史故障及事故數(shù)據(jù)，制訂檢修計劃。

（3）不同用戶群體的用電行為分析：利用人工智能算法可以精確分析用電行為，從而做到精準(zhǔn)把控，定向營銷[4]。

三、AI在供電系統(tǒng)發(fā)展展望

供電行業(yè)作為資金密集型、技術(shù)密集型的基礎(chǔ)行業(yè)，在科技強(qiáng)企的戰(zhàn)略引領(lǐng)下，受企業(yè)安全生產(chǎn)驅(qū)動和提質(zhì)增效經(jīng)營驅(qū)動，積極運(yùn)用人工智能技術(shù)探索、研究，開發(fā)與各業(yè)務(wù)結(jié)合的場景，很多方面已取得了較好的實效，也為廣泛應(yīng)用增強(qiáng)了信心[5]。但由于受我國人工智能技術(shù)發(fā)展水平和電力系統(tǒng)特殊性的影響，當(dāng)前，從廣泛的意義來說，目前人工智能技術(shù)在供電領(lǐng)域仍屬深化研究、試驗、試點(diǎn)狀態(tài)。主要原因是：一方面，我國人工智能總體水平與先進(jìn)國家相比尚有距離，主要表現(xiàn)在缺少重大原創(chuàng)成果，并且在基礎(chǔ)理論、核心算法、高端芯片、基礎(chǔ)材料、元器件、軟件等領(lǐng)域存在較大差距;另一方面，由于人工智能技術(shù)是以模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的，存在算法的不確定性、不可解釋性，與電力系統(tǒng)高可靠性、高安全性的主客觀要求尚有差距。

長期看來，人工智能技術(shù)在算法、算力方向的發(fā)展將決定著AI技術(shù)的應(yīng)用前景，同時它在生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域的應(yīng)用又會不斷滲透到供電領(lǐng)域，最終推動供電行業(yè)新一輪的技術(shù)革命[6]。例如：量子計算以其強(qiáng)大的計算能力和效率，已經(jīng)成為全球公認(rèn)的下一代計算技術(shù)，比如“刷臉”等圖像識別技術(shù)的廣泛使用，為AI在供電領(lǐng)域故障識別、圖譜分析中的應(yīng)用提供了快速地發(fā)展動能。又比如“5G”技術(shù)的不斷突破和商業(yè)化，為AI在供電領(lǐng)域中各種智能平臺建設(shè)、人機(jī)協(xié)同、大數(shù)據(jù)應(yīng)用開辟了良好的應(yīng)用前景。

四、結(jié)語

熊彼特（Joseph A·Schumpeter）在技術(shù)創(chuàng)新理論（Technical Innovation Theory）中指出[7]：“創(chuàng)新并不僅僅是某項單純的技術(shù)或工藝發(fā)明，而且是一種不停運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制，只有引入生產(chǎn)實際中的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，并對原有生產(chǎn)體系產(chǎn)生震蕩效應(yīng)，才是創(chuàng)新，而需求是技術(shù)創(chuàng)新持久的根本動力”。

而人工智能雖與人的智能二者只差一字，卻不等同于人的智能，它可以像人那樣去思考，也可能超過人的智能。雖說人工智能與人的智能不同，但是二者是有一定聯(lián)系的，人的智能是一切人工智能的基礎(chǔ)，人工智能是對人的智能的模擬和大發(fā)展。近3年，我國出臺的人工智能政策十分密集，體現(xiàn)了政府對人工智能發(fā)展的高度重視。因此，我們有理由認(rèn)為，隨著技術(shù)的發(fā)展，電力科學(xué)將與計算科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的多學(xué)科整合，將為電力系統(tǒng)提供更多的解決方案，另一方面，在供電行業(yè)安全、效率需求驅(qū)動下，人工智能技術(shù)也將與供電行業(yè)全領(lǐng)域業(yè)務(wù)深度融合，給智能電網(wǎng)的發(fā)展帶來顛覆性的影響。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]劉克松， 程廣明， 李堯. 人工智能概念內(nèi)涵與外延研究[J]. 中國新通信， 2018， 020（014）：140-141.

[2]胡勤. 人工智能概述[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2010， 06（013）：3507-3509.

[3]王治. 人工智能技術(shù)在電力基建領(lǐng)域的研究與實踐[J]. 科技風(fēng)， 2020， 000（005）：9.

[4]榮紫程. 人工智能供電保障技術(shù)[J]. 消費(fèi)導(dǎo)刊， 2020， 000（009）：48-50.

[5]鄭健生. 人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)故障診斷中的運(yùn)用分析[J]. 科技與創(chuàng)新， 2019.

[6]崔玉敏. 淺談人工智能應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展展望[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊， 2019， 27（14）：52.

[7]張凱斐， Kai-fei. 人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域及其未來展望[J]. 呂梁高等?？茖W(xué)校學(xué)報， 2010.