人工智能技术在电力调度自动化系统应用研究

王馨尉，吕勃翰

（1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州 510000；2.中国南方电网公司电力调度控制中心，广东 广州 510000）

0 引言

人工智能技术是在新时期计算机技术迅速发展的情况下产生的，主要作用包括识别、语言处理以及专家系统建立。人工智能技术自发展以来，在各领域得到了广泛应用，将人工智能技术引用到各个行业是我国各行业转型升级的重要方向。

电力系统作为我国运行发展的基础系统，对整个社会的安全稳定具有十分重要的影响，在新时期社会经济迅速发展的情况下，对电力系统的稳定性提出了更高的要求。企业需要在新时期信息技术、人工智能技术、计算机技术迅速发展的情况下，实现电力调度系统的升级。因此，将人工智能技术引入电力调度自动化系统是新时期发展的重要方向，不仅可以提升电力调度自动化系统的稳定性、安全性，还能够提升电力调度的效率，解决实际调度当中所存在的问题。针对这一问题进行研究，提出了电力调度自动化系统的需求、具体设计以及人工智能技术应用的内容。

1 人工智能技术概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI），是计算机科学的重要分支，人工智能自产生以来，其理论及技术不断成熟，并且在各个行业得到了广泛的应用。人工智能技术主要是在计算机技术的基础上，以类似人类智能的方式做出相应反应的技术，不仅涉及信息技术的相关内容，更涉及神经学等知识，是在现代科学技术应用的基础上，实现行为的自动化以及智能化［1］。在整个工业化生产领域当中，应用人工智能技术可以提升信息处理的效率与生产运行水平。人工智能涉及多个单元，而这些单元之间既相互独立，又保持着一定的联系，能够对信息进行迅速地识别、提取以及存储。

在人工智能技术中，人工神经网络非常重要，这是对于人类神经系统进行模仿所产生的。尤其是在电力调度自动化应用时，可以基于人工神经网络，及时判断整个系统存在的故障，根据故障类型及原因进行相应处理，保障整个系统的安全。

新时期在电力系统迅速发展的情况下，整个电力调度自动化系统规模不断扩大，涉及的数据量呈指数增加，因此整体数据的复杂性大大提升，对信息数据的处理提出了较高要求，此时需要人工智能技术的辅助。因此，在新时期电力调度自动化系统发展时，应用人工智能技术可以提升整个系统的高效性、稳定性以及安全性，可针对这一问题进行深入研究。

2 电力调度自动化系统的需求

在整个电网运行中，电力调度自动化系统属于核心系统，利用现代电子技术、计算机技术与通信技术实现实时数据离线数据的综合以及集成。可以为各级调度机构人员提供整个系统运行信息，并且提供决策工具及具体手段，保证整个电网的安全可靠及经济。根据电力调度自动化系统的实际组成及运行情况，可分为系统功能需求和系统非功能需求两个不同的类型。

2.1 系统功能需求

由于电力调度自动化系统内部数据需求量大且与其他系统之间需要进行频繁的信息交汇，因此，系统需要及时进行信息处理，根据功能需求分类，主要包括数据采集、人机交互和Web 子系统3 个方面。

数据采集。在电力调度自动化系统中，数据采集处理是非常重要的，其采集的数据主要来自整个变电站的数据以及其他办公系统的数据。数据处理主要对来自各方面的信息进行有效的处理［2］。在整个系统中数据采集要从其他的转发系统以及前置系统当中获取相关的信息，再经过相应的预处理后，及时地输入实时数据库，保证整个信息传递的可靠性、快速性。在数据采集过程中，要使用错误校验码，对采集的测量值进行有效性检验，并且及时进行滤波处理，保证整个信息传递的有效性。

人机界面。在电力调度自动化系统中，人机界面可以实现基本的调度操作功能，涉及绘图、建模、升级工具，主要是实现相应图形和参数的自动化状况，从而直接对接其他厂家的接口，保障图形以及参数能够实现有效转化［3］。在整个电力调度自动化系统中，经过人机界面设计可以体现整个系统自动化、智能化，突破了传统系统由于容量限制而产生的影响，并且随时切换动态，提升整个系统的稳定性。

Web 子系统模块。在电力调度自动化系统中，Web 服务器是非常重要的，二者之间可以采取网络安全隔离的方式来进行有效连接。尤其是在电力调度自动化系统中，将收集以及处理之后的数据传送到服务器中，而服务器则是通过多种方式来展现相应的数据，包括曲线图、厂站图以及统计数据等。整个系统能够随时了解调度主站的相关信息，并且在后期使用中也较为简便，因此，Web 子系统对整个电力调度自动系统的运行是非常关键的［4］。

2.2 系统非功能性需求

系统的非功能性需求主要是指整个系统的特点，包括其性能的要求、可靠性、可扩展性、易用性和维护简便性。

性能要求。作为电力调度自动化系统，其响应时间、系统稳定性及系统的恢复都十分必要。从整个系统的响应时间来看，一般状态在进行查询时响应的时间必须小于5 s，而在业务平台进行相应的数据处理时，响应的时间则应小于1 s，针对数据统计进行解析查询时平均时间在10 s 左右。同时，整个电力调度自动化系统要进行大批量的业务处理，因此其关于数据业务处理的响应时间应小于60 s。电力调度自动化系统需要进行及时恢复，平均每年故障时间应小于1 d，而每次故障所需要的修复时间应小于1 h［5］。为避免电力调度自动化系统出现瘫痪，在紧急状况之后应尽快恢复其自身的数据以及服务，并且针对电力调度自动化系统来建立应急预案，避免出现故障之后整个系统无法持续运营。

可靠性。作为电力调度自动化系统，其首要要求就是具有较强的可靠性。因此，保证整个系统的稳定性是非常有利的，可以保证电力自动化系统在实际运行当中能够持续工作。在针对电力调度自动化系统进行设计时，允许内部出现容错的机制，可以使其系统内部处理一些错误，保障系统当中的核心流程可以正常运行。尤其是在实际设计时，应最大限度地避免由于出现故障点而使整个系统崩溃，电力调度自动化系统处理业务多，整个系统数据量大。因此将系统内部的数据备份到不同介质上，进行相应的储存，避免数据出现丢失的情况。

可扩展性。在新时期针对电力调度自动化系统进行设计时，应使其具有一定的可扩展性。尤其是在新时期用户数量增加以及业务量迅速增加的情况下，整个系统需要具有一定的适应能力，并保证满足日后运行的需求。在满足其可扩展性要求时，可以采取模块化设计来进行有效开发。

易用性。电力调度自动化系统应具有较强的应用性，尤其是与其他系统之间进行有效对接［6］。而普通的用户在应用电力调度自动化系统时须在第一时间内学会，并且在后期应用阶段深入掌握其要求。因此，应本着简单易行的原则来设计电力调度自动化系统功能界面，满足一般用户的操作习惯，尤其是当用户不知具体操作方法时，整个系统会及时给出相应提示。

维护性。电力调度自动化系统设计，必须要考虑其实际运行当中对于维护的要求，保障整个系统在后期运行时，可及时修复故障。因此，在其功能模块设计时进行相应维护需求的参数修改，方便整个系统的正常运行，满足电力自动化系统日后升级要求。

3 电力调度自动化系统设计

3.1 设计原则

电力调度自动化系统在满足其功能需求的基础上，须明确整个系统设计的要求，尤其是在相关技术以及标准的基础上形成完善的管理系统，并且体现先进的设计理念以及稳定的框架。因此，在针对这一系统进行设计时，应遵循稳定性、可扩展性、可维护性和安全性原则［7］。

3.2 系统设计

电力调度自动化系统的总体设计结构如图1 所示，模块主要有SCADA 子系统、配电网GIS 系统、配电网应用软件。

图1 电力调度自动化系统结构

3.2.1 SCADA 子系统

SCADA 系统数据主要是来源于其他办公自动化系统以及变电站的数据，也包括自设计的相关数据，数据类型包括状态量、模拟量、脉冲量、电力参数、电力模型等多种［8］。SCADA 系统的实际设计结构主要包括数据采集、人机界面以及Web 子系统。

数据采集模块。数据采集模块可以满足其基本的数据采集要求、通信要求、数据处理要求。数据采集模块主要是从转发系统中获取相关的数据，再进行相应的处理，将其纳入实时数据库当中，从而保证数据的准确性，数据采集模块主要包括数据采集、通信、多元数据处理等。数据采集模块需要与其他的控制中心进行有效的数据交换以及沟通，因此保障其通信功能是非常必要的。整个系统要实现多元数据处理，并且提供开放的实时数据传输保障数据在网上能够向本服务器发送相关的数据［9］。前置采集功能，当系统接入终端分为多个组时，形成了多组前置机，而每一组负责各终端的信息数据处理，这就形成了集群化的管理，降低了整个系统采集的负荷量，并且有利于系统的后期维护，为整个采集点的扩展提供了可能。数据采集模块进行数据的采集以及数据的分流，转发功能保证生数据以及流数据的转发，保证一个通道中可以转发出多组数据。

人机界面模块。人机界面模块可以实现画面实时更新，尤其是在发生突发事件以及用电顶峰时，可以设置相应的权限，建立用户访问系统，保障整个系统的安全性。人机界面模块必须保证具有基本的操作功能，实现绘图建模，并且具有版本升级工具，这一模块设计时，可以根据电网的实际情况来进行新系统支持，保障电力调度自动化系统总体的容量限制可以得到突破。尤其是结合新技术的应用来为用户访问节点的转化进行有效支撑，用户可以根据日常工作的需求以及其他需求，提取相应的状态，并且了解不同峰值电网的实际运行情况，便于后期数据获取。在电力调度自动化系统中，维护人员要根据设备的实际运行情况与厂家之间进行联系，尤其是保障调度自动化系统能够加入新的设备，在不影响设备运行的情况下，提升其整体效果［10］。除此之外，人机界面模块具有报警服务的基本功能，根据事件发生的类型进行相应的等级划分，并且提供整个事件发生状况，包括事件的确认消失、确认不消失等。在实现全网确认之后，可以保证每一个节点都进行事件确认。

Web 子系统。Web 子系统主要应用于整个电力调度自动化系统之间进行连接。电力调动自动化系统可以将相应的数据传输到Web 服务器当中，而整个Web 子系统具有画面浏览、权限管理、画面版本服务以及在线显示等多方面作用。

权限管理。Web 的安全权限管理，主要包括客户请求与安全管理两个方面，在实际管理时需要根据客户的权限来执行相应的信号，如果客户具有权限，则可以进行浏览。而外部的权限设置主要是结合电网调度自动化系统来实现。

画面浏览。SCADA 子系统可在实现在线运行功能基础上，实现Web 子系统中画面浏览功能。尤其是在系统中制作的画面，可以在Web 子系统中进行发布并且查看，在查看过程中，可以实时对于数据进行显示，从而能够给用户展现出动态的画面。

画面版本服务。在Web 子系统中，可以根据画面的版本获取相关文件，并且将文件下载到浏览器端。

在线显示。在Web 子系统中可以进行在线显示，尤其是画面中针对数值、状态、饼图进行实时刷新，也可以进行放大、缩小、前移或者是后退［11］。

事件查询。Web 子系统具有查询的作用，尤其是从数据库中搜索相关的报警内容，在界面中进行显示。告警事件的查询，主要包括确定条件、检索内容、显示定义以及告警显示4 个过程。

曲线浏览。在电力调度自动化系统中，曲线是描述数据常用的工具，能够直观地看出在时间变化的基础上数据发生的状况，帮助用户更加准确地掌握数据的规律，是浏览外部子系统中展现数据的重要方式。

3.2.2 配电网应用软件

根据配电网应用软件的实际组成情况可以看出，配电网应用主要是针对整个电网的生产情况进行实时监控，并且保证整个电网运行的稳定性及安全性。应用软件是由多个模块组合形成的，主要包括实时态与研究态两种方式。其中，实时态主要是根据电网的实时运行情况来进行安全性分析，为研究态来提供相应的数据。研究态则是在电网不同状态分析的基础上来提供相应的优化方案及相应状态的分析，包括电网的过去、电网的现在以及电网未来可能的状态进行深入研究，从而展现最佳的调度方案，为整个电网的安全运行提供有效的支持。

3.2.3 配电网GIS 系统

从配电网GIS 系统的组成可以看出，整个系统是在空间数据引擎的基础上，结合图形操作界面来形成的配电系统。配电网GIS 系统可以从SCADA 系统当中获得相应的数据，并且与相应的设备之间进行有效组合，建立自主应用平台。同时该系统可以在GPS 卫星图上根据实际情况来形成图形修改工具，提供可靠的电网拓扑，并且能够开展空间分析的作用。网络安全设计结构如图2 所示。

图2 网络安全设计

该系统在具体应用过程中，可以经过源端直采，并且方便多方使用，尤其是针对电力设备进行维护时，可以通过地理单线图系统、站内单线图以及接线图来进行相应的管理。此外，整个系统可以基于Web进行业务管理，尤其是配电工作涉及的人员相对较多，为了提升工作的效率，推出了独特的基于外部的管理功能，完成了整个系统的网络化以及自动化。在具体应用过程中也可以提升自定义功能。GIS 系统具有灵活的自定义菜单、查询、统计、工作流等功能。

4 人工智能技术在电力调度自动化系统的具体应用

综上所述，各个子系统的感知、呈现、数据管理等功能已呈现人工智能技术的雏形。因此，人工智能技术在电力调度自动化系统中的具体应用，显得势在必行。

4.1 专家系统

人工智能技术的专家系统主要是在可靠的计算机决策系统中应用事实以及启发式的方法来解决实际决策当中所遇到的问题，这属于计算机应用程序，能够解决相应问题中最为复杂的问题。人工智能专家系统可以从人类的专家当中获得相应的知识，尤其是在某些领域中结合表达以及推理的方式来进行相应的应用。

结合以上论述，结合专家系统来做人工智能技术在电力调度自动化系统中的应用具有较好的前景，整体上也符合计算机技术、人工智能技术及互联网络技术的时代发展。专家系统在理论上是建立在已有事实基础之上，以庞大数据库做数据支撑构建起的完整控制体系。对于电力调度自动化系统而言，控制效率的高低将会直接决定着系统的好坏。所以专家系统可以说是十分契合这项要求。

在电力调度工作实际的业务推进中引入专家系统，可进一步促进已有的知识和经验充分与时代最新的信息技术紧密结合。在完善的数据调研和查询录入基础之上，结合网络模拟的过程来对电力调度过程中所出现的各类问题和现象及时做出分析和判断，在分析和判断得出结论后辅助提出决策，进而实现人工智能技术在电力调度自动化系统中应用。这类的合理推断所得出的结论效率和质量，相比于传统的人工操作方法而言，不仅节约了大量的时间、精力和财力，也会使得可靠性、准确性、及时性得到真正的提升。

专家系统实际应用是需要数据库知识经验来保障的，其中所提到的数据库主要来源于专家知识的查询和录入。比如在电力调度自动化系统中，就是电力专家的专家知识积累。以此作为专家系统应用效率的保障知识方面主要是结合专业的累积，使得整体的系统实用性和可靠性得到提升。

由于电力调度自动化系统涉及业务环节多，因此所受影响因素多。特别是随着社会经济的不断发展，电力系统的设计越来越复杂，其中和各类生产生活之间的紧密结合，使其可靠性要求高。因此，面对这样的问题和挑战，就会给相关系统的设计带来很多难题，在自动化业务的处理过程中，特别是在电力调度故障排除的过程中，需要有经验的专业人士来实现。对于一般的传统人力和之前的处理软件而言，都难以满足实际的要求。而基于专家库建立的专家系统则可以很好地发挥效用，提升整体的效果。

4.2 可视化系统

人工智能技术最为显著的特点是对于海量数据进行有效的处理，而在针对这些数据进行处理时，可以将部分非数值类型或者数值类型的数据转化为可视的形式，从而对数据进行更加深层次的展示。可视化系统主要是将复杂的信息进行更加直观地展现，是在计算机图形学以及图像处理等技术的基础上，将相应的数据转化为人们日常能够接受的图形、图像以及表格，便于人们对这些数据内涵的理解以及记忆。

可视化系统也是人工智能技术在电力调度系统自动化应用中的具体展示。随着电力调度系统信息量的不断激增，在数据处理方面的难度也不断提高，特别是对电力调度系统而言，由于其所涉及的业务十分庞杂，业务部门也十分众多，所以累积起来的数据可以说是海量的［12］。在故障处理过程中，整体上的工作难度也会随着数据量的增加而提升，给相关人员带来不小的压力。因此，调度人员需要在众多的数据中找出有用信息，并结合有用信息间的相互关联，从专业角度找到问题存在的根本原因，结合自身的挖掘找到数据背后的可靠依据，进而找出问题解决以及系统故障调整的依据。最终以理论的模式指导实践业务，消耗时间长，也会使得工作人员十分疲惫，自身精力难以保证及时解决电力调度系统中的故障问题。

可视化技术的出现正是为了解决这类问题而存在的，引入可视化技术可以很好地帮助人工智能技术在电力调度自动化系统中落地。结合人工智能的处理技术来提高操作人员的业务效率，帮助业务人员在海量数据中及时地找到最有用的信息。进而做出相关的调查处理，及时发现引起故障以及问题的根本原因，有效帮助解决电力调度系统的故障问题。

可视化技术都是通过以可视的形式来展示相关数据的，比如将大量的电力调度自动化中所涉及的信息数据以图片的模式展示出来，结合着二维、三维等员工容易理解的方式，以直观的图片、图像外在模式，去展示纷繁复杂数据之间的关系。结合可视化的角度来解决海量问题，对于相关的实际业务人士而言，则可以及时地结合图像去发现引起故障的根本原因，采取针对性的措施及时地解除问题，提升故障排除的效率，保证整体上电力调度系统能够稳定运转。

4.3 人工神经网络

在人工智能系统中，人工神经网络技术可以看作是十分基础的一项技术，也是十分重要的代表技术。人工神经网络，主要是从信息处理的角度，建立相应的模型，尤其是对人脑神经网络进行相应的抽象展示，是根据不同的连接方式来形成不同的网络。这是一种运算的模型，是在大量神经元连接的基础上来进行展示的，而每一个节点则代表着不同的函数体现了逻辑策略。人工神经网络是结合人工智能在具体行业的应用，采取模仿人的神经系统方式，以数据作为基础，以决策作为根本实现目标，来帮助信息处理和传输更加快速高效简洁的一项技术集合。

对于需要处理大量业务以及纷杂数据的电力调度自动化系统而言，采取人工神经网络技术是十分有利的，也是可以提升业务效率的重要办法。人工神经网络技术在电力调度自动化系统中已经得到了初步应用，特别是在一些西方发达国家，无论是在最初的架构设计、还是在实际业务的落实，亦或是在整个系统的运维方面都获得了不少的应用，得到了很好的反馈，也是新时期电力调度系统整体水平提升的重要保障。

人工神经网络技术在国内的电力调度自动化系统中应用主要是结合高速的信息处理和传输，保证其信息处理的准确性，提升业务人员各类操作的效率。此外，结合人工神经网络技术也可以保证信息传输的精确性，使得决策制定可以真正地符合业务实际。因此，在电力调度自动化系统中引入人工神经网络技术还可以实现传统模式下无法对信息做出的各类处理，比如多命令处理、联想记忆处理、在线学习处理等，整体容错率的提升是十分可观的，有效促进国内电力调度自动化系统升级。人工神经网络技术还可以对信息做出快速准确判断，进而使得故障发生时能够及时地做出最可靠的处理措施。给予合理的建议，这对于电力调度自动化系统的可靠、稳定运转而言，也是重要的技术保障。

5 结语

电力产业作为我国的国民经济支柱性产业，其发展是我国国民经济发展的重要保障。而在整个电力系统中，电力调度自动化系统发挥着非常重要的作用，其运行的安全性、稳定性对于整个电网的可靠性也产生了较大的影响。因此，在新时期电力系统迅速发展的情况下，需要完善电力调度自动化系统的实际运行。

根据电力调度自动化的系统功能以及非系统功能可知，在实际设计时必须要保障其数据采集人机交互的需求，并且保证整个系统的可靠性、应用性、可扩展性以及维护性。在具体设计过程中，针对其具体的功能要求进行SCADA 子系统、配电网应用软件以及配电网GIS 系统设计。

新时期在人工智能技术迅速发展的情况下，基于人工智能技术完善，电力调度自动化系统的应用是非常必要的，而人工智能技术中专家系统、可视化系统以及人工神经网络都可以在电力调度自动化系统中得到充分应用，结合这些系统的应用，能够有效地提升数据传输以及处理的效率，并且强化对电力调度自动化系统的故障分析，方便操作人员开展相应的工作。

为提升电力调度自动化系统应用的稳定性可靠性，必须要实现人工智能技术的深化应用，不断扩大人工智能技术的应用范围。