碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)正在加快構(gòu)建，新能源的不確定性和難預(yù)測性對電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響更加突出，傳統(tǒng)以人為中心的電力調(diào)度模式面臨挑戰(zhàn)。而新一代人工智能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展正在引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄疲瑸樘嵘娏φ{(diào)度技術(shù)支撐能力提供了新的途徑。
新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，電力調(diào)度面臨新挑戰(zhàn)
電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會最重要、最龐大、最復(fù)雜的人工系統(tǒng)。作為電力系統(tǒng)的“大腦”，電力調(diào)度承擔(dān)著確保電力系統(tǒng)安全高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的職責(zé)，其功能主要包括：預(yù)測用電負(fù)荷，安排發(fā)電任務(wù)、確定運(yùn)行方式，監(jiān)測和分析全系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，指揮操作、故障處理等。
在加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的新形勢下，我國電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和商業(yè)模式正在發(fā)生深刻變化，電力調(diào)度面臨的挑戰(zhàn)愈發(fā)嚴(yán)峻。
一是隨著新能源、可控負(fù)荷、儲能等不斷增加，電網(wǎng)運(yùn)行方式的不確定性日益增加。二是氣象、市場和社會因素對新能源和負(fù)荷預(yù)測誤差的影響越來越明顯，電網(wǎng)實際運(yùn)行情況與基于傳統(tǒng)預(yù)測方法的預(yù)測結(jié)果之間的偏差擴(kuò)大。三是“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同運(yùn)行導(dǎo)致各層級電網(wǎng)調(diào)度對象的數(shù)量呈指數(shù)級增加，監(jiān)控信息大幅增長。受制于預(yù)測誤差、邊界條件、優(yōu)化算法等條件限制，傳統(tǒng)的基于優(yōu)化建模的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法或求解時間過長，或難以得出結(jié)果，調(diào)度人員實時決策的壓力劇增。四是電力市場下多方主體利益博弈加劇了電力系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，多方利益平衡和電力平衡的交集空間變小，實現(xiàn)電力系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)度決策的復(fù)雜程度增加。
基于新一代人工智能的電力調(diào)度取得初步成效
面對挑戰(zhàn)，電力調(diào)度亟須向智能化方向發(fā)展。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確建立新一代人工智能關(guān)鍵共性技術(shù)體系，其中包括跨媒體分析推理技術(shù)、群體智能關(guān)鍵技術(shù)、混合增強(qiáng)智能新架構(gòu)與新技術(shù)等。新一代人工智能技術(shù)為提升電力調(diào)度智能化水平提供了新思路、新手段。目前，人工智能技術(shù)在電力調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用已取得初步成效。
中國電科院、南瑞集團(tuán)等單位的技術(shù)攻關(guān)人員將深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)引入電力系統(tǒng)有功和無功負(fù)荷預(yù)測業(yè)務(wù)，基于海量歷史數(shù)據(jù)樣本掌握電力系統(tǒng)有功頻率、無功電壓的分布特性，開發(fā)了母線負(fù)荷預(yù)測軟件。該軟件已在福建、江蘇電力調(diào)度控制中心等得到應(yīng)用，提升了母線負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確度。
技術(shù)攻關(guān)人員利用知識圖譜技術(shù)，構(gòu)建了電網(wǎng)設(shè)備操作、故障處理知識庫。應(yīng)用了知識庫的調(diào)度自動化系統(tǒng)可根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息，主動向調(diào)度人員推送電網(wǎng)操作與故障處置預(yù)案，避免人為誤操作的發(fā)生。相關(guān)研究成果已在江蘇、福建、冀北電力調(diào)度控制中心等得到應(yīng)用，提升了調(diào)度人員對電網(wǎng)事故的處置能力。團(tuán)隊還利用語音識別、語義理解等技術(shù)，結(jié)合調(diào)度業(yè)務(wù)語料，開發(fā)了調(diào)度語音助手。這一工具目前已在華東電力調(diào)度控制分中心和上海、江蘇電力調(diào)度控制中心應(yīng)用，豐富了電力調(diào)度人機(jī)交互手段，提升了交互效率。
探索電力調(diào)度領(lǐng)域人工智能應(yīng)用新場景
面向加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的新形勢，繼續(xù)結(jié)合知識圖譜、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、群體智能等新一代人工智能技術(shù)，探索電力調(diào)度領(lǐng)域智能應(yīng)用新場景，將有力支撐新型電力系統(tǒng)安全高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
● 基于知識圖譜的調(diào)度優(yōu)化決策
知識圖譜是結(jié)構(gòu)化的語義知識庫。它是由節(jié)點和邊組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個節(jié)點表示現(xiàn)實世界中存在的“實體”，而每條邊為實體與實體之間的“關(guān)系”。通俗地講，知識圖譜就是把所有不同種類的信息連接在一起得到一個關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，再運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)描述現(xiàn)實世界中的概念、實體及其相互關(guān)系。其信息表達(dá)方式更接近人類認(rèn)知世界的方式。
借助知識圖譜技術(shù)提取和凝練電力調(diào)度控制中心常年積累的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、調(diào)度專業(yè)知識和人工經(jīng)驗，再通過知識搜索和推理，優(yōu)化調(diào)度策略，有助于提升調(diào)度策略的有效性和經(jīng)濟(jì)性。下一步可重點在基于知識圖譜的電網(wǎng)故障處置成果基礎(chǔ)上，把調(diào)控領(lǐng)域的知識圖譜應(yīng)用由固定規(guī)則判斷提升到先驗知識運(yùn)用，并應(yīng)用于日前調(diào)度計劃優(yōu)化編制等更復(fù)雜的調(diào)度核心業(yè)務(wù)，實現(xiàn)由知識驅(qū)動的優(yōu)化調(diào)度輔助決策。
● 基于混合增強(qiáng)智能的調(diào)度控制
混合增強(qiáng)智能是將人的作用或人的認(rèn)知模型引入人工智能系統(tǒng)中，與機(jī)器智能共同形成混合增強(qiáng)智能的形態(tài)。這是人工智能或機(jī)器智能可行的、重要的成長模式。
混合增強(qiáng)智能技術(shù)與當(dāng)前電力調(diào)度中人（調(diào)度員）與機(jī)器（調(diào)度自動化系統(tǒng)）協(xié)同合作方式高度契合，有望成為解決電力調(diào)度復(fù)雜問題的新工具。
實現(xiàn)混合增強(qiáng)智能調(diào)度需要解決眾多理論和技術(shù)問題。基于混合增強(qiáng)智能的電力調(diào)度將打通機(jī)器和人之間的雙向通道，實現(xiàn)復(fù)雜隨機(jī)電力調(diào)度問題的人機(jī)共識和共融決策，可應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型過程中“源-網(wǎng)-荷-儲”多元資源參與調(diào)度運(yùn)行帶來的隨機(jī)性強(qiáng)、狀態(tài)演變復(fù)雜、決策變量多、利益主體訴求不一等問題，提升調(diào)度決策的智能化水平。
● 基于群體智能的協(xié)同調(diào)度
群體智能是指在集體層面表現(xiàn)的分散、去中心化的自組織行為，比如蟻群、蜂群的集體行為，鳥群、魚群為適應(yīng)空氣或海水而進(jìn)行的群體遷移等。群體智能不是簡單的多個體集合，而是超越個體行為的更高級表現(xiàn)，具有自組織性、高度自治性、高效協(xié)同性、自主學(xué)習(xí)性等優(yōu)點，特別適合開放環(huán)境下利用競爭與合作等多種方式來解決復(fù)雜系統(tǒng)的決策問題。
群體智能的優(yōu)點與能源互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)、對等、互動等特征十分契合。將群體智能的協(xié)同、共享、控制等理念與能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下地區(qū)電網(wǎng)可調(diào)控資源的多樣化類型和優(yōu)化目標(biāo)結(jié)合，可提出能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的群體智能協(xié)同調(diào)度架構(gòu)。上層為群體層，調(diào)控中心智能體代表電網(wǎng)利益，與新能源汽車充電站、智慧小區(qū)、儲能站和負(fù)荷聚合商等群體的智能體共同完成地區(qū)電網(wǎng)層面的集體決策；中間層為子群層，包括直轄設(shè)備群和用戶設(shè)備群，群體中心通過激勵、合作等方式協(xié)調(diào)子群智能體共同完成群內(nèi)決策；下層為終端層，歸屬群體中心直轄的設(shè)備由群體中心智能體通過功率快速分配算法直接控制，歸屬用戶管理的設(shè)備由用戶智能體自主控制，實現(xiàn)最優(yōu)響應(yīng)。
由此，可將傳統(tǒng)集中式、單向的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c者對等、與更多資源融合互動的系統(tǒng)。這一方面可以降低電力調(diào)度控制中心優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的難度，減輕調(diào)控壓力，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，另一方面能充分發(fā)揮海量負(fù)荷側(cè)資源調(diào)控潛力，促進(jìn)負(fù)荷側(cè)資源參與電網(wǎng)互動，實現(xiàn)多方共贏。
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