智能技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)行與輸配電中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】智能技術(shù)；生產(chǎn)運(yùn)行；輸配電

引言

隨著信息技術(shù)和人工智能的迅猛發(fā)展，智能化已成為電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)電力工業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大?！吨袊?guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告·2023》指出，全國(guó)電力供應(yīng)總體穩(wěn)定，能夠成功經(jīng)受迎峰度夏、迎峰度冬等重要的時(shí)段考驗(yàn)。2023年新增電力裝機(jī)約3.7億千瓦，總裝機(jī)達(dá)到29.2億千瓦，同比增長(zhǎng)13.7%。非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量首次超過(guò)火電裝機(jī)容量，占總裝機(jī)容量比重首次突破50%。然而，電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性也隨之增加，傳統(tǒng)的管理模式已難以滿足新形勢(shì)下的需求。智能技術(shù)的引入為解決這一難題提供了新的思路和方法。智能技術(shù)在發(fā)電、輸電、配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)的廣泛應(yīng)用，不僅能提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，還能為推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系作出重要貢獻(xiàn)。本文將系統(tǒng)梳理智能技術(shù)在電力生產(chǎn)運(yùn)行與輸配電領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析電力行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，以供相關(guān)人員參考借鑒。

一、智能技術(shù)概述

智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢(shì)，這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

其一，人工智能技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用日益深入。以生成式人工智能（AI-Generated Content，AIGC）為代表的技術(shù)正在重塑電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式。AIGC等大型模型已被應(yīng)用于電力調(diào)度員培訓(xùn)、故障診斷和客戶服務(wù)等領(lǐng)域。例如，在南方電網(wǎng)公司，基于AIGC的智能助手“小智”能夠快速回答江門供電局員工的專業(yè)問(wèn)題，從而大幅提高工作效率。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)算法在負(fù)荷預(yù)測(cè)、設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估等方面的應(yīng)用也取得了顯著成效[1]。

其二，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在推動(dòng)電力系統(tǒng)向全面感知、泛在互聯(lián)的方向發(fā)展。新一代通信技術(shù)，如5G和低功耗廣域網(wǎng)，能夠?yàn)殡娏ξ锫?lián)網(wǎng)的大規(guī)模部署奠定基礎(chǔ)。在智能電表領(lǐng)域，國(guó)家電網(wǎng)正積極推進(jìn)窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技術(shù)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析。以國(guó)網(wǎng)天津市電力公司的試點(diǎn)項(xiàng)目為例，該公司在2017年開(kāi)展了一項(xiàng)創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，在城南地區(qū)建立了兩個(gè)470 MHz的NB-IoT無(wú)線基站，并對(duì)智能電表進(jìn)行了全面測(cè)試。這項(xiàng)試驗(yàn)涉及多個(gè)方面，包括系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力、可靠性及運(yùn)維管理等。測(cè)試結(jié)果顯示，NB-IoT技術(shù)在電力應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)，如功耗較低、穿透能力較強(qiáng)及支持大規(guī)模設(shè)備連接等。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了數(shù)據(jù)采集的效率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。它能夠跨越傳統(tǒng)的臺(tái)區(qū)限制，在實(shí)現(xiàn)更廣范圍數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，支持高頻率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，從而為電網(wǎng)公司提供了更靈活、更經(jīng)濟(jì)的解決方案，有助于優(yōu)化電網(wǎng)管理和提高服務(wù)質(zhì)量[2]。

二、智能技術(shù)應(yīng)用的挑戰(zhàn)

智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用雖然前景廣闊，但在實(shí)際落地過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施的適配性問(wèn)題亟待解決。我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模龐大，設(shè)備類型繁多，新舊交替，這使得智能技術(shù)的全面推廣面臨巨大障礙。許多傳統(tǒng)設(shè)備缺乏數(shù)字化接口，難以直接接入智能系統(tǒng)。不同廠商、不同時(shí)期的設(shè)備往往采用各自的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，導(dǎo)致系統(tǒng)集成困難重重。在智能變電站建設(shè)中，如何實(shí)現(xiàn)新老設(shè)備的無(wú)縫對(duì)接，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，成為一大難題。此外，電力系統(tǒng)的特殊性要求智能技術(shù)必須具備極高的可靠性和安全性，這對(duì)技術(shù)本身提出了更高的要求。如何在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下，充分發(fā)揮智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，是擺在電力行業(yè)面前的一道難題。另一方面，數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)問(wèn)題日益凸顯。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，海量用戶數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)采集和傳輸，這不僅帶來(lái)了巨大的數(shù)據(jù)處理壓力，還引發(fā)了嚴(yán)峻的安全風(fēng)險(xiǎn)。如何在開(kāi)放互聯(lián)的環(huán)境下，有效防范網(wǎng)絡(luò)攻擊，保護(hù)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和用戶隱私，成為了智能技術(shù)應(yīng)用必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。同時(shí)，電力數(shù)據(jù)的敏感性決定了其不能隨意共享和開(kāi)放，這在一定程度上限制了人工智能等技術(shù)的深度應(yīng)用。如何在數(shù)據(jù)安全與技術(shù)創(chuàng)新之間找到平衡點(diǎn)，需要電力行業(yè)與技術(shù)領(lǐng)域的專家共同努力。此外，智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用也帶來(lái)了新的倫理問(wèn)題。例如，在電力調(diào)度決策中如何平衡人工智能與人為判斷，確保決策的公平性和可解釋性，都是亟待解決的難題。

三、智能技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)行與輸配電中的應(yīng)用

（一）智能技術(shù)在電力生產(chǎn)運(yùn)行中的應(yīng)用

1.人工智能在電力設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用

近年來(lái)，人工智能技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。在提高診斷效率和準(zhǔn)確性方面，人工智能技術(shù)提供了強(qiáng)有力的支持。南方電網(wǎng)與華為公司的合作就是一個(gè)典型案例。2022年2月，雙方在深圳聯(lián)合發(fā)布了電力行業(yè)首個(gè)基于異構(gòu)生態(tài)的AI預(yù)訓(xùn)練模型。這一創(chuàng)新模型通過(guò)先行學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程，能夠在不同人工智能應(yīng)用場(chǎng)景中靈活運(yùn)用，將AI算法的研發(fā)效率提高了5倍之多。更為可喜的是，該模型在識(shí)別任務(wù)方面的準(zhǔn)確率也從85%躍升至95%。在排查設(shè)備隱患、查找故障等特定任務(wù)中，該模型同樣表現(xiàn)出色，它不僅更加準(zhǔn)確，還更具智能性。與此同時(shí)，國(guó)外電力公司也在積極探索AI技術(shù)在故障診斷方面的應(yīng)用。法國(guó)電力公司開(kāi)發(fā)的Metro scope人工智能診斷軟件就是一個(gè)例子。這款軟件能夠在工業(yè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行故障，并在第一時(shí)間獲取精確可靠的檢測(cè)結(jié)果。Metro scope的應(yīng)用為客戶打造了高效靈活的“未來(lái)工廠”。目前，法國(guó)所有核電站的汽機(jī)機(jī)房都已經(jīng)采用了這項(xiàng)技術(shù)，這為法國(guó)電力集團(tuán)節(jié)省了大量資金，充分展現(xiàn)了AI技術(shù)在電力設(shè)備故障診斷中的巨大潛力和實(shí)際價(jià)值。

2.人工智能在電力負(fù)載預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

電力負(fù)載預(yù)測(cè)是電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響這電力系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，其在電力負(fù)載預(yù)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著成效。以廣東電網(wǎng)公司為例，2020年4月，該公司正式上線了一套基于人工智能技術(shù)的省地一體負(fù)荷預(yù)測(cè)管理系統(tǒng)。這是由廣東電網(wǎng)公司調(diào)控中心自主研發(fā)的具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)，標(biāo)志著該公司對(duì)人工智能技術(shù)在短期負(fù)荷預(yù)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。這套系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)，取得了令人矚目的成果。其實(shí)現(xiàn)了對(duì)約1，300個(gè)母線節(jié)點(diǎn)在30分鐘內(nèi)的全自動(dòng)預(yù)測(cè)，大大提高了預(yù)測(cè)的覆蓋范圍和時(shí)效性；更為可喜的是，在2020年第一季度的常規(guī)工作日中，系統(tǒng)負(fù)荷人工智能預(yù)測(cè)的平均準(zhǔn)確率達(dá)到了97%，這一水平已經(jīng)接近專家預(yù)測(cè)的水平。相比之前82.4%的負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，新系統(tǒng)使得預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提高了3.2個(gè)百分點(diǎn)。這不僅體現(xiàn)了人工智能技術(shù)在負(fù)載預(yù)測(cè)中的強(qiáng)大潛力，還為電網(wǎng)運(yùn)行提供了更加可靠的數(shù)據(jù)支持。

（二）智能技術(shù)在輸電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1.智能變電站

智能變電站作為現(xiàn)代電網(wǎng)的核心樞紐，正逐步成為智能技術(shù)與電力系統(tǒng)深度融合的典范。近年來(lái)，我國(guó)在智能變電站建設(shè)方面取得了顯著進(jìn)展。以國(guó)網(wǎng)江蘇電力為例，其建成的±800 kV錫盟—泰州特高壓直流輸電工程泰州換流站，堪稱智能變電站的標(biāo)桿。它全面采用了中國(guó)自主研發(fā)的特高壓直流輸電技術(shù)和裝備，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)700多項(xiàng)。工程投運(yùn)后，每年可向江蘇省輸送電量550億千瓦時(shí)，相當(dāng)于運(yùn)輸煤炭2，520萬(wàn)噸；可減少排放二氧化碳4，950萬(wàn)噸、二氧化硫12.4萬(wàn)噸、氨氧化物13.1萬(wàn)噸，能夠有力促進(jìn)長(zhǎng)三角區(qū)域大氣污染防治目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。該站采用了先進(jìn)的數(shù)字化二次設(shè)備和智能一次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)全面感知、信息高度共享和系統(tǒng)自動(dòng)控制。站內(nèi)布置了數(shù)千個(gè)智能傳感器，構(gòu)建了覆蓋全站的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。此外，站內(nèi)還部署了基于人工智能的設(shè)備健康評(píng)估系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)海量運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)設(shè)備可能出現(xiàn)的故障，大大提高了設(shè)備管理的主動(dòng)性和科學(xué)性。這些創(chuàng)新應(yīng)用不僅可以提高變電站的運(yùn)行效率和可靠性，還實(shí)現(xiàn)了少人值守甚至無(wú)人值守，從而為電網(wǎng)智能化發(fā)展樹(shù)立新的標(biāo)桿[3]。

2.輸電線路在線監(jiān)測(cè)

輸電線路作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電力供應(yīng)的可靠性。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正在改變傳統(tǒng)的線路管理模式。南方電網(wǎng)公司已實(shí)現(xiàn)500 kV全戶內(nèi)變電站調(diào)度的遙控啟動(dòng)，其中500 kV盤龍變電站配備了2臺(tái)總?cè)萘?，000 MVA的主變壓器，500 kV出線4回，220 kV出線8回。這些復(fù)雜的線路網(wǎng)絡(luò)正是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)揮作用的舞臺(tái)。智能變電站的通信線路已全面通過(guò)光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜，采用高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)及各種自動(dòng)化高級(jí)設(shè)備。這使得運(yùn)行維護(hù)更加全面智能，故障處理更加精準(zhǔn)高效，調(diào)度操作更加科學(xué)快捷，進(jìn)而極大提高工作效率，增強(qiáng)供電可靠性。以揭陽(yáng)供電局變電管理所盤龍巡維中心站為例，該站依托信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享最大化，能夠在自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、計(jì)量、控制、保護(hù)、檢測(cè)等基本功能的同時(shí)，具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同交互等高級(jí)功能[4]。這些功能的實(shí)現(xiàn)大大減少了約800項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)操作，將效率平均縮短了50%以上；既提高了工作效率，又保證了電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，極大降低了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（三）智能技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.配電自動(dòng)化

配電自動(dòng)化是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，也是提高配網(wǎng)運(yùn)行效率、可靠性和電能質(zhì)量的關(guān)鍵手段。隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，配電自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸從傳統(tǒng)的手動(dòng)操作模式向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。通過(guò)在配電網(wǎng)中引入高效的自動(dòng)化設(shè)備和先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障自動(dòng)隔離、負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，大大提高了供電系統(tǒng)的靈活性和應(yīng)對(duì)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括配電主站系統(tǒng)、配電終端設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)。主站系統(tǒng)負(fù)責(zé)全局的監(jiān)控與調(diào)度，配備了先進(jìn)的分析和決策支持功能；而終端設(shè)備，如配電終端單元、故障指示器等，則負(fù)責(zé)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)操作，實(shí)時(shí)收集設(shè)備狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，主站和終端設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫連接，保證信息傳輸?shù)募皶r(shí)性和準(zhǔn)確性。尤其是在故障發(fā)生時(shí)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠迅速隔離故障區(qū)域，避免故障擴(kuò)大化，并通過(guò)拓?fù)渲貥?gòu)快速恢復(fù)非故障區(qū)域的供電[5]。

2.智能用電管理

智能用電管理是智能電網(wǎng)的重要組成部分，旨在通過(guò)智能化手段優(yōu)化電力用戶的用電行為，提高電能利用效率，減少能源浪費(fèi)，推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向清潔、低碳、高效的方向轉(zhuǎn)型。智能用電管理不僅涵蓋了智能電表、分時(shí)電價(jià)、需求側(cè)響應(yīng)等技術(shù)手段，還包括了智能家居、微電網(wǎng)等新型用電模式的推廣與普及。

在實(shí)際應(yīng)用中，智能電表是智能用電管理的核心設(shè)備。通過(guò)智能電表，電力公司能夠?qū)崟r(shí)采集用戶用電數(shù)據(jù)，精確記錄電量信息，并根據(jù)用戶的用電習(xí)慣進(jìn)行分析。智能電表還支持遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程斷電等功能，這極大地方便了電力公司的運(yùn)維管理。更為重要的是，智能電表的廣泛應(yīng)用為分時(shí)電價(jià)、階梯電價(jià)等靈活的電價(jià)機(jī)制提供了技術(shù)支撐，促使用戶根據(jù)電價(jià)波動(dòng)調(diào)整用電行為，通過(guò)削峰填谷緩解電網(wǎng)負(fù)荷壓力。此外，需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用也在智能用電管理中扮演著重要角色。通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)系統(tǒng)，電力公司可以與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，在電力負(fù)荷高峰期引導(dǎo)用戶減少用電，或在電力供應(yīng)充足時(shí)鼓勵(lì)用戶增加用電，從而實(shí)現(xiàn)電力需求的動(dòng)態(tài)平衡。例如，國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司通過(guò)智能用電管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)用戶和居民用戶的分時(shí)電價(jià)調(diào)控。在夏季用電高峰期，平臺(tái)可以通過(guò)短信和APP通知用戶錯(cuò)峰用電，避免大規(guī)模停電風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有效降低整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行成本。除了傳統(tǒng)的用電管理方式，智能家居與微電網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合還能進(jìn)一步推動(dòng)智能用電管理的創(chuàng)新發(fā)展。智能家居系統(tǒng)通過(guò)與電力管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，能夠根據(jù)電價(jià)、環(huán)境溫度和用戶需求自動(dòng)調(diào)整家電的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化家庭用電結(jié)構(gòu)[6]。

結(jié)語(yǔ)

從智能發(fā)電到配電自動(dòng)化，從輸電線路在線監(jiān)測(cè)到智能用電管理，技術(shù)創(chuàng)新正持續(xù)為傳統(tǒng)電力行業(yè)注入新的活力。這些進(jìn)步不僅提高了電網(wǎng)的運(yùn)行效率和可靠性，還為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和清潔低碳發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。然而研究者也亟需清醒地認(rèn)識(shí)到，技術(shù)應(yīng)用的道路并非一帆風(fēng)順，數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)兼容性、倫理問(wèn)題等挑戰(zhàn)仍然存在，為此需要以更加審慎和智慧的態(tài)度去應(yīng)對(duì)。未來(lái)，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的進(jìn)一步成熟，電力系統(tǒng)有望迎來(lái)更加智能、更加綠色、更加安全的新時(shí)代。