當(dāng)今，綠色、智能、互聯(lián)網(wǎng)成為主旋律，全球正在發(fā)生一場(chǎng)前所未有的能源革命和數(shù)字革命。國(guó)家電網(wǎng)公司積極構(gòu)建、融合多能轉(zhuǎn)換技術(shù)、智能控制技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的廣域泛在、開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)。人工智能是新一代電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的必然選擇，電力人工智能必將與未來新一代數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的能源互聯(lián)網(wǎng)和諧共生。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：7大核心技術(shù)
能源電力領(lǐng)域正在不斷發(fā)生變化。一次能源向綠色、清潔、可再生轉(zhuǎn)變;電能替代和再電氣化成為趨勢(shì)，電動(dòng)汽車、分布式新能源等負(fù)荷出現(xiàn);電網(wǎng)向高電壓大電網(wǎng)、廣域互連發(fā)展，配電網(wǎng)柔性自適應(yīng);逐步形成能源互聯(lián)網(wǎng)。隨著大量新能源、新興負(fù)荷接入，電網(wǎng)實(shí)時(shí)平衡面臨挑戰(zhàn);電網(wǎng)逐步演變?yōu)樵础⒑伞?chǔ)、人等多重因素隨機(jī)、時(shí)空不確定的新型網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法解決上述問題，必須采用人工智能的方法。
中國(guó)電力科學(xué)研究院副院長(zhǎng)王繼業(yè)提出，電力人工智能是人工智能的相關(guān)理論、技術(shù)和方法與電力系統(tǒng)的物理規(guī)律、技術(shù)、知識(shí)融合形成的專用人工智能。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能技術(shù)是支撐新一代電力系統(tǒng)的重要手段。電力人工智能核心技術(shù)方向包括智能傳感、人工智能平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、自然語(yǔ)言處理、智能機(jī)器人等7部分。
智能傳感以構(gòu)建全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)為目標(biāo)，集成先進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新研究，突破先進(jìn)感知、邊緣智能、網(wǎng)絡(luò)連接、微源取能等核心技術(shù);人工智能平臺(tái)將提供豐富的算法和模型庫(kù)，并形成人工智能應(yīng)用研發(fā)的全流程一站式服務(wù);大數(shù)據(jù)將重點(diǎn)開展大數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析挖掘、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型等技術(shù)研究和應(yīng)用需求及業(yè)務(wù)模型研究;機(jī)器學(xué)習(xí)在跟蹤研究深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)上，研發(fā)針對(duì)特定電力業(yè)務(wù)場(chǎng)景的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用模型;計(jì)算機(jī)視覺將重點(diǎn)研發(fā)電力影像智能輔助標(biāo)注技術(shù)、電力設(shè)備檢測(cè)與缺陷識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)設(shè)備識(shí)別和缺陷檢測(cè);自然語(yǔ)言處理將構(gòu)建電力主題詞表，構(gòu)建調(diào)控、運(yùn)檢和營(yíng)銷等領(lǐng)域知識(shí)圖譜，并最終形成新一代電力智能搜索和問答解決方案;智能機(jī)器人，將重點(diǎn)突破智能算法封裝、自主識(shí)別、自主行為、自主學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)作等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力機(jī)器人的自主和智能化。
融會(huì)貫通：從研究到應(yīng)用
30多年來，中國(guó)電力科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱中國(guó)電科院)探索傳統(tǒng)電力技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)和智能傳感技術(shù)的結(jié)合，持續(xù)開展電力領(lǐng)域人工智能應(yīng)用技術(shù)研究，在輸變電工程智能巡檢、電網(wǎng)運(yùn)行輔助決策、配用電數(shù)據(jù)智能挖掘與模式識(shí)別等方面取得了階段性成果。
大型電力變壓器設(shè)備成本高，是輸變電系統(tǒng)的關(guān)鍵樞紐，一旦發(fā)生故障可能會(huì)造成設(shè)備資產(chǎn)損壞和大停電等巨大損失，需要基于對(duì)電力變壓器的狀態(tài)評(píng)價(jià)來開展?fàn)顟B(tài)檢修工作，避免對(duì)變壓器的“過修”“欠修”。中國(guó)電科院面向全網(wǎng)在運(yùn)500千伏變壓器研發(fā)電氣性能狀態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)用模塊。目的是在大型電力變壓器非正常狀態(tài)樣本稀缺、數(shù)據(jù)質(zhì)量不夠理想的實(shí)際情況下，盡早發(fā)現(xiàn)狀態(tài)劣化的變壓器，通過應(yīng)用不平衡數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)、非均等代價(jià)學(xué)習(xí)、集成學(xué)習(xí)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法，引入電力領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)，有效輔助變壓器電氣性能狀態(tài)評(píng)價(jià)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力變壓器設(shè)備的自動(dòng)化、差異化、客觀量化狀態(tài)評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)變壓器設(shè)備的可控、在控、能控。
最強(qiáng)大腦：巡檢機(jī)器人
2018年以來，國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司大力推進(jìn)變電站機(jī)器人“單軌制”巡檢，讓機(jī)器人有效代替人工巡檢，提升運(yùn)維水平。共推進(jìn)603臺(tái)戶內(nèi)外巡檢機(jī)器人的部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了220千伏及以上變電站機(jī)器人全覆蓋，充分利用機(jī)器人協(xié)同人工開展紅外測(cè)溫、表計(jì)抄錄、缺陷跟蹤、狀態(tài)核查、安全監(jiān)管等工作，500千伏及以上變電站已實(shí)現(xiàn)33臺(tái)機(jī)器人“單軌制”巡檢(占在運(yùn)總數(shù)的78.5%)，累計(jì)發(fā)現(xiàn)及跟蹤設(shè)備缺陷192條，每月每站能節(jié)省124小時(shí)˙人，提升了運(yùn)檢工作效率。配置84架線路巡檢無人機(jī)，編制三年人機(jī)協(xié)同巡檢體系建設(shè)規(guī)劃，組建全省無人機(jī)應(yīng)用專家團(tuán)隊(duì)并完成140余人的無人機(jī)取證工作，應(yīng)用無人機(jī)開展覆冰核查、線路故障查找、山區(qū)樹線距離分析等工作，完成500千伏及以上線路巡檢桿塔2856基，發(fā)現(xiàn)缺陷1622處。下階段將全面梳理圖像識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)在運(yùn)檢領(lǐng)域的應(yīng)用需求，編制人工智能應(yīng)用規(guī)劃并分階段實(shí)施。
火眼金睛：圖像分析算法
電力輸電線路點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣，特別是高壓、特高壓輸電線路輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)，線路沿途通道狀況、環(huán)境條件、天氣狀況等對(duì)線路安全運(yùn)行影響大。根據(jù)2010年～2017年運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，雷電、大風(fēng)、雨雪冰凍、大霧等惡劣天氣以及山火、施工碰線等外力破壞是導(dǎo)致線路故障跳閘的最主要因素，占全部故障跳閘總數(shù)的80%以上。南瑞集團(tuán)有限公司通過研發(fā)輸電線路防外破、線路缺陷識(shí)別、飄浮物和覆冰檢測(cè)等圖像分析算法，解決了傳統(tǒng)人工線路巡視效率低、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大的問題，提升了工作效率效益和線路本質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、智能化作業(yè)。研發(fā)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過安裝在桿塔上的智能微拍攝像機(jī)抓拍現(xiàn)場(chǎng)圖片，并進(jìn)行智能分析檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到車輛、施工機(jī)械或樹木等外物接近輸電線路超過允許距離，輸電線路本體缺陷、附著異物、舞動(dòng)和覆冰等重大隱患時(shí)，會(huì)主動(dòng)預(yù)警短信通知相關(guān)巡視人員，保障線路安全運(yùn)行。
精益求精：開發(fā)多項(xiàng)技術(shù)
經(jīng)過10多年的科研投入與技術(shù)開發(fā)，山東魯能智能技術(shù)有限公司(簡(jiǎn)稱魯能智能公司)在電力特種機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)了變電站智能巡檢機(jī)器人、室內(nèi)軌道式智能巡檢機(jī)器人、換流站閥廳檢測(cè)機(jī)器人、無人機(jī)巡線系統(tǒng)等一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)產(chǎn)品。2018年1月，魯能智能公司與全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院聯(lián)合申報(bào)的人工智能聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室由國(guó)家電網(wǎng)公司批復(fù)設(shè)立。
魯能智能公司研制的人工智能技術(shù)應(yīng)用包括無人機(jī)智能巡檢吊艙、配網(wǎng)車載檢測(cè)系統(tǒng)、線路在線可視化系統(tǒng)、基于視覺的多自由度的機(jī)械臂控制系統(tǒng)等。其中，新一代基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的輸電線路無人機(jī)智能巡線系統(tǒng)，搭載有“智眸”“超腦”兩大核心。“智眸”系統(tǒng)是一款可以替代傳統(tǒng)單一定焦或變焦云臺(tái)相機(jī)的智能硬件，通過同軸雙視場(chǎng)協(xié)同技術(shù)，解決了可見光雙視場(chǎng)相機(jī)的搭載難題。“智眸”云臺(tái)控制精度達(dá)到0.01度，可以將傳統(tǒng)拍攝距離從2米～10米擴(kuò)展至30米～50米，保證了輸電線路各類型精細(xì)化巡視作業(yè)的安全開展。“超腦”系統(tǒng)通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)從十多萬(wàn)張輸電線路巡視圖片中監(jiān)督學(xué)習(xí)，可在0.3秒內(nèi)完成輸電線路常見的9大類設(shè)備識(shí)別，同時(shí)完成每類設(shè)備潛在的近10個(gè)不同等級(jí)缺陷診斷。“智眸”與“超腦”可廣泛搭載于旋翼無人機(jī)平臺(tái)、油動(dòng)無人直升機(jī)平臺(tái)，作為獨(dú)立的單兵便攜式智能化巡線作業(yè)工具。
本版內(nèi)容來源于中國(guó)電力科學(xué)研究院、山東魯能智能技術(shù)有限公司、南瑞集團(tuán)有限公司、國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司等，韓笑、張國(guó)賓、劉鵬、劉鳳魁、吳瓊珊、王萬(wàn)國(guó)、葉永生、李豐盈對(duì)本文有貢獻(xiàn)。