電網(wǎng)調(diào)控負(fù)責(zé)實時監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀況、指揮處置各類異常情況,是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級過程中,電力系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)持續(xù)變化。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電、直流輸電和新能源汽車等新技術(shù)的快速發(fā)展,電源逐步呈現(xiàn)集中與分散式開發(fā)并舉特點,電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,組網(wǎng)方式包括交直流混聯(lián)、分布式微網(wǎng)等多種形態(tài),負(fù)荷差異性和互補(bǔ)性特點愈加明顯,電網(wǎng)運(yùn)行平衡正在從“源隨荷動”向“源荷互動”轉(zhuǎn)變,電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行在認(rèn)知水平、平衡模式、調(diào)節(jié)手段等方面面臨挑戰(zhàn),亟須進(jìn)一步運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)手段,滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的實際需要。
應(yīng)對電網(wǎng)調(diào)控挑戰(zhàn)的人工智能技術(shù)
人工智能技術(shù)作為現(xiàn)代信息通信技術(shù)的代表,正在引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄?,推動?jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升。人工智能呈現(xiàn)的深度學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)同、自主操控等特征為解決電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行相關(guān)問題、提升智能調(diào)控水平提供了新的思路和方案。有助于提升電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行水平的相關(guān)人工智能技術(shù)如下:
電網(wǎng)廠站接線圖智能識別技術(shù)。電網(wǎng)廠站接線圖是調(diào)度員開展電網(wǎng)實時監(jiān)控和處置故障的基本依據(jù),由調(diào)度自動化系統(tǒng)運(yùn)維人員根據(jù)廠站設(shè)計階段使用的接線圖在計算機(jī)上人工繪制。人工繪制電網(wǎng)廠站接線圖存在工作量大、圖形樣式復(fù)雜、設(shè)備類型眾多、維護(hù)工作煩瑣等問題。該技術(shù)采用圖像識別、數(shù)據(jù)增強(qiáng)等技術(shù)可識別廠站設(shè)計階段使用的接線圖上設(shè)備、連線、文字等元素及其排布,自動生成結(jié)構(gòu)化圖片描述文件,支撐從特高壓到配網(wǎng)的復(fù)雜大電網(wǎng)全面調(diào)度監(jiān)控。
電網(wǎng)運(yùn)行信息智能檢索技術(shù)。調(diào)控系統(tǒng)中的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)規(guī)模大、種類多、范圍廣。數(shù)據(jù)獲取和分析需要專業(yè)人員編寫復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化查詢語句與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互,門檻較高。該技術(shù)應(yīng)用自然語言處理方法,構(gòu)建調(diào)控領(lǐng)域運(yùn)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(yè)結(jié)構(gòu)化查詢語句的方法,提高了數(shù)據(jù)查詢和分析效率,為調(diào)控領(lǐng)域數(shù)據(jù)挖掘分析、調(diào)度員助手、虛擬接線員等多種人機(jī)交互場景的深化應(yīng)用提供關(guān)鍵能力支撐。
新能源發(fā)電高精度預(yù)測技術(shù)。準(zhǔn)確的新能源發(fā)電功率預(yù)測對電網(wǎng)安全運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)具有重要意義。預(yù)測模型和氣象預(yù)報是影響預(yù)測準(zhǔn)確性的主要因素,在現(xiàn)有氣象預(yù)報精度下,傳統(tǒng)的預(yù)測方法無法精準(zhǔn)建模,導(dǎo)致預(yù)測精度受限。該技術(shù)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(xué)習(xí)方法,考慮多種氣象環(huán)境、地貌特征以及不同電網(wǎng)運(yùn)行場景,構(gòu)建新能源發(fā)電預(yù)測模型,提升新能源發(fā)電預(yù)測準(zhǔn)確率,為安排電網(wǎng)運(yùn)行方式提供更加準(zhǔn)確的邊界,為保證電能質(zhì)量、合理安排發(fā)電計劃提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
電網(wǎng)運(yùn)行組織智能安排技術(shù)。電網(wǎng)運(yùn)行組織是指在滿足安全和電能質(zhì)量的前提下,合理利用能源和設(shè)備,以最低的發(fā)電成本或燃料費(fèi)用,保障電網(wǎng)電力平衡,本質(zhì)上是多重約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題。未來,新型電力系統(tǒng)面臨控制設(shè)備規(guī)??焖僭鲩L、低碳化運(yùn)行要求不斷提高等情況,電網(wǎng)運(yùn)行組織將會呈現(xiàn)高維、非線性等復(fù)雜特征?;谀P万?qū)動的傳統(tǒng)潮流及優(yōu)化算法雖然已經(jīng)成熟應(yīng)用,但存在針對不確定因素建模難、大規(guī)模優(yōu)化求解計算慢等問題。該技術(shù)采用“人工智能+電網(wǎng)潮流計算”聯(lián)合驅(qū)動模式,應(yīng)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù),研究多種調(diào)節(jié)手段的高比例新能源電網(wǎng)運(yùn)行組織強(qiáng)化學(xué)習(xí)交互機(jī)制,研發(fā)電網(wǎng)仿真模擬器,構(gòu)建電網(wǎng)運(yùn)行組織智能安排智能體,實現(xiàn)發(fā)電計劃智能安排和電網(wǎng)運(yùn)行方式自動調(diào)整。
開展電網(wǎng)調(diào)控領(lǐng)域人工智能技術(shù)試驗應(yīng)用
基于上述技術(shù)研究成果,國家電網(wǎng)有限公司國家電力調(diào)度控制中心統(tǒng)籌組織,中國電力科學(xué)研究院有限公司配合,針對公司多個區(qū)域電網(wǎng)及新能源發(fā)電場站的真實數(shù)據(jù)和具體場景,開展了調(diào)控領(lǐng)域電網(wǎng)廠站接線圖識別、電網(wǎng)運(yùn)行信息檢索、新能源發(fā)電預(yù)測以及電網(wǎng)運(yùn)行組織安排方面的試驗應(yīng)用,實現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)控領(lǐng)域人工智能技術(shù)應(yīng)用水平的提升。
在電網(wǎng)廠站接線圖識別方面,對多個典型地區(qū)、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(jìn)行模型訓(xùn)練,識別準(zhǔn)確率可達(dá)85%。
在電網(wǎng)運(yùn)行信息智能檢索方面,對包含發(fā)電廠、變電站、電力一次設(shè)備、自動化設(shè)備等多種數(shù)據(jù)對象的電網(wǎng)調(diào)控領(lǐng)域真實語料進(jìn)行智能解析,調(diào)度語言解析準(zhǔn)確率從20%提升至80%。
在新能源發(fā)電預(yù)測方面,選取分布于華北、華中、西北等區(qū)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(fēng)電場及光伏電站,使用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練預(yù)測模型,預(yù)測準(zhǔn)確率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高了1至1.5個百分點。
在優(yōu)化調(diào)度方面,以我國省級電網(wǎng)網(wǎng)架和實際運(yùn)行情況為藍(lán)本,構(gòu)建新型電力系統(tǒng)SG-126節(jié)點網(wǎng)絡(luò)模型,并以此為研究對象,探索“人工智能+電網(wǎng)潮流計算”聯(lián)合驅(qū)動模式,為解決無模型問題提供了新方法。在此模式下,優(yōu)化計算時間極短,適應(yīng)電網(wǎng)在線決策要求,為調(diào)控運(yùn)行人員提供決策參考。
電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)和人工智能技術(shù)將深度融合
在碳達(dá)峰碳中和背景下,構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的全方位變革。未來,電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行將面對更大數(shù)量的控制對象、更多類型的調(diào)節(jié)手段、更為復(fù)雜的運(yùn)行場景。與此同時,以人工智能為代表的數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新和迭代速度將進(jìn)一步加快,相關(guān)科技成果加速落地,應(yīng)用場景逐漸覆蓋生產(chǎn)、生活的方方面面,人工智能技術(shù)將成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力量。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行可為人工智能技術(shù)應(yīng)用提供更多新場景,也可為調(diào)控運(yùn)行技術(shù)注入更多發(fā)展動能,人工智能技術(shù)與調(diào)控運(yùn)行應(yīng)用創(chuàng)新將形成相互促進(jìn)、螺旋上升的發(fā)展形態(tài),對推動電網(wǎng)智能調(diào)控技術(shù)發(fā)展具有重要意義。
隨著面向調(diào)控運(yùn)行的人工智能平臺架構(gòu)、數(shù)據(jù)處理、通用算法和基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)的深化研究,電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)和人工智能技術(shù)將進(jìn)一步融合,電網(wǎng)智能調(diào)控技術(shù)將充分發(fā)揮調(diào)控數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢,形成“模型+數(shù)據(jù)”雙輪驅(qū)動模式,構(gòu)建數(shù)據(jù)統(tǒng)一、算力統(tǒng)籌、智能共享、安全可控的人工智能生態(tài)環(huán)境,支撐電網(wǎng)智能感知、交互、分析和決策,為調(diào)控運(yùn)行人員提供更加全面、多元的輔助服務(wù),為增強(qiáng)新型電力系統(tǒng)智能調(diào)控水平提供有效解決方案。
來源:國家電網(wǎng)報
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