探討人工智能技術在電力設備智能運檢中的應用

段煉紅

國網四川省電力公司技能培訓中心 四川 成都 610072

引言

隨著計算機技術與信息技術的快速發展，人們對于人工智能的認識不斷加深。加之國家層面的扶持，將人工智能寫入“十三五”規劃綱要，極大地促進了人工智能技術與各行各業、各個領域之間的融合落地，人工智能的應用范圍越來越廣。我國的電力市場需求體量大、增速快，電網容量和電壓等級不斷提高。為保障生產生活對供電質量、供電可靠性等多方面的要求，在電力系統運行和管理中，對安全性、穩定性和可靠性的要求更加嚴格。隨著現階段人工智能技術的飛速發展，智能電網的研究與應用已經進入了電力工業的發展階段，人工智能技術逐漸成為支撐電力系統智能化的核心技術之一。

1 關于人工智能技術的簡述

1.1 人工智能的概念

人工智能技術涵蓋了自然科學、社會學、計算機、語言學等多種學科。人工智能包括機械和電腦等方面的知識。人工智能是21世紀科技發展的一大進步，也是電腦技術的重大突破。人工智能技術是計算機技術的一個擴展，它能夠為人類提供更好的解決電源問題。人工智能可以幫助解決設備探測問題。比如，我們可以將人工智能的認知技術運用到更多的領域，比如人機交互，建立知識地圖，記錄故障。近年來，我國供電局采用了智能技術對電網設備進行實時監測，既節約了供電企業的人力，又提高了電網的運行安全性，人工智能技術是以電腦技術為基礎，通過對人的大腦進行合理的模擬和擴展，從而解決某些社會問題。人工智能擁有和人類一樣的思維、智慧和理念，目前在各個領域都得到了很好的應用。人工智能技術是一種自動化、智能化的機器系統，它的運用可以節省大量的人力、物耗，保證了電力系統在企業的應用中的運行效率得到了進一步的提升，從而達到了應用的要求。保證在電力生產中的安全、可靠性，減少了事故的發生[1]。

1.2 人工智能的優勢

人工智能技術是一種可以更好地解決電力供應問題的計算機技術的延伸。近幾年，智能技術在電力公司廣泛應用于電網設備的實時監控，減少了人員投入成本的同時還提高了電網的安全性。它還有一個獨立的運算與編輯系統，只要把這些數據輸入到計算機中，它就會自動進行運算，而且可以在任何時候都可以看到。電力設備包括變壓器、輸電線路等，在電網中占有很大的比重。任何一種設備出現故障，都會嚴重地影響到電網的整體穩定性。此外，將人工智能技術應用于電力自動化發展中，還可以輔助電力自動化的設計工作。這是因為人工智能就具備設計和優化功能，在相關設計人員的指導下，通過電力自動化流程調整和功能優化，結合以往的操作經驗，可以極大簡化電力自動化的基本流程。在電力自動化發展中，其完成了由手工設計到計算機設計的優良跨越，并在一定程度上降低設計業務中的時間成本，其設計業務中的相關程序也不斷完善。電力自動化技術的未來發展離不開人工智能技術，我國電力事業將會更加重視人工智能技術參與自動化發展過程[2]。

2 電力設備智能運檢中的關鍵技術分析

2.1 計算機神經網絡

基于深度學習的思想，卷積神經網絡是一種具有代表性的計算機視覺技術。卷積神經網絡由輸入層、卷積層、池化層和全連接層組成，利用卷積核對圖像進行特征提取，從而降低了網絡的參數，從而避免了因參數過多而導致的擬合問題。在電力設備維護維修過程中，利用計算機視覺技術進行故障診斷，可以有效地提高故障診斷和診斷的準確度，降低人員的高危操作頻率，提高設備運行和檢測的工作效率[3]。

2.2 全方位深度智能學習技術

該算法采用機器學習的方法，綜合分析來源廣泛、類型多樣的數據，并將各種類型的數據進行綜合，以完成對數據的特征提取和規則的識別。與單模態學習相比，多模態機器學習能夠增強多模態的學習效果。在多模式學習中，最典型的做法就是使用一種資源豐富的模型來輔助其他資源不足的模式。由于設備、技術、設備等因素的制約，采集到的數據資源也是千差萬別，有些是狀態信息豐富，有些是狀態信息不足，因此采用多模機器學習技術對設備進行多方面的分析，以提高設備的故障診斷準確率。

2.3 專家系統診斷技術

專家系統實現了從純理論到實踐的智能化，是人工智能研究的重大突破。無論采用何種方式，均能有效地提高保護工作的效能。而這套專家系統，則是綜合了各大專業人士對繼電保護的經驗與知識，然后用電腦軟件對其進行分析，從而得出相應的結論。若采用專家系統進行故障診斷，可將故障現場采集的資料輸入計算機，通過專家系統對故障進行分析判斷，從而找到問題的根源，使維修人員能順利地排除故障，恢復正常運行。這樣一來，員工們就能發現問題，并做出相應的對策。同時，利用以上判據，對繼電保護的設計問題進行了較為全面的分析，以便解決在保護設計過程中存在的矛盾與沖突。同時，該系統還可以用于整定原理、判別規則等，實現了智能調整和智能維修[4]。

3 人工智能技術在運維檢修中的應用

3.1 智能評估電力設備狀態

人工智能技術可以極大地簡化整個電網的運行過程，將原有的設備進行改進和更新，使相關的設備與電腦相連，并可由電腦發送操作指令，從而提高了設備的控制率，保證了各設備的最大利用率。并且在實際生產中可以防止數據錯誤、操作不規范等情況，從而有效地減少了生產風險，并有效地保證了系統內部的智能化。

運用人工智能技術對電網的運行狀況進行科學的診斷與評價。例如，可以通過下列方法來評價功率變壓器的狀態：一種是通過對評估指標權重的客觀確定，建立一個數學模型。通過對變壓器運行狀況的指標與狀態的相關性分析，找出對變壓器運行狀況有決定性影響的各項指標，并在此基礎上設定了較高的評估權重，極大地提高了變壓器狀態評估的精度。第二種是利用機器學習方法，對變壓器的狀態與狀態進行評價。電力設備運行狀況評估最典型的是非平衡樣本與小樣本問題所以，在機器學習算法中，歷史案例的樣本是非常稀少的，并且在模型的訓練中很容易產生錯誤，這表明為了提高變壓器的狀態評估精度，需要進一步開發非平衡采樣學習法。

3.2 智能診斷電力設備故障

通過應用語言處理系統對信息進行智能分析，提取有用的信息，再通過專門的軟件，對大量的電網運行數據進行自動控制。在電力設備的維修和檢修中，由于設備的缺陷、故障以及檢修記錄、報表等數據的存在，使得這些數據具有一定的關聯性和規律性，從而能夠挖掘出更多的語義信息，從而為設備的運行狀況監測和評價奠定基礎。例如，通過對電力設備的歷史數據進行分析，并將其與電力設備的故障數據、設備運行數據、外部環境數據相結合，采用樣本合成、生產對抗網絡等方法來實現數據的增值。利用數據的時間序列記錄完整性狀況，對各種數據進行分類預測，并將其引入到設備的維修經驗中，進行機器學習，將故障分類，并對故障發生的位置進行判定，并根據故障發生的概率進行預警。此外，利用計算機視覺技術，可以實現對電網監控圖像的智能化分析。基于由無人機、巡視機器人等設備所獲取的電力設備巡視監控錄像和圖像，可以有效地識別電網運行中的各種故障，從而使其更好地適應各種監測環境的變化，從而大大提高巡視工作的效率[5]。

3.3 智能監控配電系統

隨著電網的迅速發展，對電網運行維護、維護工作的要求也隨之提高，增加了電網設備的數量，使電網的優化調度更加困難。在目前的配電系統中，將人工智能用于實時監測，可以記錄和存儲電網的運行數據。同時，還可以生成相應的歷史數據，方便維修人員了解電力系統的實際操作。然后根據這些數據，制定出一套經濟合理的電力分配方案，根據電力的使用規則，合理的分配電力，從而實現了電網和線路之間的錯峰利用，降低了在配電系統中的能耗和能耗。采用智能化的電力監測系統，可以實現對電網的電能消耗進行相應的監測，從而降低了電網的無用損失，為節能改造提供了依據。將人工智能引入到電力分配系統的監測中，不僅可以保證數據的準確和效率，還可以實現相自動生成報告和遠程抄表。這樣，就可以根據表格和數據，提供相應的報表編制功能，進行精確的預算分析。

3.4 智能優化電力設備運維檢修策略

在電力設備實際運行過程中，由于長時間的運行、氣候、環境或人為因素等原因，不可避免會出現電力設備故障的情況。不僅影響電力設備的使用壽命，還會影響整個電力系統的正常穩定運行。因此，采取有效的電力設備運維檢修技術十分必要。合理地運用數學模型，客觀地計算評估的權重，合理地分析各種指標與變壓器的狀態之間的關系，并對各個指標的重要指標、相對重要性、權重等指標進行了綜合評判，最后對變壓器的狀態進行評估。

以訓練樣本為基礎，利用培訓樣本，在計算機上實現相關的運算，可以建立狀態和變壓器的狀態評估預報模型。就目前的實際應用而言，最常用的機器學習算法有很多類，如貝葉斯概率、神經網絡和聚類分析。特別要提醒的是，設備的健康狀況評價，是由于典型的正態樣品的絕對數量太少而導致的不平衡和小的問題。比如，在實際生產中使用的大型設備過程當中，電力公司運營會注重設備的使用狀態，以保證設備的安全，避免出現安全事故，甚至會采取高頻設備、提前退役等措施。面對日益復雜的電網環境，為了適應電網運行管理的需要，電網設備檢修策略應更加科學、有效。運用人工智能技術，如果利用啟發式的智能算法，對設備檢修時間、檢修頻率、檢修方式進行科學的建議，對檢修方案進行優化，可以最大程度上保證檢修的安全性、經濟性和時效性[6]。

4 結束語

人工智能技術在電力企業中，不僅可以應用于電力設備的運維檢修，在電力企業的日常管理工作中，人工智能技術也發揮著重要的作用。例如，企業管理者可以在通過辦公電腦操作人工智能設備來實現日常的管理工作。在操作界面上，人工智能系統相對簡單，操作過程快捷，功能也多種多樣。科學地應用人工智能技術，可以提高電力企業生產和管理工作效率，讓一系列復雜耗時的工作變得更加簡單快速[7]。

綜上所述，在今后的信息技術發展中，伴隨智能化技術的不斷完善，將會給電網帶來巨大的發展空間。另外社會對電能的需求不斷增加，“智能電網”的應用范圍將不斷擴展，智能機器人、無人機等智能設備將被廣泛地應用于電力系統的運行和維護，加快智能電網的建設，有利于提高電力系統的可靠運行，降低故障率，降低非必要的用電事故。所以，對智能技術在電力系統中的應用進行深入的研究具有重要的現實意義。