基于人工智能的電力調(diào)度機(jī)器人功能架構(gòu)研究

亢中苗　許世納　黃東海　張珮明

摘要：智能電網(wǎng)不斷推進(jìn)過程中，電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要性不斷增強(qiáng)。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，具有變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)管理自動(dòng)化、能量管理自動(dòng)化的功能。大力發(fā)展電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)，對于電網(wǎng)工作的開展有著積極意義。文章從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，詳細(xì)分析了電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的需求，同時(shí)對其功能模塊展開進(jìn)行分析，給出幾點(diǎn)研究看法，希望為優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度工作流程起到幫助作用。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);電力調(diào)度機(jī)器人;一體化

一、引言

電網(wǎng)調(diào)度的主要目的在于確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，本質(zhì)是一種管理手段。其工作流程主要如下：使用多種信息采集設(shè)備收集數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)具體運(yùn)行時(shí)的參數(shù)判斷電網(wǎng)的具體運(yùn)行情況，借助自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)布指令，使工作人員根據(jù)要求調(diào)整系統(tǒng)，或者由自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整系統(tǒng)，完成電網(wǎng)調(diào)度工作[1]。其中，自由控制系統(tǒng)指的是電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)。這一系統(tǒng)具備自動(dòng)化管理的技術(shù)優(yōu)勢，在調(diào)度工作中應(yīng)用這一系統(tǒng)，可以極大程度減少工作人員的冗余工作任務(wù)，將節(jié)省的人力投入關(guān)鍵工作當(dāng)中，從根本上提高電網(wǎng)調(diào)度的工作質(zhì)量[2]。

電力日常管理、電力運(yùn)維管理等工作都依賴信息管理系統(tǒng)。由于電力行業(yè)的特殊性，該行業(yè)生成、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息十分重要，若數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理等方面出現(xiàn)問題，勢必會(huì)造成電網(wǎng)運(yùn)行問題。只有做好對電網(wǎng)電力設(shè)備、電網(wǎng)輸電線路等設(shè)備信息的采集、管理工作，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)的運(yùn)行問題，并及時(shí)采取處理措施，防止整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題。鑒于此，加強(qiáng)對電網(wǎng)不同設(shè)備、電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息監(jiān)控是非常有必要的。其中，電力調(diào)度作為保證對外可靠供電、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵管理手段，其重要性是不言而喻的。要做好對主變壓器、電壓互感器、斷路器等一兩次設(shè)備的監(jiān)控工作，保證監(jiān)控信息的及時(shí)性與準(zhǔn)確性，清除影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的不穩(wěn)定因素[3]。

數(shù)據(jù)顯示：2014年我國社會(huì)用電量5.52萬億千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)2015～2020年我國社會(huì)用電量增長量約為5.5%，2020～2030年社會(huì)用電量增長量約為3%。根據(jù)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，未來的電力行業(yè)呼喚智能化、集成化、綠色化的輸變電裝備。由此可見，加大對電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的研究十分有必要[4]。本文研究了電網(wǎng)供電公司調(diào)度部門組織實(shí)施的電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)，分別分析了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)。使用當(dāng)前存在的電網(wǎng)調(diào)度管理自動(dòng)化系統(tǒng)搭建電網(wǎng)調(diào)度管理平臺(tái)，優(yōu)化了過去的業(yè)務(wù)管理體系，使電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)的功能更強(qiáng)大，提升了調(diào)度系統(tǒng)的作業(yè)效率與作業(yè)質(zhì)量。

二、電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)概述及需求分析

電網(wǎng)調(diào)度是電網(wǎng)綜合管理系列工作的簡稱，涵蓋了電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管理、電網(wǎng)安全狀態(tài)管理、電力能源生產(chǎn)控制管理、電力能源配變輸送調(diào)度管理、電能經(jīng)濟(jì)調(diào)度管理、電網(wǎng)運(yùn)行靜態(tài)安全分析管理、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)管理等多項(xiàng)工作。電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)又稱電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，由廠站端與主站端構(gòu)成。該系統(tǒng)的應(yīng)用目的在于保證電力調(diào)度工作正常進(jìn)行，比如保證主變壓器、斷路器、電流互感器、高壓室開關(guān)、控制盤盤面等設(shè)備的監(jiān)視工作正常進(jìn)行，高壓室、主控制的防火防盜工作正常進(jìn)行，RTU收集站端遙測數(shù)據(jù)的正常采集、RTU收集數(shù)據(jù)的正常傳輸?shù)鹊取Ｎ恼禄陔娋W(wǎng)調(diào)度基本概念、電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)基本功能等具體理論，對電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)展開研究。

在電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)中，軟件體系設(shè)計(jì)目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，硬件體系設(shè)計(jì)目標(biāo)在于為功能實(shí)現(xiàn)提供物理支持。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要有相關(guān)理論基礎(chǔ)，還要與現(xiàn)實(shí)情況緊密相連，如電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系、電網(wǎng)的具體運(yùn)行情況等等。下文從系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)角度出發(fā)，對電網(wǎng)調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)展開論述：

軟件分析：軟件系統(tǒng)應(yīng)圍繞功能需求進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，其功能需求主要包括采集、分析數(shù)據(jù)信息，發(fā)布操作指令、自動(dòng)化調(diào)整等。明確功能需求，設(shè)計(jì)軟件層級結(jié)構(gòu)，使軟件系統(tǒng)的各功能模塊能有條不紊地完成電力調(diào)度工作內(nèi)容。圖1直觀展示了軟件系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)，以圖1為依據(jù)開發(fā)相應(yīng)的程序模塊，可以確保系統(tǒng)功能的全面性。

硬件分析：硬件系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的平臺(tái)，也是工作人員與機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互的媒介。以軟件系統(tǒng)提出的具體功能為基礎(chǔ)，開發(fā)系統(tǒng)的硬件模塊，如信號(hào)轉(zhuǎn)換控制模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、通信信道模塊、終端設(shè)備等等，使系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其功能。圖2集中展示了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

本文研究的電網(wǎng)調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的技術(shù)手段，具備全網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)的通信、異常警告、智能監(jiān)控、調(diào)度操作管理等功能。

電網(wǎng)調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計(jì)、落地過程極為復(fù)雜，需要經(jīng)過繁復(fù)的工作流程才能被投入到實(shí)際應(yīng)用工作當(dāng)中。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，第一要統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的功能需求，確定模塊設(shè)計(jì)方向;第二要根據(jù)預(yù)計(jì)內(nèi)容展開針對性的編程、算法優(yōu)化、硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)等工作;第三要測試系統(tǒng)性能，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行問題并解決問題，使系統(tǒng)符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。下述內(nèi)容對電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)思考：

第一，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)電力調(diào)度工作“痛點(diǎn)”，如具有較高的運(yùn)行危險(xiǎn)、架構(gòu)薄弱等等，針對性地開發(fā)功能模塊，解決當(dāng)下系統(tǒng)面臨的信息孤島問題。文章所研究系統(tǒng)全方位地分析了對電力系統(tǒng)設(shè)備工作中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選操作、判斷操作使有效數(shù)據(jù)（如設(shè)備故障數(shù)據(jù)、設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行問題數(shù)據(jù)等）突顯出來，以提高電力調(diào)度工作時(shí)效性。同時(shí)，優(yōu)化了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，解決了系統(tǒng)投入使用后數(shù)據(jù)冗余等系列問題，使數(shù)據(jù)處理工作的效率得到進(jìn)一步提升。比如，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫可以對具體設(shè)備信息數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性處理，解決了非法數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的問題。

第二，根據(jù)電網(wǎng)功能需求開發(fā)工作體系，確保全網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)的通信、異常警告、智能監(jiān)控、調(diào)度操作管理、事故管理等工作的及時(shí)性與準(zhǔn)確性，使電網(wǎng)調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)與工作人員形成有機(jī)整體，更好地完成電網(wǎng)調(diào)度工作。

三、功能模塊

（一）系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊是系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，其功能主要如下：管理機(jī)器人系統(tǒng)的用戶;設(shè)置不同崗位員工的用戶權(quán)限;添加或刪除系統(tǒng)用戶;編輯系統(tǒng)用戶信息（崗位員工個(gè)人信息）;鏈接數(shù)據(jù)庫;備份數(shù)據(jù)庫信息等等。在設(shè)計(jì)這一模塊時(shí)，可將AGENT技術(shù)應(yīng)用到其中，使管理系統(tǒng)更具人性化。

（二）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊是電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的核心功能模塊，其功能如下：收集電力公司旗下的所有設(shè)備信息及運(yùn)行數(shù)據(jù);監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài);整合、處理、傳輸變電站電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等等。在設(shè)計(jì)這一模塊時(shí)，可使用人工智能技術(shù)，通過構(gòu)建精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型解決人工無法解決的電力調(diào)度問題，提高系統(tǒng)工作的精準(zhǔn)性;可使用專家系統(tǒng)（一種解決針對性問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)），使用這一系統(tǒng)完成電網(wǎng)調(diào)度操作指導(dǎo)、電網(wǎng)監(jiān)測、故障恢復(fù)等工作，提升機(jī)器人系統(tǒng)工作的質(zhì)量;可使用遺傳算法求解問題，發(fā)揮遺傳算法的自適應(yīng)搜索功能提升計(jì)算效率，增強(qiáng)機(jī)器人系統(tǒng)的工作效果。

（三）數(shù)據(jù)傳輸模塊

電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于信息互換，即電力公司內(nèi)部其他信息管理系統(tǒng)（如用戶管理系統(tǒng)、電力銷售信息管理系統(tǒng)、電力負(fù)荷檢測系統(tǒng)等等）與電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的交互。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸功能模塊時(shí)，要求工作人員關(guān)注該模塊信息交互、數(shù)據(jù)通信等設(shè)計(jì)工作，確保不同設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息能夠以良好的交互，以免出現(xiàn)信息孤島問題。例如，開發(fā)硬件系統(tǒng)時(shí)選擇兼容性良好的硬件設(shè)備，確保不同語言（如C語言、JAVA及不同標(biāo)準(zhǔn)的算法）能夠在硬件系統(tǒng)中正常運(yùn)行。這樣，可以保證不同數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通，解決了機(jī)器人系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)異構(gòu)問題。

（四）智能告警模塊

智能告警模塊在電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)中的地位較為突出，其具體功能如下：監(jiān)控電網(wǎng)中變電站、配電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù);根據(jù)設(shè)備故障所顯示的信息設(shè)計(jì)故障閾值;在設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)告警;將告警信息上傳到電力系統(tǒng)的控制界面上;保存過去一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)相似故障數(shù)據(jù)等等。這一功能模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)降低了電網(wǎng)調(diào)度故障排查、故障檢修工作的難度，使工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度工作中出現(xiàn)的問題，并及時(shí)處理故障或缺陷，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（五）智能監(jiān)控模塊

B/S架構(gòu)是電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)從客戶端傳輸?shù)椒?wù)端時(shí)，需要經(jīng)過邏輯端，邏輯端可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)處理，并提取有效信息。圖3顯示了監(jiān)控模塊的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

電力監(jiān)控子系統(tǒng)是電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的重要構(gòu)成，具備數(shù)據(jù)采集與人機(jī)交互功能。建設(shè)子系統(tǒng)的目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障，減少調(diào)度工作事故隱患，以免事故發(fā)生時(shí)電網(wǎng)全部癱瘓。電力監(jiān)控子系統(tǒng)具備信息共享、相互協(xié)調(diào)的功能，可以保證電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的安全性。設(shè)置該系統(tǒng)時(shí)，需要做好格式化處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、故障預(yù)警等功能模塊的設(shè)計(jì)，保證子系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮安全保障作用。智能監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)訪問控制管理模塊如表1所示。

四、結(jié)束語

綜上所述，文章根據(jù)人工智能技術(shù)對電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)、功能模塊開發(fā)展開了系統(tǒng)分析。根據(jù)分析內(nèi)容，對電力調(diào)度機(jī)器人系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)、技術(shù)框架進(jìn)行研究，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)、嵌入式技術(shù)使軟件功能模塊“落地”，實(shí)現(xiàn)對電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化。本文所述框架采用的技術(shù)手段較為先進(jìn)，對于電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化有一定的參考作用。

作者單位：亢中苗? ? 許世納? ? 黃東海? ? 張珮明? ? 廣東電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陳佳鵬. 電力調(diào)度數(shù)據(jù)區(qū)域網(wǎng)分析與應(yīng)用[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2019.

[2]王茗. 山東電力調(diào)控中心調(diào)控運(yùn)行流程優(yōu)化研究[D].山東大學(xué)，2019.

[3]蔡磊. 西藏地區(qū)電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2020.

[4]萬澄澤. 朝陽智能電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[5]趙樹茂. 縣級電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[6]尹家民.自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2021，38（11）：222-223.

[7]尹家民.自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2021，38（11）：222-223.

[8]駱國銘，陳章國，吳海江，等.智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力調(diào)度安全運(yùn)行監(jiān)控方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制，2021，29（10）：108-113.

[9]阮少煒，劉奇，陳藹峻，等.基于人工智能的電力調(diào)度機(jī)器人功能架構(gòu)研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2021，40（09）：159-161.