應對電網調控挑戰的人工智能技術

 

人工智能技術作為現代信息通信技術的代表，正在引發鏈式突破，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。人工智能呈現的深度學習、人機協同、自主操控等特征為解決電力系統調控運行相關問題、提升智能調控水平提供了新的思路和方案。有助于提升電力系統調控運行水平的相關人工智能技術如下：

 

電網廠站接線圖智能識別技術。電網廠站接線圖是調度員開展電網實時監控和處置故障的基本依據，由調度自動化系統運維人員根據廠站設計階段使用的接線圖在計算機上人工繪制。人工繪制電網廠站接線圖存在工作量大、圖形樣式復雜、設備類型眾多、維護工作煩瑣等問題。該技術采用圖像識別、數據增強等技術可識別廠站設計階段使用的接線圖上設備、連線、文字等元素及其排布，自動生成結構化圖片描述文件，支撐從特高壓到配網的復雜大電網全面調度監控。

 

電網運行信息智能檢索技術。調控系統中的電網運行數據規模大、種類多、范圍廣。數據獲取和分析需要專業人員編寫復雜的結構化查詢語句與數據庫進行交互，門檻較高。該技術應用自然語言處理方法，構建調控領域運行信息檢索智能體，自動生成與問題含義相同的查詢語句，簡化了編寫專業結構化查詢語句的方法，提高了數據查詢和分析效率，為調控領域數據挖掘分析、調度員助手、虛擬接線員等多種人機交互場景的深化應用提供關鍵能力支撐。

 

新能源發電高精度預測技術。準確的新能源發電功率預測對電網安全運行和電力可靠供應具有重要意義。預測模型和氣象預報是影響預測準確性的主要因素，在現有氣象預報精度下，傳統的預測方法無法精準建模，導致預測精度受限。該技術采用極度梯度提升樹（XGBoost）、基于決策樹的分布式梯度提升算法（LightGBM）等深度學習方法，考慮多種氣象環境、地貌特征以及不同電網運行場景，構建新能源發電預測模型，提升新能源發電預測準確率，為安排電網運行方式提供更加準確的邊界，為保證電能質量、合理安排發電計劃提供關鍵技術支撐。

 

電網運行組織智能安排技術。電網運行組織是指在滿足安全和電能質量的前提下，合理利用能源和設備，以最低的發電成本或燃料費用，保障電網電力平衡，本質上是多重約束的多目標優化問題。未來，新型電力系統面臨控制設備規?？焖僭鲩L、低碳化運行要求不斷提高等情況，電網運行組織將會呈現高維、非線性等復雜特征。基于模型驅動的傳統潮流及優化算法雖然已經成熟應用，但存在針對不確定因素建模難、大規模優化求解計算慢等問題。該技術采用“人工智能+電網潮流計算”聯合驅動模式，應用強化學習技術，研究多種調節手段的高比例新能源電網運行組織強化學習交互機制，研發電網仿真模擬器，構建電網運行組織智能安排智能體，實現發電計劃智能安排和電網運行方式自動調整。

 

開展電網調控領域人工智能技術試驗應用

 

基于上述技術研究成果，國家電網有限公司國家電力調度控制中心統籌組織，中國電力科學研究院有限公司配合，針對公司多個區域電網及新能源發電場站的真實數據和具體場景，開展了調控領域電網廠站接線圖識別、電網運行信息檢索、新能源發電預測以及電網運行組織安排方面的試驗應用，實現了電網調控領域人工智能技術應用水平的提升。

 

在電網廠站接線圖識別方面，對多個典型地區、多個廠站類型、多個電壓等級、多種接線方式的真實接線圖進行模型訓練，識別準確率可達85%。

 

在電網運行信息智能檢索方面，對包含發電廠、變電站、電力一次設備、自動化設備等多種數據對象的電網調控領域真實語料進行智能解析，調度語言解析準確率從20%提升至80%。

 

在新能源發電預測方面，選取分布于華北、華中、西北等區域，覆蓋戈壁、山地、平原、丘陵、海上及山地和高原疊加等多種地形的風電場及光伏電站，使用歷史運行數據訓練預測模型，預測準確率在現有基礎上提高了1至1.5個百分點。

 

在優化調度方面，以我國省級電網網架和實際運行情況為藍本，構建新型電力系統SG-126節點網絡模型，并以此為研究對象，探索“人工智能+電網潮流計算”聯合驅動模式，為解決無模型問題提供了新方法。在此模式下，優化計算時間極短，適應電網在線決策要求，為調控運行人員提供決策參考。

 

電網調控技術和人工智能技術將深度融合

 

在碳達峰碳中和背景下，構建新型電力系統是對傳統電力系統的全方位變革。未來，電力系統調控運行將面對更大數量的控制對象、更多類型的調節手段、更為復雜的運行場景。與此同時，以人工智能為代表的數字技術創新和迭代速度將進一步加快，相關科技成果加速落地，應用場景逐漸覆蓋生產、生活的方方面面，人工智能技術將成為新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量。將人工智能技術應用于電力系統調控運行可為人工智能技術應用提供更多新場景，也可為調控運行技術注入更多發展動能，人工智能技術與調控運行應用創新將形成相互促進、螺旋上升的發展形態，對推動電網智能調控技術發展具有重要意義。

 

隨著面向調控運行的人工智能平臺架構、數據處理、通用算法和基礎應用技術的深化研究，電網調控技術和人工智能技術將進一步融合，電網智能調控技術將充分發揮調控數據資源優勢，形成“模型+數據”雙輪驅動模式，構建數據統一、算力統籌、智能共享、安全可控的人工智能生態環境，支撐電網智能感知、交互、分析和決策，為調控運行人員提供更加全面、多元的輔助服務，為增強新型電力系統智能調控水平提供有效解決方案。

 

（作者單位：中國電科院）