探討人工智能技術(shù)在電力設(shè)備智能運(yùn)檢中的應(yīng)用

段煉紅

國網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心 四川 成都 610072

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對于人工智能的認(rèn)識(shí)不斷加深。加之國家層面的扶持，將人工智能寫入“十三五”規(guī)劃綱要，極大地促進(jìn)了人工智能技術(shù)與各行各業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域之間的融合落地，人工智能的應(yīng)用范圍越來越廣。我國的電力市場需求體量大、增速快，電網(wǎng)容量和電壓等級不斷提高。為保障生產(chǎn)生活對供電質(zhì)量、供電可靠性等多方面的要求，在電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理中，對安全性、穩(wěn)定性和可靠性的要求更加嚴(yán)格。隨著現(xiàn)階段人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智能電網(wǎng)的研究與應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了電力工業(yè)的發(fā)展階段，人工智能技術(shù)逐漸成為支撐電力系統(tǒng)智能化的核心技術(shù)之一。

1 關(guān)于人工智能技術(shù)的簡述

1.1 人工智能的概念

人工智能技術(shù)涵蓋了自然科學(xué)、社會(huì)學(xué)、計(jì)算機(jī)、語言學(xué)等多種學(xué)科。人工智能包括機(jī)械和電腦等方面的知識(shí)。人工智能是21世紀(jì)科技發(fā)展的一大進(jìn)步，也是電腦技術(shù)的重大突破。人工智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)擴(kuò)展，它能夠?yàn)槿祟愄峁└玫慕鉀Q電源問題。人工智能可以幫助解決設(shè)備探測問題。比如，我們可以將人工智能的認(rèn)知技術(shù)運(yùn)用到更多的領(lǐng)域，比如人機(jī)交互，建立知識(shí)地圖，記錄故障。近年來，我國供電局采用了智能技術(shù)對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，既節(jié)約了供電企業(yè)的人力，又提高了電網(wǎng)的運(yùn)行安全性，人工智能技術(shù)是以電腦技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對人的大腦進(jìn)行合理的模擬和擴(kuò)展，從而解決某些社會(huì)問題。人工智能擁有和人類一樣的思維、智慧和理念，目前在各個(gè)領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用。人工智能技術(shù)是一種自動(dòng)化、智能化的機(jī)器系統(tǒng)，它的運(yùn)用可以節(jié)省大量的人力、物耗，保證了電力系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用中的運(yùn)行效率得到了進(jìn)一步的提升，從而達(dá)到了應(yīng)用的要求。保證在電力生產(chǎn)中的安全、可靠性，減少了事故的發(fā)生[1]。

1.2 人工智能的優(yōu)勢

人工智能技術(shù)是一種可以更好地解決電力供應(yīng)問題的計(jì)算機(jī)技術(shù)的延伸。近幾年，智能技術(shù)在電力公司廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少了人員投入成本的同時(shí)還提高了電網(wǎng)的安全性。它還有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算與編輯系統(tǒng)，只要把這些數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，它就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算，而且可以在任何時(shí)候都可以看到。電力設(shè)備包括變壓器、輸電線路等，在電網(wǎng)中占有很大的比重。任何一種設(shè)備出現(xiàn)故障，都會(huì)嚴(yán)重地影響到電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性。此外，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電力自動(dòng)化發(fā)展中，還可以輔助電力自動(dòng)化的設(shè)計(jì)工作。這是因?yàn)槿斯ぶ悄芫途邆湓O(shè)計(jì)和優(yōu)化功能，在相關(guān)設(shè)計(jì)人員的指導(dǎo)下，通過電力自動(dòng)化流程調(diào)整和功能優(yōu)化，結(jié)合以往的操作經(jīng)驗(yàn)，可以極大簡化電力自動(dòng)化的基本流程。在電力自動(dòng)化發(fā)展中，其完成了由手工設(shè)計(jì)到計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)良跨越，并在一定程度上降低設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)中的時(shí)間成本，其設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)中的相關(guān)程序也不斷完善。電力自動(dòng)化技術(shù)的未來發(fā)展離不開人工智能技術(shù)，我國電力事業(yè)將會(huì)更加重視人工智能技術(shù)參與自動(dòng)化發(fā)展過程[2]。

2 電力設(shè)備智能運(yùn)檢中的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

基于深度學(xué)習(xí)的思想，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種具有代表性的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、卷積層、池化層和全連接層組成，利用卷積核對圖像進(jìn)行特征提取，從而降低了網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，從而避免了因參數(shù)過多而導(dǎo)致的擬合問題。在電力設(shè)備維護(hù)維修過程中，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行故障診斷，可以有效地提高故障診斷和診斷的準(zhǔn)確度，降低人員的高危操作頻率，提高設(shè)備運(yùn)行和檢測的工作效率[3]。

2.2 全方位深度智能學(xué)習(xí)技術(shù)

該算法采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，綜合分析來源廣泛、類型多樣的數(shù)據(jù)，并將各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，以完成對數(shù)據(jù)的特征提取和規(guī)則的識(shí)別。與單模態(tài)學(xué)習(xí)相比，多模態(tài)機(jī)器學(xué)習(xí)能夠增強(qiáng)多模態(tài)的學(xué)習(xí)效果。在多模式學(xué)習(xí)中，最典型的做法就是使用一種資源豐富的模型來輔助其他資源不足的模式。由于設(shè)備、技術(shù)、設(shè)備等因素的制約，采集到的數(shù)據(jù)資源也是千差萬別，有些是狀態(tài)信息豐富，有些是狀態(tài)信息不足，因此采用多模機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行多方面的分析，以提高設(shè)備的故障診斷準(zhǔn)確率。

2.3 專家系統(tǒng)診斷技術(shù)

專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從純理論到實(shí)踐的智能化，是人工智能研究的重大突破。無論采用何種方式，均能有效地提高保護(hù)工作的效能。而這套專家系統(tǒng)，則是綜合了各大專業(yè)人士對繼電保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，然后用電腦軟件對其進(jìn)行分析，從而得出相應(yīng)的結(jié)論。若采用專家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，可將故障現(xiàn)場采集的資料輸入計(jì)算機(jī)，通過專家系統(tǒng)對故障進(jìn)行分析判斷，從而找到問題的根源，使維修人員能順利地排除故障，恢復(fù)正常運(yùn)行。這樣一來，員工們就能發(fā)現(xiàn)問題，并做出相應(yīng)的對策。同時(shí)，利用以上判據(jù)，對繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了較為全面的分析，以便解決在保護(hù)設(shè)計(jì)過程中存在的矛盾與沖突。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以用于整定原理、判別規(guī)則等，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)整和智能維修[4]。

3 人工智能技術(shù)在運(yùn)維檢修中的應(yīng)用

3.1 智能評估電力設(shè)備狀態(tài)

人工智能技術(shù)可以極大地簡化整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行過程，將原有的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和更新，使相關(guān)的設(shè)備與電腦相連，并可由電腦發(fā)送操作指令，從而提高了設(shè)備的控制率，保證了各設(shè)備的最大利用率。并且在實(shí)際生產(chǎn)中可以防止數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、操作不規(guī)范等情況，從而有效地減少了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，并有效地保證了系統(tǒng)內(nèi)部的智能化。

運(yùn)用人工智能技術(shù)對電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行科學(xué)的診斷與評價(jià)。例如，可以通過下列方法來評價(jià)功率變壓器的狀態(tài)：一種是通過對評估指標(biāo)權(quán)重的客觀確定，建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型。通過對變壓器運(yùn)行狀況的指標(biāo)與狀態(tài)的相關(guān)性分析，找出對變壓器運(yùn)行狀況有決定性影響的各項(xiàng)指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)定了較高的評估權(quán)重，極大地提高了變壓器狀態(tài)評估的精度。第二種是利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對變壓器的狀態(tài)與狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)。電力設(shè)備運(yùn)行狀況評估最典型的是非平衡樣本與小樣本問題所以，在機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，歷史案例的樣本是非常稀少的，并且在模型的訓(xùn)練中很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，這表明為了提高變壓器的狀態(tài)評估精度，需要進(jìn)一步開發(fā)非平衡采樣學(xué)習(xí)法。

3.2 智能診斷電力設(shè)備故障

通過應(yīng)用語言處理系統(tǒng)對信息進(jìn)行智能分析，提取有用的信息，再通過專門的軟件，對大量的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)控制。在電力設(shè)備的維修和檢修中，由于設(shè)備的缺陷、故障以及檢修記錄、報(bào)表等數(shù)據(jù)的存在，使得這些數(shù)據(jù)具有一定的關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性，從而能夠挖掘出更多的語義信息，從而為設(shè)備的運(yùn)行狀況監(jiān)測和評價(jià)奠定基礎(chǔ)。例如，通過對電力設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將其與電力設(shè)備的故障數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、外部環(huán)境數(shù)據(jù)相結(jié)合，采用樣本合成、生產(chǎn)對抗網(wǎng)絡(luò)等方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值。利用數(shù)據(jù)的時(shí)間序列記錄完整性狀況，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類預(yù)測，并將其引入到設(shè)備的維修經(jīng)驗(yàn)中，進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，將故障分類，并對故障發(fā)生的位置進(jìn)行判定，并根據(jù)故障發(fā)生的概率進(jìn)行預(yù)警。此外，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)監(jiān)控圖像的智能化分析。基于由無人機(jī)、巡視機(jī)器人等設(shè)備所獲取的電力設(shè)備巡視監(jiān)控錄像和圖像，可以有效地識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行中的各種故障，從而使其更好地適應(yīng)各種監(jiān)測環(huán)境的變化，從而大大提高巡視工作的效率[5]。

3.3 智能監(jiān)控配電系統(tǒng)

隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，對電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)、維護(hù)工作的要求也隨之提高，增加了電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量，使電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度更加困難。在目前的配電系統(tǒng)中，將人工智能用于實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以記錄和存儲(chǔ)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可以生成相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，方便維修人員了解電力系統(tǒng)的實(shí)際操作。然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，制定出一套經(jīng)濟(jì)合理的電力分配方案，根據(jù)電力的使用規(guī)則，合理的分配電力，從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)和線路之間的錯(cuò)峰利用，降低了在配電系統(tǒng)中的能耗和能耗。采用智能化的電力監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的電能消耗進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測，從而降低了電網(wǎng)的無用損失，為節(jié)能改造提供了依據(jù)。將人工智能引入到電力分配系統(tǒng)的監(jiān)測中，不僅可以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和效率，還可以實(shí)現(xiàn)相自動(dòng)生成報(bào)告和遠(yuǎn)程抄表。這樣，就可以根據(jù)表格和數(shù)據(jù)，提供相應(yīng)的報(bào)表編制功能，進(jìn)行精確的預(yù)算分析。

3.4 智能優(yōu)化電力設(shè)備運(yùn)維檢修策略

在電力設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中，由于長時(shí)間的運(yùn)行、氣候、環(huán)境或人為因素等原因，不可避免會(huì)出現(xiàn)電力設(shè)備故障的情況。不僅影響電力設(shè)備的使用壽命，還會(huì)影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。因此，采取有效的電力設(shè)備運(yùn)維檢修技術(shù)十分必要。合理地運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，客觀地計(jì)算評估的權(quán)重，合理地分析各種指標(biāo)與變壓器的狀態(tài)之間的關(guān)系，并對各個(gè)指標(biāo)的重要指標(biāo)、相對重要性、權(quán)重等指標(biāo)進(jìn)行了綜合評判，最后對變壓器的狀態(tài)進(jìn)行評估。

以訓(xùn)練樣本為基礎(chǔ)，利用培訓(xùn)樣本，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)相關(guān)的運(yùn)算，可以建立狀態(tài)和變壓器的狀態(tài)評估預(yù)報(bào)模型。就目前的實(shí)際應(yīng)用而言，最常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法有很多類，如貝葉斯概率、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和聚類分析。特別要提醒的是，設(shè)備的健康狀況評價(jià)，是由于典型的正態(tài)樣品的絕對數(shù)量太少而導(dǎo)致的不平衡和小的問題。比如，在實(shí)際生產(chǎn)中使用的大型設(shè)備過程當(dāng)中，電力公司運(yùn)營會(huì)注重設(shè)備的使用狀態(tài)，以保證設(shè)備的安全，避免出現(xiàn)安全事故，甚至?xí)扇「哳l設(shè)備、提前退役等措施。面對日益復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境，為了適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行管理的需要，電網(wǎng)設(shè)備檢修策略應(yīng)更加科學(xué)、有效。運(yùn)用人工智能技術(shù)，如果利用啟發(fā)式的智能算法，對設(shè)備檢修時(shí)間、檢修頻率、檢修方式進(jìn)行科學(xué)的建議，對檢修方案進(jìn)行優(yōu)化，可以最大程度上保證檢修的安全性、經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性[6]。

4 結(jié)束語

人工智能技術(shù)在電力企業(yè)中，不僅可以應(yīng)用于電力設(shè)備的運(yùn)維檢修，在電力企業(yè)的日常管理工作中，人工智能技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用。例如，企業(yè)管理者可以在通過辦公電腦操作人工智能設(shè)備來實(shí)現(xiàn)日常的管理工作。在操作界面上，人工智能系統(tǒng)相對簡單，操作過程快捷，功能也多種多樣?？茖W(xué)地應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以提高電力企業(yè)生產(chǎn)和管理工作效率，讓一系列復(fù)雜耗時(shí)的工作變得更加簡單快速[7]。

綜上所述，在今后的信息技術(shù)發(fā)展中，伴隨智能化技術(shù)的不斷完善，將會(huì)給電網(wǎng)帶來巨大的發(fā)展空間。另外社會(huì)對電能的需求不斷增加，“智能電網(wǎng)”的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展，智能機(jī)器人、無人機(jī)等智能設(shè)備將被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，加快智能電網(wǎng)的建設(shè)，有利于提高電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，降低故障率，降低非必要的用電事故。所以，對智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。