AI技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用

袁丁 郝威 張可可 付饒

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司徐州供電分公司 江蘇省徐州市 221000）

1 引言

電力資源是在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中不可或缺的組成，電力行業(yè)發(fā)展的過程中，電力調(diào)度也受到人們越來越多的重視，也遇到諸多復(fù)雜的問題，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，各個行業(yè)對于人工智能技術(shù)的應(yīng)用愈加普遍，在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中應(yīng)用將人工智能技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然的趨勢?，F(xiàn)階段加強(qiáng)對于AI技術(shù)在電力調(diào)度自動化中的應(yīng)用探究是十分必要的。

2 人工智能技術(shù)概述

2.1 人工智能技術(shù)概述

人工智能技術(shù)是借助計算機(jī)技術(shù)來延伸模擬人腦活動的一種技術(shù)，也是21世紀(jì)最重要的技術(shù)產(chǎn)物之一，人工智能技術(shù)的本質(zhì)屬于信息技術(shù)的衍生，人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低資源成本，提高工作效率，在尖端技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)得到諸多應(yīng)用，能夠幫助人類解決當(dāng)前單獨(dú)依靠人力無法有效解決的復(fù)雜問題。人工智能技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展到具備與人類同等思維理念，甚至更高智商水平的階段。結(jié)合智能化和自動化的特點(diǎn)，人工智能技術(shù)能夠模擬人腦活動控制某些系統(tǒng)的運(yùn)行，控制某些終端實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令動作，操作水平更高，更智能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能技術(shù)中最核心的技術(shù)之一，能夠模仿人類神經(jīng)系統(tǒng)工作，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用該技術(shù)能夠及時準(zhǔn)確的判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀況，快速分析系統(tǒng)故障原因，并及時響應(yīng)處理，保障系統(tǒng)的安全。比如在電力行業(yè)中應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制操作，降低系統(tǒng)運(yùn)行故障概率，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提供更加安全可靠的電力供應(yīng)。

2.2 人工智能技術(shù)在電力調(diào)度中應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著新時代的發(fā)展，各行業(yè)對于電力供應(yīng)的要求不斷增加，電力調(diào)度需要處理大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)能夠提供可靠的技術(shù)支持。人工智能技術(shù)的優(yōu)勢的傳統(tǒng)技術(shù)無法比擬的，首先人工智能技術(shù)依靠更少的人為操作，更多的是利用智能系統(tǒng)的分析完成自我控制，能夠有效降低外界因素的干擾，從而實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的控制。比如在電力系統(tǒng)運(yùn)行控制中，需要綜合分析不同類型的信息數(shù)據(jù)，不同類型的參數(shù)都會影響到具體的操作，而且不利于系統(tǒng)的自動化運(yùn)行。利用人工智能技術(shù)能夠依靠智能系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，降低外界因素的干擾，保持電力系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運(yùn)行，也有利于推動電力行業(yè)的高速發(fā)展。其次是人工智能系統(tǒng)能夠比較便利的完成對于系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的控制，不需要過多的人工參與，大部分工作依靠系統(tǒng)自身完成，降低人工成本。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中使用人工智能系統(tǒng)能夠有效節(jié)省運(yùn)行成本和電力運(yùn)行資源，符合當(dāng)前我國可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展理念。

3 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的需求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)運(yùn)行的核心系統(tǒng)之一，系統(tǒng)設(shè)計會涉及計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及通信技術(shù)，需要滿足對于電網(wǎng)系統(tǒng)中離線數(shù)據(jù)及實(shí)時在線數(shù)據(jù)的集成綜合，從而為調(diào)度機(jī)構(gòu)的工作人員提供基本的運(yùn)行信息、決策工具等，借助調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對于電網(wǎng)運(yùn)行的支撐保障。因此在設(shè)計電力調(diào)度自動化系統(tǒng)時需要綜合考慮系統(tǒng)的功能性和非功能性兩方面的需求。

3.1 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)功能性需求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要與其他系統(tǒng)產(chǎn)生大量的信息交互作業(yè)，系統(tǒng)需要頻繁處理大量的數(shù)據(jù)，因此需要滿足三方面的功能性需求。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集功能需求

電力調(diào)度作業(yè)中，數(shù)據(jù)采集處理是最基礎(chǔ)的流程之一，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)需要對電網(wǎng)中各個變電站以及辦公區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理。在作業(yè)過程中，數(shù)據(jù)采集的來源是前置系統(tǒng)和其他轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息后對數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)的預(yù)處理并錄取數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)快速可靠的數(shù)據(jù)信息傳遞。而且為了保證信息傳遞的有效性，還會使用錯誤校驗碼檢驗相關(guān)數(shù)據(jù)測量值的有效性，過濾無效數(shù)據(jù)信息。

3.1.2 人機(jī)互動功能需求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)中，個別功能操作仍然需要人工參與，比如數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)繪圖以及工具的升級對接等，這樣才能將圖形參數(shù)自動對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動化。通過對接不同設(shè)備的節(jié)后有效轉(zhuǎn)化圖形參數(shù)，真實(shí)直觀了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。通過設(shè)計人機(jī)互動界面，能夠突破傳統(tǒng)模式下電力調(diào)度作業(yè)關(guān)于容量的限制，從而實(shí)現(xiàn)智能化自動化的電力調(diào)度，而且能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀況切換系統(tǒng)狀態(tài)，維持系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.1.3 Web子系統(tǒng)模塊功能需求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的運(yùn)行中，Web服務(wù)器的使用能夠承接調(diào)度系統(tǒng)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，兩者利用網(wǎng)絡(luò)連接，彼此之間采用安全隔離處理。Web服務(wù)器能夠?qū)⒄{(diào)度系統(tǒng)中傳輸來的數(shù)據(jù)以統(tǒng)計數(shù)據(jù)、廠站圖和曲線圖等不同的形式展現(xiàn)出來，便于及時快速的調(diào)取了解電力系統(tǒng)各個站點(diǎn)的信息，了解電力調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

3.2 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)非功能性需求

除了基本的功能需求外，電力調(diào)度自動化系統(tǒng)還要滿足一些非功能性需求，這些需求主要是指電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的運(yùn)行性能和基本特點(diǎn)，比如可靠性、維護(hù)簡便性、易用性、可擴(kuò)展性等。

3.2.1 性能要求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)需要快速響應(yīng)、可靠運(yùn)行才能保障系統(tǒng)的安全，因此需要滿足一定的響應(yīng)時間要求。一般情況下，查詢響應(yīng)時間、數(shù)據(jù)處理響應(yīng)時間和數(shù)據(jù)解析查詢時間要分別控制在5s、1s和10s以內(nèi)。面對大批量的業(yè)務(wù)處理狀態(tài)，關(guān)于數(shù)據(jù)類型的業(yè)務(wù)處理要保持在1min以內(nèi)。除了功能響應(yīng)外，還要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及出現(xiàn)故障的快速回復(fù)，一般要求電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在一年內(nèi)的總計故障時間不能操作1d，每次故障要在1h修復(fù)，恢復(fù)正常運(yùn)行。同時為了更好的保障系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，避免出現(xiàn)系統(tǒng)癱瘓的情況，還需要針對性的設(shè)計應(yīng)急處理預(yù)案，保障在故障狀態(tài)下也能維持系統(tǒng)的運(yùn)營。

3.2.2 可靠性需求

可靠性是電力調(diào)度自動化系統(tǒng)最根本的需求之一，一般在設(shè)計電力調(diào)度系統(tǒng)時需要設(shè)置容錯機(jī)制，這樣能夠?qū)⑾到y(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)的錯誤在內(nèi)部處理，避免影響核心流程的正常運(yùn)行，尤其要避免由于個別故障點(diǎn)的出現(xiàn)導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰問題。由于電力調(diào)度自動化系統(tǒng)需要處理大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在運(yùn)行中會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)量，因此需要根據(jù)內(nèi)容分類不同將系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分開備份并獨(dú)立儲存，有效避免系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的丟失。

3.2.3 易維護(hù)、可擴(kuò)展、易操作等需求

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)在運(yùn)行使用中會面臨未來的升級擴(kuò)展、環(huán)境影響的損壞以及用戶的實(shí)際使用，因此需要對其系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行擴(kuò)展延伸、對系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)，并方便用戶的使用。其中可擴(kuò)展性是指未來能夠根據(jù)業(yè)務(wù)量變化及功能升級的需求對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的運(yùn)行功能，因此可以采用模塊化設(shè)計的方式對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，隨時對其進(jìn)行擴(kuò)展。易用性是指要充分考慮用戶的實(shí)際使用情況，能夠快速輕松的上手并掌握基本的操作方法，而且要設(shè)置操作提示指導(dǎo)用戶操作。易維護(hù)則是指方便快捷的對系統(tǒng)進(jìn)行后期的維護(hù)保養(yǎng)，及時修復(fù)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。

4 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計

4.1 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計原則

電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足前文論述的多方面的性能需求，在設(shè)計前要明確系統(tǒng)設(shè)計的具體要求，而且要確保系統(tǒng)設(shè)計滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際設(shè)計中要遵循安全性、穩(wěn)定性、可維護(hù)想以及可擴(kuò)展性等四項基本原則。

4.2 電力調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)前行業(yè)內(nèi)使用電力調(diào)度自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括三部分，分別是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)）、配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS系統(tǒng)）以及配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)用軟件（DAS）。

4.2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)簡稱SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)的重要作用是采集處理數(shù)據(jù)并對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視控制。在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)行中需要集中處理包括電力參數(shù)、脈沖量、模擬量、狀態(tài)量、電力模型在內(nèi)的多種不同類型的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于變電站或辦公自動化系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，需要分開設(shè)計以下結(jié)構(gòu)相互配合。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計，能夠滿足基本的數(shù)據(jù)采集、傳輸及處理需求。采集模塊需要保持與其他中心的數(shù)據(jù)傳輸交換，因此要具備通信功能。系統(tǒng)運(yùn)行中需要處理多元化數(shù)據(jù)，同時要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸以及在線發(fā)送。在設(shè)計中采用前置采集設(shè)計及集群化管理設(shè)計，能夠?qū)硬煌慕K端，便于后期對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及擴(kuò)展升級。

（2）人機(jī)交互界面設(shè)計，人機(jī)交互界面能夠?qū)崟r更新界面畫面，顯示電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而且要提供權(quán)限操作功能，便于用戶對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，為人為介入提供入口。在界面設(shè)計中要具備基本的操作功能，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖建模，而且要便于對系統(tǒng)進(jìn)行升級。在實(shí)際工作中，用戶可以通過人機(jī)互動界面調(diào)取某些節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。維護(hù)人員能夠建立與廠家的聯(lián)系，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需求升級引入新設(shè)備，提升系統(tǒng)的性能，又不會影響系統(tǒng)的正常使用。另外需要設(shè)計報警功能，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計事件等級的劃分，在后期使用中能夠?qū)κ录顩r進(jìn)行回顧了解，并確認(rèn)事件的消失與否，而且要實(shí)現(xiàn)對于每個節(jié)點(diǎn)事件的確認(rèn)。

（3）Web子系統(tǒng)設(shè)計，這一部分的作用的實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)之間的連接，將運(yùn)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器中，可以在Web系統(tǒng)中調(diào)取數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理、畫面瀏覽、曲線瀏覽、在線顯示以及數(shù)據(jù)查詢等功能。4.2.2 配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)

配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)引擎和圖形操作界面配合，形成電力調(diào)度系統(tǒng)中的配電系統(tǒng)。在運(yùn)行使用中，該系統(tǒng)的設(shè)計需要從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，并通過與設(shè)備的組合構(gòu)建應(yīng)用平臺。而且可以與衛(wèi)星圖結(jié)合對圖形進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)拓?fù)?，進(jìn)而完成空間分析。

GIS系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮多方使用的要求，便于后期維護(hù)設(shè)備，要求系統(tǒng)能夠借助接線圖、單線圖等管理電力設(shè)備。同時借助Web網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的業(yè)務(wù)管理，根據(jù)實(shí)際需求自定義功能設(shè)計，比如查詢功能、統(tǒng)計功能和工作流等。

4.2.3 配電網(wǎng)應(yīng)用軟件的設(shè)計

配電網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計要實(shí)現(xiàn)對于電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行狀況的實(shí)際監(jiān)控，一定程度上能夠更好的維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)際要求，可以設(shè)計多個模塊共同組成應(yīng)用軟件，而且需要將應(yīng)用軟件設(shè)置為實(shí)時態(tài)和研究態(tài)兩種不同的方式。前者用于分析電網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)，了解電網(wǎng)的安全運(yùn)行狀態(tài)，也為后者的分析研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。后者主要用于數(shù)據(jù)的分析，分析電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，從而優(yōu)化調(diào)度方案，逐漸形成最佳的方案，為電網(wǎng)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

5 人工智能技術(shù)在電力調(diào)度自動化系統(tǒng)的具體應(yīng)用分析

5.1 專家系統(tǒng)的應(yīng)用

所謂專家系統(tǒng)是指，在當(dāng)前的全部事實(shí)基礎(chǔ)上,建立完善的豐富的知識數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而構(gòu)建基礎(chǔ)整體控制體系。利用專家系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)知識經(jīng)驗與信息技術(shù)的有效結(jié)合,有利于豐富信息數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，使用網(wǎng)絡(luò)對專家的分析判斷過程進(jìn)行模擬，合理推斷人工智能技術(shù)應(yīng)用中以及電力調(diào)度可能出現(xiàn)的問題。在電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行使用中會受到多種不同因素的影響，產(chǎn)生的問題相對復(fù)雜，電力調(diào)度將面臨更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要依靠豐富的經(jīng)驗排除電力調(diào)度故障，傳統(tǒng)模式和普通軟件無法滿足這一要求，應(yīng)用專家系統(tǒng)能夠更好的滿足調(diào)度系統(tǒng)的需求。

5.2 可視化技術(shù)的應(yīng)用

電力調(diào)度系統(tǒng)需要處理的信息數(shù)據(jù)不斷增加,同時故障處理難度也不斷增加。在實(shí)際工作中調(diào)度人員需要對大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷處理，這一過程中會造成大量的時間精力的消耗，不利于及時排除故障。應(yīng)用可視化技術(shù)能夠顯著提升工作效率，及時準(zhǔn)確的判斷電力調(diào)度系統(tǒng)出現(xiàn)的故障。而且利用可視化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)信息數(shù)據(jù)的圖片化展示，繁雜的數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)為直觀的圖像，幫助調(diào)度操作人員可快速判斷電力故障的原因并進(jìn)行針對性的處理，從而保證電力調(diào)度系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

5.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

人工智能系統(tǒng)中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是最重要的技術(shù)之一，該技術(shù)主要是對人體神經(jīng)系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行模式，實(shí)現(xiàn)智能化的信息處理和傳輸。在電力調(diào)度系統(tǒng)中應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有利于提高工作過程中的信息傳輸和處理效率，從而實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的并行處理、在線學(xué)習(xí)以及聯(lián)想記憶，在實(shí)際使用中可以能夠快速診斷故障，保障調(diào)度系統(tǒng)的高速平穩(wěn)運(yùn)行。

6 結(jié)語

通過前文的分析可知，人工智能技術(shù)在電力調(diào)度系統(tǒng)中應(yīng)用有助于提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。未來人工智能技術(shù)在電力調(diào)度系統(tǒng)中應(yīng)用將更加普遍，發(fā)揮更加重要的作用。