人工智能技術在供電領域的創新應用分析

鐘育哲

【摘要】? ? 電力行業的概念按國家統計局的分類，將電力行業編目于電力與熱力的生產和供應大類下，分為電力生成和電力供應兩部分，即發電和供電（電網）兩大類。筆者曾隨北師大的研究課題組對深圳、桂林供電局關于人工智能在行業中應用進行了實地調研，深入了解了AI技術在自動巡檢、探傷以及服務等領域的應用情況，為進一步聚焦和深化研究工作，本文謹以供電行業為背景，分析和總結人工智能技術的研究、應用現狀，對電力行業供電領域人工智能的發展進行展望。

【關鍵詞】? ? 人工智能? ? 電力技術? ? 應用創新

引言

能源電力行業是國民經濟重要的基礎產業和先行產業之一。70年來，中國電力工業經歷了由弱變強、由落后變先進的發展歷程，取得舉世矚目的巨大發展。到2018年，發電量和發電裝機容量雙雙位列世界第一，其中發電量連續8年達69，940億kWh，電量占全球五分之一以上，是第二美國的1.6倍。同時，作為先行產業，國家也高度重視電力科技發展，電力裝備技術水平取得了飛躍式地提升，發電技術在大容量、高參數、環保型方向上全面達到世界先進水平;在核電以及電網供電技術，尤其是在特高壓輸電、高溫冷堆技術等領域確立了世界領先地位。隨著人工智能技術的興起，我國政府已經在國家戰略層面開始新一代人工智能技術的部署。

一、人工智能技術概述

1.1 人工智能概念

當前，人工智能（Artficial Intelligence，AI）作為一門綜合的技術科學，主要研究能夠模擬和擴展人類智能的理論、方法、技術和應用系統，《人工智能-一種現代方法》中將已有的人工智能劃分為四類：像人一樣思考的系統、像人一樣行動的系統、理性思考的系統、理性行動的系統。人區別于動物是人具有認識和能動地改造世界的能力，人腦具有感知、學習、記憶和推理的功能。用人工制造設備來延伸人的智力或行為，它是人類科學發展中最有意義和極具挑戰性的重要課題[1]。

人工智能的起源可以追溯到古埃及，但直到1941年計算機被發明出來之后的1950年，圖靈才開始著手研究人工智能，他也被眾人稱為人工智能之父。而1956年，“人工智能”這個概念才在“DARTMOUTH人工智能夏季研究會”中被麥卡錫提出，這為以后人工智能的發展奠定了理論基礎。而隨著人工智能的問世，人工智能的第一大階段，即“摸索”階段結束了。而后經過60多年的發展和沉淀，伴隨著互聯網、大數據、云計算和新型傳感等技術的發展，人工智能正引發可產生鏈式反應的科學突破，可能產生一批顛覆性技術，加速新一輪科技革命和產業革命。

人工智能可以在許多領域中達到標準化、規模化、批量化、自動化生產，從而大幅度的提升勞動效率和生產效率。目前，我們國內的人工智能水平僅僅在一個較為初級的階段，我們現在大部分應用是處于弱人工智能領域中。在科學技術中飛速發展的今天，人類己經進入了知識爆炸時代，所以隨著深度學習技術的突破，人工智能行業也在迅速發展，并將人工智能帶進全新階段。在未來深度學習算法逐步成熟后，AI相關的應用也會逐漸發展，谷歌的ALPhaGo的圍棋算法正是其中一個典型成功的應用，而目前人工智能技術在圖像和語言識別中也取得了很大的進展。

1.2人工智能的發展歷程

人工智能的發展經歷過很多次變革與熱潮，總結起來可以說大體歸類為如下幾個階段[2]：1943年到1970年是屬于人工智能誕生和初步發展階段，從早期的邏輯推理到中期的專家系統，漸漸使得人們覺得人距離機器的智能化已經有些接近了，但是還存在很大的差距。直到1980年到2000年第二次發展熱潮中機器學習的誕生，人工智能界的專家學者們才感覺真正找對了方向。2006年以后隨著深度學習的發展以及計算機計算能力的大幅提升，基于深度學習的相關技術在某些領域已經達到了能和人相匹敵的程度。這使得人們第一次覺得距離人工智能的夢想已經相當接近了。

人工智能是通過計算機編輯程序模擬人類思考模式（如學習、思考、推理、模仿），從而使機器識別知識、獲取知識、使用知識，并以此延展強化來完成一系列復雜繁瑣的任務，最終替代人類完成從前所做的任務。人工智能的涉及學科很廣，其包括了計算機科學、神經生理學、數學、語言學、心理學、哲學等。

應該說，期間幾經起落，至今人工智能的發展仍然比五十年前科學家們期待的要慢。人工智能的演進是由硬件、算法、數據技術進步共同牽引的結果。硬件包括運算芯片、傳感器件和執行元件，其中，計算機的發展是人工智能穩健進步的重要支撐，并且邏輯學算法、人工神經網絡和深度學習算法是人工智能發展的關鍵要素，海量的數據是機器能夠自行構建模型和預測的基礎，物聯網、超級計算、大數據是人工智能實現突破的催化劑。雖然多年來國內外在智能研究和工程應用方面人工智能尚屬初級階段，但它已呈現出深度學習、跨界融合、人機協同等新特征，與傳統領域快速融合并呈現顛覆性應用的人工智能生態正在快速形成，人類已深刻感受到它將對人類社會生活未來的改變。各國都已認識到人工智能將成為推動新一輪科技革命和產業變革的驅動力，世界發達國家紛紛把發展人工智能作為提升國家競爭力和維護國家安全的重大戰略，力圖在新一輪國際科技競爭中掌握主導權、搶占產業技術的制高點。能源、智能電網領域被看作是人工智能應用的重要技術領域之一。

二、人工智能在供電領域中的應用

近年來，我國全社會用電量不斷增長，對電力系統的穩定性提出了更高要求。隨著計算機、自動化、通信技術的飛躍發展并且與傳統電力技術深度融合，電氣自動化概念也越來越被重視，它通過數字化信息技術與傳統電力工程中的運動、控制技術進行結合，可以提高在自動控制、信息處理、數據分析、研制開發等方面的穩定性與效率[3]，例如在設備故障排查方面的操作，假如設備出現故障，由人工進行排查時因為電力的特殊場景，會存在極高的危險，引入人工智能自動化系統進行操作，可以代替人工操作，提高精確度、解放人力，同時在發生故障時還能夠進行一定的修復能力。電氣系統對系統設計與設備要求高，操作上對人的要求高，而人工智能可以對系統及設備進行更加精確的優化，即在特定領域應用的人工智能，比如電氣自動化主要是將自動控制的原理和方法，自動化單元技術和集成技術在電氣工程的各類人工智能系統中進行應用。

2.1從業務層面

人工智能在供電領域與業務結合情況如表1。

2.2人工智能在電網企業應用的典型場景

2.2.1基于圖象、聲音識別：

（1）變電站狀態識別：開關、刀閘、各類表計位置、讀數是否正常，設備外觀有無破損、異物、異常。

（2）環境異常識別：作業人員身份證、工作人員行為辨識、煙火、安保。

（3）輸配電線路故障識別：配合以固定或無人機視頻，識別絕緣子破損、金具移位、線路斷股、過熱、覆冰、山火、樹障、地質災害等。

（4）營業廳等服務場所：客戶人證同一鑒定、無紙化辦理業務、機器人導引服務、咨詢，95598及線上機器人服務。

（5）電力專業圖譜識別：配合以各類傳感器，例如紅外成像，分析辨識高溫點，接頭發熱、油溫過高;配合以大型設備在線監測傳感器，對于局放、油色譜分析，分析預測設備故障。

2.2.2基于人工智能算法

（1）智能調度助手：監控上百個廠站數據、報警處理，輔助決策。

（2）線路變電設備故障分析：分析海量運行數據，歷史故障及事故數據，制訂檢修計劃。

（3）不同用戶群體的用電行為分析：利用人工智能算法可以精確分析用電行為，從而做到精準把控，定向營銷[4]。

三、AI在供電系統發展展望

供電行業作為資金密集型、技術密集型的基礎行業，在科技強企的戰略引領下，受企業安全生產驅動和提質增效經營驅動，積極運用人工智能技術探索、研究，開發與各業務結合的場景，很多方面已取得了較好的實效，也為廣泛應用增強了信心[5]。但由于受我國人工智能技術發展水平和電力系統特殊性的影響，當前，從廣泛的意義來說，目前人工智能技術在供電領域仍屬深化研究、試驗、試點狀態。主要原因是：一方面，我國人工智能總體水平與先進國家相比尚有距離，主要表現在缺少重大原創成果，并且在基礎理論、核心算法、高端芯片、基礎材料、元器件、軟件等領域存在較大差距;另一方面，由于人工智能技術是以模糊邏輯、神經網絡、強化學習為基礎的，存在算法的不確定性、不可解釋性，與電力系統高可靠性、高安全性的主客觀要求尚有差距。

長期看來，人工智能技術在算法、算力方向的發展將決定著AI技術的應用前景，同時它在生產、生活各領域的應用又會不斷滲透到供電領域，最終推動供電行業新一輪的技術革命[6]。例如：量子計算以其強大的計算能力和效率，已經成為全球公認的下一代計算技術，比如“刷臉”等圖像識別技術的廣泛使用，為AI在供電領域故障識別、圖譜分析中的應用提供了快速地發展動能。又比如“5G”技術的不斷突破和商業化，為AI在供電領域中各種智能平臺建設、人機協同、大數據應用開辟了良好的應用前景。

四、結語

熊彼特（Joseph A·Schumpeter）在技術創新理論（Technical Innovation Theory）中指出[7]：“創新并不僅僅是某項單純的技術或工藝發明，而且是一種不停運轉的機制，只有引入生產實際中的發現與發明，并對原有生產體系產生震蕩效應，才是創新，而需求是技術創新持久的根本動力”。

而人工智能雖與人的智能二者只差一字，卻不等同于人的智能，它可以像人那樣去思考，也可能超過人的智能。雖說人工智能與人的智能不同，但是二者是有一定聯系的，人的智能是一切人工智能的基礎，人工智能是對人的智能的模擬和大發展。近3年，我國出臺的人工智能政策十分密集，體現了政府對人工智能發展的高度重視。因此，我們有理由認為，隨著技術的發展，電力科學將與計算科學、認知神經科學的多學科整合，將為電力系統提供更多的解決方案，另一方面，在供電行業安全、效率需求驅動下，人工智能技術也將與供電行業全領域業務深度融合，給智能電網的發展帶來顛覆性的影響。

參? 考? 文? 獻

[1]劉克松， 程廣明， 李堯. 人工智能概念內涵與外延研究[J]. 中國新通信， 2018， 020（014）：140-141.

[2]胡勤. 人工智能概述[J]. 電腦知識與技術， 2010， 06（013）：3507-3509.

[3]王治. 人工智能技術在電力基建領域的研究與實踐[J]. 科技風， 2020， 000（005）：9.

[4]榮紫程. 人工智能供電保障技術[J]. 消費導刊， 2020， 000（009）：48-50.

[5]鄭健生. 人工智能技術在電力系統故障診斷中的運用分析[J]. 科技與創新， 2019.

[6]崔玉敏. 淺談人工智能應用領域及發展展望[J]. 科技經濟導刊， 2019， 27（14）：52.

[7]張凱斐， Kai-fei. 人工智能的應用領域及其未來展望[J]. 呂梁高等專科學校學報， 2010.