人工智能技术在供电领域的创新应用分析

钟育哲

【摘要】    电力行业的概念按国家统计局的分类，将电力行业编目于电力与热力的生产和供应大类下，分为电力生成和电力供应两部分，即发电和供电（电网）两大类。笔者曾随北师大的研究课题组对深圳、桂林供电局关于人工智能在行业中应用进行了实地调研，深入了解了AI技术在自动巡检、探伤以及服务等领域的应用情况，为进一步聚焦和深化研究工作，本文谨以供电行业为背景，分析和总结人工智能技术的研究、应用现状，对电力行业供电领域人工智能的发展进行展望。

【关键词】    人工智能    电力技术    应用创新

引言

能源电力行业是国民经济重要的基础产业和先行产业之一。70年来，中国电力工业经历了由弱变强、由落后变先进的发展历程，取得举世瞩目的巨大发展。到2018年，发电量和发电装机容量双双位列世界第一，其中发电量连续8年达69，940亿kWh，电量占全球五分之一以上，是第二美国的1.6倍。同时，作为先行产业，国家也高度重视电力科技发展，电力装备技术水平取得了飞跃式地提升，发电技术在大容量、高参数、环保型方向上全面达到世界先进水平;在核电以及电网供电技术，尤其是在特高压输电、高温冷堆技术等领域确立了世界领先地位。随着人工智能技术的兴起，我国政府已经在国家战略层面开始新一代人工智能技术的部署。

一、人工智能技术概述

1.1 人工智能概念

当前，人工智能（Artficial Intelligence，AI）作为一门综合的技术科学，主要研究能够模拟和扩展人类智能的理论、方法、技术和应用系统，《人工智能-一种现代方法》中将已有的人工智能划分为四类：像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性思考的系统、理性行动的系统。人区别于动物是人具有认识和能动地改造世界的能力，人脑具有感知、学习、记忆和推理的功能。用人工制造设备来延伸人的智力或行为，它是人类科学发展中最有意义和极具挑战性的重要课题[1]。

人工智能的起源可以追溯到古埃及，但直到1941年计算机被发明出来之后的1950年，图灵才开始着手研究人工智能，他也被众人称为人工智能之父。而1956年，“人工智能”这个概念才在“DARTMOUTH人工智能夏季研究会”中被麦卡锡提出，这为以后人工智能的发展奠定了理论基础。而随着人工智能的问世，人工智能的第一大阶段，即“摸索”阶段结束了。而后经过60多年的发展和沉淀，伴随着互联网、大数据、云计算和新型传感等技术的发展，人工智能正引发可产生链式反应的科学突破，可能产生一批颠覆性技术，加速新一轮科技革命和产业革命。

人工智能可以在许多领域中达到标准化、规模化、批量化、自动化生产，从而大幅度的提升劳动效率和生产效率。目前，我们国内的人工智能水平仅仅在一个较为初级的阶段，我们现在大部分应用是处于弱人工智能领域中。在科学技术中飞速发展的今天，人类己经进入了知识爆炸时代，所以随着深度学习技术的突破，人工智能行业也在迅速发展，并将人工智能带进全新阶段。在未来深度学习算法逐步成熟后，AI相关的应用也会逐渐发展，谷歌的ALPhaGo的围棋算法正是其中一个典型成功的应用，而目前人工智能技术在图像和语言识别中也取得了很大的进展。

1.2人工智能的发展历程

人工智能的发展经历过很多次变革与热潮，总结起来可以说大体归类为如下几个阶段[2]：1943年到1970年是属于人工智能诞生和初步发展阶段，从早期的逻辑推理到中期的专家系统，渐渐使得人们觉得人距离机器的智能化已经有些接近了，但是还存在很大的差距。直到1980年到2000年第二次发展热潮中机器学习的诞生，人工智能界的专家学者们才感觉真正找对了方向。2006年以后随着深度学习的发展以及计算机计算能力的大幅提升，基于深度学习的相关技术在某些领域已经达到了能和人相匹敌的程度。这使得人们第一次觉得距离人工智能的梦想已经相当接近了。

人工智能是通过计算机编辑程序模拟人类思考模式（如学习、思考、推理、模仿），从而使机器识别知识、获取知识、使用知识，并以此延展强化来完成一系列复杂繁琐的任务，最终替代人类完成从前所做的任务。人工智能的涉及学科很广，其包括了计算机科学、神经生理学、数学、语言学、心理学、哲学等。

应该说，期间几经起落，至今人工智能的发展仍然比五十年前科学家们期待的要慢。人工智能的演进是由硬件、算法、数据技术进步共同牵引的结果。硬件包括运算芯片、传感器件和执行元件，其中，计算机的发展是人工智能稳健进步的重要支撑，并且逻辑学算法、人工神经网络和深度学习算法是人工智能发展的关键要素，海量的数据是机器能够自行构建模型和预测的基础，物联网、超级计算、大数据是人工智能实现突破的催化剂。虽然多年来国内外在智能研究和工程应用方面人工智能尚属初级阶段，但它已呈现出深度学习、跨界融合、人机协同等新特征，与传统领域快速融合并呈现颠覆性应用的人工智能生态正在快速形成，人类已深刻感受到它将对人类社会生活未来的改变。各国都已認识到人工智能将成为推动新一轮科技革命和产业变革的驱动力，世界发达国家纷纷把发展人工智能作为提升国家竞争力和维护国家安全的重大战略，力图在新一轮国际科技竞争中掌握主导权、抢占产业技术的制高点。能源、智能电网领域被看作是人工智能应用的重要技术领域之一。

二、人工智能在供电领域中的应用

近年来，我国全社会用电量不断增长，对电力系统的稳定性提出了更高要求。随着计算机、自动化、通信技术的飞跃发展并且与传统电力技术深度融合，电气自动化概念也越来越被重视，它通过数字化信息技术与传统电力工程中的运动、控制技术进行结合，可以提高在自动控制、信息处理、数据分析、研制开发等方面的稳定性与效率[3]，例如在设备故障排查方面的操作，假如设备出现故障，由人工进行排查时因为电力的特殊场景，会存在极高的危险，引入人工智能自动化系统进行操作，可以代替人工操作，提高精确度、解放人力，同时在发生故障时还能够进行一定的修复能力。电气系统对系统设计与设备要求高，操作上对人的要求高，而人工智能可以对系统及设备进行更加精确的优化，即在特定领域应用的人工智能，比如电气自动化主要是将自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术在电气工程的各类人工智能系统中进行应用。

2.1从业务层面

人工智能在供电领域与业务结合情况如表1。

2.2人工智能在电网企业应用的典型场景

2.2.1基于图象、声音识别：

（1）变电站状态识别：开关、刀闸、各类表计位置、读数是否正常，设备外观有无破损、异物、异常。

（2）环境异常识别：作业人员身份证、工作人员行为辨识、烟火、安保。

（3）输配电线路故障识别：配合以固定或无人机视频，识别绝缘子破损、金具移位、线路断股、过热、覆冰、山火、树障、地质灾害等。

（4）营业厅等服务场所：客户人证同一鉴定、无纸化办理业务、机器人导引服务、咨询，95598及线上机器人服务。

（5）电力专业图谱识别：配合以各类传感器，例如红外成像，分析辨识高温点，接头发热、油温过高;配合以大型设备在线监测传感器，对于局放、油色谱分析，分析预测设备故障。

2.2.2基于人工智能算法

（1）智能调度助手：监控上百个厂站数据、报警处理，辅助决策。

（2）线路变电设备故障分析：分析海量运行数据，历史故障及事故数据，制订检修计划。

（3）不同用户群体的用电行为分析：利用人工智能算法可以精确分析用电行为，从而做到精准把控，定向营销[4]。

三、AI在供电系统发展展望

供电行业作为资金密集型、技术密集型的基础行业，在科技强企的战略引领下，受企业安全生产驱动和提质增效经营驱动，积极运用人工智能技术探索、研究，开发与各业务结合的场景，很多方面已取得了较好的实效，也为广泛应用增强了信心[5]。但由于受我国人工智能技术发展水平和电力系统特殊性的影响，当前，从广泛的意义来说，目前人工智能技术在供电领域仍属深化研究、试验、试点状态。主要原因是：一方面，我国人工智能总体水平与先进国家相比尚有距离，主要表现在缺少重大原创成果，并且在基础理论、核心算法、高端芯片、基础材料、元器件、软件等领域存在较大差距;另一方面，由于人工智能技术是以模糊逻辑、神经网络、强化学习为基础的，存在算法的不确定性、不可解释性，与电力系统高可靠性、高安全性的主客观要求尚有差距。

长期看来，人工智能技术在算法、算力方向的发展将决定着AI技术的应用前景，同时它在生产、生活各领域的应用又会不断渗透到供电领域，最终推动供电行业新一轮的技术革命[6]。例如：量子计算以其强大的计算能力和效率，已经成为全球公认的下一代计算技术，比如“刷脸”等图像识别技术的广泛使用，为AI在供电领域故障识别、图谱分析中的应用提供了快速地发展动能。又比如“5G”技术的不断突破和商业化，为AI在供电领域中各种智能平台建设、人机协同、大数据应用开辟了良好的应用前景。

四、结语

熊彼特（Joseph A·Schumpeter）在技术创新理论（Technical Innovation Theory）中指出[7]：“创新并不仅仅是某项单纯的技术或工艺发明，而且是一种不停运转的机制，只有引入生产实际中的发现与发明，并对原有生产体系产生震荡效应，才是創新，而需求是技术创新持久的根本动力”。

而人工智能虽与人的智能二者只差一字，却不等同于人的智能，它可以像人那样去思考，也可能超过人的智能。虽说人工智能与人的智能不同，但是二者是有一定联系的，人的智能是一切人工智能的基础，人工智能是对人的智能的模拟和大发展。近3年，我国出台的人工智能政策十分密集，体现了政府对人工智能发展的高度重视。因此，我们有理由认为，随着技术的发展，电力科学将与计算科学、认知神经科学的多学科整合，将为电力系统提供更多的解决方案，另一方面，在供电行业安全、效率需求驱动下，人工智能技术也将与供电行业全领域业务深度融合，给智能电网的发展带来颠覆性的影响。

参  考  文  献

[1]刘克松， 程广明， 李尧. 人工智能概念内涵与外延研究[J]. 中国新通信， 2018， 020（014）：140-141.

[2]胡勤. 人工智能概述[J]. 电脑知识与技术， 2010， 06（013）：3507-3509.

[3]王治. 人工智能技术在电力基建领域的研究与实践[J]. 科技风， 2020， 000（005）：9.

[4]荣紫程. 人工智能供电保障技术[J]. 消费导刊， 2020， 000（009）：48-50.

[5]郑健生. 人工智能技术在电力系统故障诊断中的运用分析[J]. 科技与创新， 2019.

[6]崔玉敏. 浅谈人工智能应用领域及发展展望[J]. 科技经济导刊， 2019， 27（14）：52.

[7]张凯斐， Kai-fei. 人工智能的应用领域及其未来展望[J]. 吕梁高等专科学校学报， 2010.