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未来已来 电力人工智能必将与未来新一代数据驱动的能源互联网和谐共生

北极星输配电网  来源:亮报  作者:国家电网  2018/7/4 10:44:34  我要投稿  

北极星输配电网讯:当今,绿色、智能、互联网成为主旋律,全球正在发生一场前所未有的能源革命和数字革命。国家电网公司积极构建、融合多能转换技术、智能控制技术和现代信息技术的广域泛在、开放共享的能源互联网人工智能是新一代电网和能源互联网的必然选择,电力人工智能必将与未来新一代数据驱动的能源互联网和谐共生。

数据驱动:7大核心技术

能源电力领域正在不断发生变化。一次能源向绿色、清洁、可再生转变;电能替代和再电气化成为趋势,电动汽车、分布式新能源等负荷出现;电网向高电压大电网、广域互连发展,配电网柔性自适应;逐步形成能源互联网。随着大量新能源、新兴负荷接入,电网实时平衡面临挑战;电网逐步演变为源、荷、储、人等多重因素随机、时空不确定的新型网络,传统方法已经无法解决上述问题,必须采用人工智能的方法。

中国电力科学研究院副院长王继业提出,电力人工智能是人工智能的相关理论、技术和方法与电力系统的物理规律、技术、知识融合形成的专用人工智能。数据驱动的人工智能技术是支撑新一代电力系统的重要手段。电力人工智能核心技术方向包括智能传感、人工智能平台、大数据、机器学习、计算机视觉、自然语言处理、智能机器人等7部分。

智能传感以构建全业务泛在电力物联网为目标,集成先进技术、创新研究,突破先进感知、边缘智能、网络连接、微源取能等核心技术;人工智能平台将提供丰富的算法和模型库,并形成人工智能应用研发的全流程一站式服务;大数据将重点开展大数据统一平台、数据分析挖掘、统一数据模型等技术研究和应用需求及业务模型研究;机器学习在跟踪研究深度学习、强化学习等基础上,研发针对特定电力业务场景的机器学习应用模型;计算机视觉将重点研发电力影像智能辅助标注技术、电力设备检测与缺陷识别算法,实现实时设备识别和缺陷检测;自然语言处理将构建电力主题词表,构建调控、运检和营销等领域知识图谱,并最终形成新一代电力智能搜索和问答解决方案;智能机器人,将重点突破智能算法封装、自主识别、自主行为、自主学习、人机协作等核心技术,实现电力机器人的自主和智能化。

融会贯通:从研究到应用

30多年来,中国电力科学研究院(简称中国电科院)探索传统电力技术与人工智能、大数据和智能传感技术的结合,持续开展电力领域人工智能应用技术研究,在输变电工程智能巡检、电网运行辅助决策、配用电数据智能挖掘与模式识别等方面取得了阶段性成果。

大型电力变压器设备成本高,是输变电系统的关键枢纽,一旦发生故障可能会造成设备资产损坏和大停电等巨大损失,需要基于对电力变压器的状态评价来开展状态检修工作,避免对变压器的“过修”“欠修”。中国电科院面向全网在运500千伏变压器研发电气性能状态评价应用模块。目的是在大型电力变压器非正常状态样本稀缺、数据质量不够理想的实际情况下,尽早发现状态劣化的变压器,通过应用不平衡数据学习、非均等代价学习、集成学习等机器学习方法,引入电力领域专业知识和专家经验,有效辅助变压器电气性能状态评价工作,实现对电力变压器设备的自动化、差异化、客观量化状态评价,最终实现变压器设备的可控、在控、能控。

最强大脑:巡检机器人

2018年以来,国网浙江省电力有限公司大力推进变电站机器人“单轨制”巡检,让机器人有效代替人工巡检,提升运维水平。共推进603台户内外巡检机器人的部署应用,实现了220千伏及以上变电站机器人全覆盖,充分利用机器人协同人工开展红外测温、表计抄录、缺陷跟踪、状态核查、安全监管等工作,500千伏及以上变电站已实现33台机器人“单轨制”巡检(占在运总数的78.5%),累计发现及跟踪设备缺陷192条,每月每站能节省124小时˙人,提升了运检工作效率。配置84架线路巡检无人机,编制三年人机协同巡检体系建设规划,组建全省无人机应用专家团队并完成140余人的无人机取证工作,应用无人机开展覆冰核查、线路故障查找、山区树线距离分析等工作,完成500千伏及以上线路巡检杆塔2856基,发现缺陷1622处。下阶段将全面梳理图像识别、语义识别、虚拟现实、大数据分析、机器学习等人工智能技术在运检领域的应用需求,编制人工智能应用规划并分阶段实施。

火眼金睛:图像分析算法

电力输电线路点多、线长、面广,特别是高压、特高压输电线路输送容量大、输电距离远,线路沿途通道状况、环境条件、天气状况等对线路安全运行影响大。根据2010年~2017年运行统计,雷电、大风、雨雪冰冻、大雾等恶劣天气以及山火、施工碰线等外力破坏是导致线路故障跳闸的最主要因素,占全部故障跳闸总数的80%以上。南瑞集团有限公司通过研发输电线路防外破、线路缺陷识别、飘浮物和覆冰检测等图像分析算法,解决了传统人工线路巡视效率低、高空作业风险大的问题,提升了工作效率效益和线路本质安全,实现了标准化、规模化、智能化作业。研发的输电线路在线监测系统,通过安装在杆塔上的智能微拍摄像机抓拍现场图片,并进行智能分析检测。当检测到车辆、施工机械或树木等外物接近输电线路超过允许距离,输电线路本体缺陷、附着异物、舞动和覆冰等重大隐患时,会主动预警短信通知相关巡视人员,保障线路安全运行。

精益求精:开发多项技术

经过10多年的科研投入与技术开发,山东鲁能智能技术有限公司(简称鲁能智能公司)在电力特种机器人领域研发了变电站智能巡检机器人、室内轨道式智能巡检机器人、换流站阀厅检测机器人、无人机巡线系统等一系列具有自主知识产权的技术产品。2018年1月,鲁能智能公司与全球能源互联网研究院联合申报的人工智能联合实验室由国家电网公司批复设立。

鲁能智能公司研制的人工智能技术应用包括无人机智能巡检吊舱、配网车载检测系统、线路在线可视化系统、基于视觉的多自由度的机械臂控制系统等。其中,新一代基于深度学习技术的输电线路无人机智能巡线系统,搭载有“智眸”“超脑”两大核心。“智眸”系统是一款可以替代传统单一定焦或变焦云台相机的智能硬件,通过同轴双视场协同技术,解决了可见光双视场相机的搭载难题。“智眸”云台控制精度达到0.01度,可以将传统拍摄距离从2米~10米扩展至30米~50米,保证了输电线路各类型精细化巡视作业的安全开展。“超脑”系统通过深度学习技术从十多万张输电线路巡视图片中监督学习,可在0.3秒内完成输电线路常见的9大类设备识别,同时完成每类设备潜在的近10个不同等级缺陷诊断。“智眸”与“超脑”可广泛搭载于旋翼无人机平台、油动无人直升机平台,作为独立的单兵便携式智能化巡线作业工具。

本版内容来源于中国电力科学研究院、山东鲁能智能技术有限公司、南瑞集团有限公司、国网浙江省电力有限公司等,韩笑、张国宾、刘鹏、刘凤魁、吴琼珊、王万国、叶永生、李丰盈对本文有贡献。

原标题:未来已来

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