人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向

隨著人工智能技術(shù)的興起，人工智能技術(shù)應(yīng)用在電力系統(tǒng)的運行、控制、管理等領(lǐng)域。人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅拓展了人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍，而且擴展了人工智能技術(shù)憑借自動化和智能化程度高等優(yōu)勢，提升了電力產(chǎn)業(yè)的智能化升級。人工智能技術(shù)使電力系統(tǒng)真正實現(xiàn)決策智能和管理智能。通過分析和總結(jié)人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，對電力系統(tǒng)中人工智能的發(fā)展方向進行了展望。

1 引言

近年來,隨著人工智能技術(shù)在生活中的普及，人工智能技術(shù)被人們熟知。國家發(fā)改委將這項技術(shù)納入發(fā)展規(guī)劃與戰(zhàn)略，并強調(diào)要將人工智能技術(shù)應(yīng)用到各行業(yè)。在“電力發(fā)展十三五規(guī)劃”中著重強調(diào)，必須將人工智能技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)建“智能電網(wǎng)”造福人民。為響應(yīng)國家政策，國內(nèi)一些科研單位首當其沖，嘗試將人工智能技術(shù)與電力系統(tǒng)結(jié)合，2015 年谷歌將 AI 技術(shù)引入數(shù)據(jù)中心，依托 AI 技術(shù)谷歌探索出了有效的管理設(shè)備和平衡電力供應(yīng)的方法，節(jié)省了公司巨大的能源開支。緊隨其后 2016 年百度公司建立了人工智能樓宇來節(jié)省電力資源，而百度未來將聚焦于以人工智能核心技術(shù)為基礎(chǔ)，將涉足電力系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)。作為人工智能在電力行業(yè)中應(yīng)用的領(lǐng)軍者，美國通用電氣公司（GE）在電力系統(tǒng)的客戶服務(wù)、信息化建設(shè)、能源服務(wù)、生產(chǎn)運營、電力調(diào)度和科學研究領(lǐng)域運用人工智能技術(shù)。因此，AI 技術(shù)在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 人工智能技術(shù)

AI（Artificial Intelligence）是人工智能技術(shù)的縮寫，AI 是一門新科技，它是研究用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論和方法的技術(shù)。AI 技術(shù)的發(fā)展包括三個重要階段：技術(shù)驅(qū)動、數(shù)據(jù)驅(qū)動和情境驅(qū)動。AI 技術(shù)在技術(shù)驅(qū)動階段取得了最大的動力。特別是在達特茅斯會議召開之后，算法程序語言逐漸被人們所熟知，越來越多的開發(fā)人員對其投入了極大熱情，第一波人工智能開發(fā)已經(jīng)掀起。AI 技術(shù)三個發(fā)展階段如圖 1 所示。

目前 AI 技術(shù)也取得了顯著的成就。如：1997 年IBM“深藍”擊敗了國際象棋冠軍，2011 年蘋果公司發(fā)布了手機語音助手 Siri，2016 年 Alpha Go 戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世石等。此外在基于 AI 的模式識別方面：人臉識別、文本識別、車牌識別和指紋識別等功能也逐漸成熟。在自動工程方面的成就主要有自動駕駛技術(shù)、印鈔工廠流水線生產(chǎn)和獵鷹系統(tǒng)的自動繪圖。從功能結(jié)構(gòu)上來分析，AI 產(chǎn)業(yè)布局可以分為三個層面：第一是基礎(chǔ)層面，在這個層面上主要有事視頻內(nèi)容識別、情景感知計算、語音識別和自然語言處理等操作，這些操作作為人工智能技術(shù)的底層支撐。二是理論層面，以機器學習算法為主，它為 AI 技術(shù)應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。第三個是應(yīng)用層面，主要以人工智能技術(shù)應(yīng)用的方面為主，如機器學習應(yīng)用，計算機視覺應(yīng)用，手勢控制應(yīng)用、語音翻譯應(yīng)用、智能機器人應(yīng)用。人工智能技術(shù)產(chǎn)品布局如圖 2 所示。

人工智能技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在我們的工作、生活、學習等各個方面，在工作方面它可以幫助我們提高生產(chǎn)效率，幫助我們擺脫沉重，重復(fù)的任務(wù)，幫助我們擺脫復(fù)雜的數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)計和應(yīng)用程序。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)也將取得重大突破，徹底改變我們的生活。

3 電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀

中國電力工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷艱難的 67 年，它的成長分為五個階段分別是：萌芽期、成長期、發(fā)展期、上升期。具體每個發(fā)展階段詳細情況如表 1 所示。

電力工業(yè)的快速發(fā)展使得國家對電力系統(tǒng)自動化的需求不斷增加。同時，電力系統(tǒng)自動化和智能化也是電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著我國全社會用電量的不斷增長，國家電網(wǎng)在 2009 年 7 月制定了智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃，全面建成統(tǒng)一的智能化電網(wǎng)，屆時電網(wǎng)優(yōu)化配置資源將大幅提升，如表 2 所示為 2009 年至今我國在智能電網(wǎng)方面投資情況。

我們可以由數(shù)據(jù)看出，隨著時間的增長，我國在智能化電網(wǎng)投資占比也越來越大，這也表明我國電網(wǎng)的發(fā)展正在朝著智能化方向發(fā)展。我國電力發(fā)展的基本方針是：提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，加強電網(wǎng)建設(shè)，大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進核電建設(shè)，鼓勵新能源發(fā)電，深化體制改革。在此方針的指導(dǎo)下，未來我國電力發(fā)展將呈現(xiàn)自動化水平高、經(jīng)濟高效和環(huán)保、技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級步伐加快的顯著特點。

4 人工智能AI在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著電力行業(yè)和 AI 技術(shù)的發(fā)展，將 AI 技術(shù)應(yīng)用到電力行業(yè)中，不僅是電力行業(yè)發(fā)展的必然選擇，也是能源電力轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略支撐。人工智能技術(shù)有助于解決非線性的電力系統(tǒng)問題，如：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護中的應(yīng)用、人工智能算法在電力系統(tǒng)運行中的應(yīng)用、模糊理論在電力系統(tǒng)運行中的應(yīng)用和專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運行中的應(yīng)用。

國內(nèi)的學者也將 AI 技術(shù)同電力相結(jié)合并應(yīng)用，如章熙、黃育松[1]等人，開展了對人工智能技術(shù)應(yīng)用到電力調(diào)度自動化系統(tǒng)研究，研究結(jié)果表明 AI 技術(shù)可以穩(wěn)定和科學的完成電力調(diào)度。趙啟純[2]將基于AI 技術(shù)的電力系統(tǒng)故障診斷同常規(guī)的電路系統(tǒng)診斷方法進行比對，發(fā)現(xiàn) AI 技術(shù)可以精準的定位電路故障位置，并給出最優(yōu)的診斷方案。孫秋野[3]等人對 AI 技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，發(fā)現(xiàn)人工智能技術(shù)是解決復(fù)雜系統(tǒng)決策和控制的必要手段。梁純[4]等人針對船舶電力系統(tǒng)故障診斷的復(fù)雜問題，為達到快速診斷的目的，基于 AI 技術(shù)設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，給出了推理機的故障診斷流程。陶玉波等人[5]利用人工智能技術(shù)提出了對短期風電功率預(yù)測的模型和方法?？傊?，人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)很普遍。因此，人工智能在能源和電力領(lǐng)域的應(yīng)用可歸納如下：傳統(tǒng)方法的智能化，關(guān)鍵技術(shù)的延伸和創(chuàng)新，以及多種因素的智能化融合。

5 電力系統(tǒng)發(fā)展展望

新一代電力系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)伴隨著人工智能技術(shù)的穩(wěn)定性，同步性和長期發(fā)展?；跓o處不在的傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，以深度學習、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈等新興技術(shù)為依托[6]，人工智能技術(shù)正在不斷成熟。在新一代的電力系統(tǒng)未來終將是智能化的電力系統(tǒng)，AI 技術(shù)將會遍布于電力系統(tǒng)設(shè)備管理和系統(tǒng)控制、能量管理和交易等領(lǐng)域。

全新的電力系統(tǒng)具備自動、自主的新模式，以電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行為基礎(chǔ)，提供電力系統(tǒng)的運行效率，減少運行成本。所以快速發(fā)展的人工智能技術(shù)，對未來能源電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)發(fā)展形態(tài)，系統(tǒng)整體效率，運行控制方式和運營模式帶來革命性、顛覆性影響，也是針對新一代電力系統(tǒng)前瞻性研究的重要方向。

6 結(jié)語

隨著 AI 技術(shù)的不斷發(fā)展，將人工智能技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用也越來越多，在應(yīng)用中取得了良好的效果。目前電能已經(jīng)成為人類生活不可或缺的一部分，伴隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，其產(chǎn)生了海量的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)。面對這些海量的數(shù)據(jù)，人工管理復(fù)雜程度呈指數(shù)上漲。在這些背景下，人工智能技術(shù)以其高度自動和智能化脫穎而出，因此人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景十分廣闊。將人工智能技術(shù)和電力系統(tǒng)相結(jié)合不但加強了智能科學在電網(wǎng)中的科研和應(yīng)用，而且能更加確保電網(wǎng)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟運行。