基于調(diào)控一體化電力大數(shù)據(jù)的電力調(diào)度機(jī)器人設(shè)計

，，，，

(國網(wǎng)安徽電力有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著人工智能的發(fā)展，智能調(diào)控的概念逐漸發(fā)展并成熟，在此背景下，電網(wǎng)調(diào)控應(yīng)具有自愈、交互、優(yōu)化、預(yù)測、協(xié)同和安全等特征[1]。而電網(wǎng)調(diào)控是電網(wǎng)中重要一環(huán)節(jié)，對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。目前，特高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)逐漸形成，人工調(diào)度任務(wù)煩瑣、壓力大，而電力調(diào)控機(jī)器人能夠應(yīng)用面向大電網(wǎng)的實時調(diào)控運行人工智能技術(shù)，對電網(wǎng)實現(xiàn)實時感知、故障分析、風(fēng)險評估和立體展示等，還可協(xié)助人工調(diào)度開展倒閘操作、異常報警、發(fā)電計劃調(diào)整和電力業(yè)務(wù)信息統(tǒng)計等工作，具有較高的實用價值。

目前，針對電力調(diào)度機(jī)器人設(shè)計的研究還不多，文獻(xiàn)[2]對電力調(diào)度機(jī)器人的設(shè)計從功能和應(yīng)用角度進(jìn)行闡述；文獻(xiàn)[3]針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力機(jī)器人中的應(yīng)用進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[4]針對電力系統(tǒng)中機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)[5]設(shè)計了地面電力巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)。

為此，提出了一種基于電力大數(shù)據(jù)的電力調(diào)度機(jī)器人來輔助傳統(tǒng)調(diào)度。

1 電力大數(shù)據(jù)與調(diào)控一體化

1.1 電力大數(shù)據(jù)發(fā)展

目前，電力行業(yè)中的大數(shù)據(jù)可以分為以下幾個方面：一是電力系統(tǒng)中電網(wǎng)及涉網(wǎng)設(shè)備的運行(狀態(tài))數(shù)據(jù)；二是電力企業(yè)的銷售數(shù)據(jù)，如交易電價、客戶用電情況和電能銷售量等方面的數(shù)據(jù)；三是電力企業(yè)的管理數(shù)據(jù)[6]。

電力大數(shù)據(jù)的發(fā)展也促進(jìn)了電力大數(shù)據(jù)的分析技術(shù)、展示技術(shù)的發(fā)展，但是特高壓交直流聯(lián)網(wǎng)的逐漸形成，調(diào)控一體化模式初具規(guī)模，數(shù)據(jù)分析與輔助決策系統(tǒng)研究及應(yīng)用的正常運行，需要依托大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和復(fù)雜的多維分析計算，使得電力調(diào)控存在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)展示等技術(shù)難點。

1.2 調(diào)控一體化下的數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)

從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源分，調(diào)控一體化數(shù)據(jù)分為實時數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。具體來說，調(diào)控一體化下，數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)主要由實時運行數(shù)據(jù)、靜態(tài)管理數(shù)據(jù)、綜合歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)邏輯鏈條4個部分組成。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間通過邏輯鏈條互相支撐，實現(xiàn)將實時動態(tài)數(shù)據(jù)與綜合歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合、實時動態(tài)數(shù)據(jù)與靜態(tài)管理數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)、靜態(tài)管理數(shù)據(jù)與綜合歷史數(shù)據(jù)相比對的閉環(huán)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)體系如圖1所示。

圖1 調(diào)控一體化下數(shù)據(jù)體系

實時運行數(shù)據(jù)需要進(jìn)行加密的可靠傳輸，其標(biāo)準(zhǔn)化處理需要借助變電站、換流站監(jiān)控系統(tǒng)，以文本的方式發(fā)送到調(diào)度主站。電力系統(tǒng)的異常缺陷數(shù)據(jù)、日前檢修計劃數(shù)據(jù)、移交狀態(tài)管控數(shù)據(jù)和日度月報表數(shù)據(jù)等都屬于靜態(tài)管理數(shù)據(jù)的范圍。歷史數(shù)據(jù)主要包括實時歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)控業(yè)務(wù)管理類數(shù)據(jù)、與監(jiān)控相關(guān)的其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，主要涵蓋設(shè)備異常數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)、設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)、變電站移交流程數(shù)據(jù)、變電站集中監(jiān)控信息傳動數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的故障錄波圖、故障保護(hù)動作情況和故障測距等信息的數(shù)據(jù)提取等內(nèi)容。數(shù)據(jù)邏輯鏈條是指根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計概念，選取數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)，并利用可拓理論實現(xiàn)實時動態(tài)數(shù)據(jù)與調(diào)控歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合、實時動態(tài)數(shù)據(jù)與同步管理數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)、同步管理數(shù)據(jù)與綜合歷史數(shù)據(jù)相比對的多維度數(shù)據(jù)聯(lián)動體系結(jié)構(gòu)。

2 電力調(diào)度機(jī)器人設(shè)計

2.1 總體構(gòu)架

電力調(diào)控機(jī)器人的任務(wù)就是實時分析、感知電網(wǎng)的運行狀況，輔助電力調(diào)控人員開展相關(guān)的調(diào)度業(yè)務(wù)。在電力大數(shù)據(jù)背景下，電力調(diào)度機(jī)器人主要依靠數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)等方式，實現(xiàn)人工智能技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用。其總體構(gòu)架如圖2所示。

圖2 電力調(diào)度機(jī)器人總體構(gòu)架

電力調(diào)控機(jī)器人主要依靠數(shù)據(jù)的獲取與分析進(jìn)行數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，主要利用大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、語音識別和模式識別等與數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)。數(shù)據(jù)源主要涉及到發(fā)電、變電、輸電和配電等多個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在時間、空間雙維度中都有極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，數(shù)據(jù)之間的互動性也會比其他類型數(shù)據(jù)強(qiáng)，因而對于電力調(diào)度機(jī)器人的功能實現(xiàn)至關(guān)重要。

電力調(diào)控機(jī)器人的核心功能模塊分為實時數(shù)據(jù)管理、實時預(yù)警分析、智能運行評估、異常分析與輔助決策，以及終端展示與執(zhí)行。具體的功能包括穩(wěn)態(tài)巡航、異常預(yù)警、風(fēng)險防控、故障處置和信息檢索等。通過大數(shù)據(jù)的分析與決策，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)控功能以及輔助決策。其中，調(diào)控一體化平臺主要為各級調(diào)度自動化系統(tǒng)以及相關(guān)的輔助系統(tǒng)，所有的功能模塊實現(xiàn)都基于該平臺。

2.2 功能模塊

2.2.1 實時數(shù)據(jù)管理模塊

實時數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)用大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析等人工智能技術(shù)，基于相關(guān)規(guī)程規(guī)范進(jìn)行知識學(xué)習(xí)以及歷史數(shù)據(jù)的知識挖掘等，形成實時數(shù)據(jù)庫，向其他相關(guān)應(yīng)用模塊提供數(shù)據(jù)支撐的管理服務(wù)，支撐電網(wǎng)調(diào)度信息檢索、異常預(yù)警等場景應(yīng)用。

實時數(shù)據(jù)管理分為氣象數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、缺陷數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘等內(nèi)容。這類數(shù)據(jù)對于電力調(diào)控屬于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，電網(wǎng)的實時運行狀況均可在此類數(shù)據(jù)中有所體現(xiàn)。因此，實時數(shù)據(jù)管理模塊對于電力調(diào)度機(jī)器人全部功能的實現(xiàn)十分關(guān)鍵。

2.2.2 實時預(yù)警分析模塊

實時預(yù)警功能是建立在調(diào)控端海量的數(shù)據(jù)信息有機(jī)結(jié)合、大數(shù)據(jù)變成熟數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在事故發(fā)生之前，將采集到的各類設(shè)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)模擬，引用調(diào)度員在線安全分析結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警的功能。該功能可對異常越限等非正常運行信息進(jìn)行全時態(tài)線性發(fā)展預(yù)演，對可能引起電網(wǎng)不滿足安全穩(wěn)定校核的，調(diào)控機(jī)器人可在第一時刻提醒調(diào)控人員采取相應(yīng)的措施或啟動應(yīng)急預(yù)案等相關(guān)措施進(jìn)行控制，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

2.2.3 智能運行評估

調(diào)度監(jiān)控與調(diào)度計劃、實時調(diào)度、調(diào)度自動化、設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備運維、通信等專業(yè)都有業(yè)務(wù)交集，業(yè)務(wù)流程鏈條長，故在調(diào)控運行時會受到多種因素的影響。電力調(diào)控機(jī)器人可實現(xiàn)對這些因素進(jìn)行綜合性的分析評估，通過評估結(jié)果，給調(diào)控人員一個直觀的建議結(jié)果，輔助調(diào)控人員及時采取控制措施，從而提升精益化運行水平，更好地適應(yīng)新運行體系下調(diào)控業(yè)務(wù)開展。同時，電力調(diào)控機(jī)器人的評估體系還可達(dá)到督促設(shè)備操作、異常、缺陷閉環(huán)管理的目的。

2.2.4 異常分析與輔助決策模塊

傳統(tǒng)的調(diào)度控制系統(tǒng)一般采用實推實送、實時展示的方式向監(jiān)控人員羅列監(jiān)控對象發(fā)生的告警信息，保證告警信息的及時性。而電力調(diào)控機(jī)器人可利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將監(jiān)控人員的經(jīng)驗系統(tǒng)化、功能化，自動完成告警的關(guān)聯(lián)分析，排除次要的連帶告警，定位問題根源、預(yù)示問題的影響范圍，很好地幫助監(jiān)控人員實現(xiàn)異常的快速定位、快速解決。

2.2.5 終端展示與執(zhí)行模塊

終端展示與執(zhí)行模塊能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)運行狀況、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、報警信息等以直觀立體的形式進(jìn)行多維度、全景式解析展示。應(yīng)用消息推送、3D展示等手段，進(jìn)一步輔助調(diào)度操控人員進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行、操作執(zhí)行，同時實現(xiàn)部分功能的自動操作，減輕調(diào)度運行人員的負(fù)擔(dān)，逐步實現(xiàn)電力調(diào)度自動化、智能化。

3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用場景分析

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 調(diào)控業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)

調(diào)控業(yè)務(wù)涉及到電力系統(tǒng)的上中下游內(nèi)容，在電力大數(shù)據(jù)背景下，調(diào)控機(jī)器人的決策行為需要依靠數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲等技術(shù)。通過對來自電網(wǎng)的廠站、受電端以及線路的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，正確處理結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，才能夠?qū)φ{(diào)控業(yè)務(wù)做出正確判斷，準(zhǔn)確把握電網(wǎng)運行態(tài)勢，分析處理電網(wǎng)的運行狀態(tài)以及緊急事故，將調(diào)控業(yè)務(wù)的處理實現(xiàn)自動化、智能化。依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)，還能夠減輕人工調(diào)度員的處理壓力、減少人工調(diào)度員的處理錯誤，更好地保障電網(wǎng)調(diào)控安全進(jìn)行。數(shù)據(jù)庫構(gòu)建技術(shù)還與其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，如云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，在深化調(diào)控業(yè)務(wù)與其他業(yè)務(wù)融合的同時，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注電力調(diào)度數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，不斷豐富調(diào)度指令庫、調(diào)度指令語音庫等。

3.1.2 深度學(xué)習(xí)技術(shù)

深度學(xué)習(xí)為一類機(jī)器學(xué)習(xí)方式，將網(wǎng)絡(luò)分為內(nèi)部深度層次等，主要包括自編碼器、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長短期記憶、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、限制玻爾茲曼機(jī)、深度信念網(wǎng)絡(luò)和深度玻爾茲曼機(jī)。其主要目標(biāo)是通過模仿人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將機(jī)器的思考方式向人類思考方式趨向。而為了實現(xiàn)人工智能調(diào)度，需要將這類學(xué)習(xí)方法應(yīng)用到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，其主要特點為能夠模仿人類決策，但響應(yīng)速度更快、操作更準(zhǔn)確。通過原始規(guī)則對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)，可以提升系統(tǒng)獲得大數(shù)據(jù)處理的能力，從而不受調(diào)度員分析能力的限制。

3.1.3 模式識別技術(shù)

模式識別包括語音識別和圖像識別。語音識別用于調(diào)控機(jī)器人與調(diào)控人員之間的交互，實現(xiàn)日志自動記錄、語音輸入、語音自動調(diào)圖等功能；圖像識別用于調(diào)控機(jī)器人識別調(diào)控對象[7]，如高壓輸電線路隔離開關(guān)、換流器等工況位置判斷等。模式識別重點是提升模式識別的泛化有效性，確保能準(zhǔn)確識別自然語音和設(shè)備狀態(tài)，最終可以為實現(xiàn)3D立體化展示與操控提供重要的技術(shù)支持。

3.1.4 3D展示技術(shù)

三維展示技術(shù)可以實現(xiàn)地理圖、電網(wǎng)接線圖和設(shè)備布置圖的全景展示，實現(xiàn)多維信息的智能化表達(dá)，指導(dǎo)電網(wǎng)調(diào)度人員在實時查看電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)的情況下進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)控操作，通過將電網(wǎng)數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)圖和虛擬仿真等內(nèi)容進(jìn)行整合，實現(xiàn)信息圖形化、操作智能化。

3.2 應(yīng)用場景實驗分析

3.2.1 調(diào)度電子化下令操作

電網(wǎng)調(diào)度機(jī)器人可以實現(xiàn)電子化下令操作。相比較傳統(tǒng)人工調(diào)度，基于調(diào)度大數(shù)據(jù)的操作指令文字傳輸和人臉識別驗證，內(nèi)容清晰明確，可有效杜絕諧音誤會等危險點，縮短發(fā)令和受令時間，提升工作效率。調(diào)度機(jī)器人電子化下令的流程如圖3所示。

圖3 電子化下令流程

由圖3可以看出，在保證安全性的前提下，調(diào)控機(jī)器人可以幫助實現(xiàn)電子下令、電子回令和接收確認(rèn)的過程。同時可以實現(xiàn)調(diào)控間的操作命令流轉(zhuǎn)信息共享利用，提高調(diào)度的準(zhǔn)確性。

電力調(diào)度機(jī)器人下令指標(biāo)對比如表1所示。

表1 電力調(diào)度機(jī)器人下令指標(biāo)數(shù)據(jù)

3.2.2 特高壓交直流一體化調(diào)度異常分析與輔助決策

特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)具有接入電源類型多元、設(shè)備類型多樣和地域覆蓋廣泛等特點，其輸送容量大、潮流變動頻繁、受擾行為復(fù)雜，因而需要分層分區(qū)進(jìn)行控制，控制技術(shù)較為復(fù)雜，逐漸向在線預(yù)測、實時控制方向發(fā)展，將會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，包括動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[8]。電力調(diào)度機(jī)器人通過對這類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到異常情況并進(jìn)行輔助決策。

電力調(diào)度機(jī)器人可以運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的電網(wǎng)運行典型異常分析和處置專家?guī)?，再通過相關(guān)安全解析校核，實現(xiàn)電網(wǎng)典型異常告警根源定位、告警影響范圍預(yù)警，并給出處置建議。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于電力大數(shù)據(jù)的電力調(diào)度機(jī)器人來輔助傳統(tǒng)調(diào)度。經(jīng)過對電力大數(shù)據(jù)與調(diào)控一體化聯(lián)系的分析，以及對調(diào)控一體化下的數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)的建立，設(shè)計了電力調(diào)度機(jī)器人的功能構(gòu)架，說明本文所提系統(tǒng)的應(yīng)用場景較為豐富、功能較為全面。通過對電力調(diào)度機(jī)器人的設(shè)計，可以減輕傳統(tǒng)人工調(diào)度的壓力，提高調(diào)控一體化的操作智能化水平，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)與調(diào)控一體化的整合應(yīng)用。