基于人工智能技術的配電網運行和維護策略研究

蔣 勇

（國網四川省電力公司南部縣供電分公司， 四川 南充 637300）

0 引言

近年來，我國在配電網建設方面投入大量的人力、物力和財力，加強配電網的智能化建設，使得現代智慧配電網得到廣泛應用。現代智慧配電網是一種集成自動化、數字化、智能化等人工智能技術的新型配電系統，它具有高效、安全、可靠、環保等特點，在一定程度上緩解了傳統配電網故障率高、排查時間長、響應速度慢等問題。因此，開展基于人工智能技術的配電網運行和維護策略研究對提高配電網智能化運行和維護水平和運行和維護效率具有重要的現實意義和實際應用價值[1]。

1 人工智能技術在配電網運行和維護中的重要性

1.1 傳統配電網運行和維護存在的問題

在傳統的配電網運行和維護工作中，通常需要人力進行故障的預防與排查。然而這種人力方式存在預防措施不足、故障定位不準確以及排查過程費時費力等問題。首先目前很多配電網的預防措施還不夠完善，或者預防措施的執行力度不足，缺乏系統的預防策略和方案，導致一些潛在的故障不能及時發現和解決。其次目前許多配電網的故障定位系統還不夠完善，導致故障定位不準確，甚至出現誤報或漏報的情況，這不僅增加了排查時間，還可能對設備造成額外的損害。此外，傳統的配網線路巡檢主要是采用人工巡視方式，不適合范圍較大、距離較長的配網線路，花費時間較長且巡視效果有限[2]。特別是在面對復雜故障時，排查過程可能會變得非常繁瑣，工作人員需要逐一檢查每個設備或線路，這不僅增加了工作量，還可能延誤故障修復的時間，影響供電質量。

1.2 人工智能技術在配電網運行和維護中的重要性

人工智能技術在配電網運行和維護中的應用可以顯著提高電力系統的智能化和自動化水平，有效解決傳統配電網運行和維護技術給配電網運行和維護工作帶來的諸多不便。通過引入人工智能技術，可以通過對歷史數據的分析和實時監測，運用機器學習算法對電網運行狀態進行評估，預測可能出現故障的設備或線路，及時采取預防性措施，避免故障的發生。同時避免運行和維護人員對設備進行不必要的檢查和維護，從而提高運營效率。此外，人工智能技術可以通過分析電網運行數據，快速定位故障點，并自動隔離故障區域，確保非故障區域的正常供電。不僅如此，人工智能技術還可以結合多種能源來源的數據進行分析和優化，實現多種能源的協調調度和能源資源的最大化利用。

2 一種基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統設計方案

配電網作為電力系統的重要組成部分，其運行和維護管理的智能化和高效化是當前電力行業發展的趨勢。通過應用人工智能技術，達到實現對配電網運行狀態的實時監測、故障自動定位與隔離、自愈控制策略的實施以及分布式能源管理等方面優化的目標。基于此，研究了一種基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統設計方案，旨在提高配電網的運行效率、降低運營成本并提高供電可靠性，并實現智能化、自動化的運行和維護管理。此管理系統的架構如圖1所示。

圖1 基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統

配電網運行和維護管理系統的系統架構包括數據采集層、數據處理層、智能運行和維護層和應用層四個部分。其中，數據采集層負責采集配電網的運行數據；數據處理層通過深度學習技術對數據進行處理和分析，為智能運行和維護提供支持；智能運行和維護層實現故障預測、定位與隔離等功能；應用層則為運行和維護人員提供直觀的數據分析和操作界面。同時，為應對可能的緊急情況，還為該系統配備了應急管理模塊。

在配電網運行和維護管理系統的設計過程中，需要選擇合適的人工智能技術和算法。考慮到配電網數據的復雜性和實時性要求，本次設計選用深度學習技術實現該系統的數據分析和處理。同時，結合實際需求，采用人工智能算法、大數據技術、云計算技術等多種算法相結合的方式，共同實現該系統的故障預測、定位與隔離等功能。其中，人工智能算法用于對配電網運行數據的處理和分析，實現故障預測、智能調度等功能；大數據技術用于對海量數據的存儲和分析，實現數據挖掘和可視化等功能；云計算技術用于實現系統的分布式部署和高效計算。除此之外，在配電網運行和維護管理系統的設計中，還需要考慮到數據的安全性和隱私保護。本系統采取一系列安全措施，如數據加密傳輸、權限管理等，確保數據的安全性和隱私保護。

配電網運行和維護管理系統的數據采集層主要通過安裝各種傳感器和監測設備，對配電網的電流、電壓、功率等參數進行實時采集，并將數據傳輸至數據處理單元。這些數據可以通過有線或無線方式傳輸至匯聚網關，再由匯聚網關進行處理后，通過無線傳輸單元發送到系統服務器。其數據采集流程如圖2所示。

圖2 采集層數據采集流程

數據處理是配電網運行和維護管理系統的核心環節之一。數據處理層主要負責對采集到的數據進行清洗、整理、歸納、分類、存儲，以供后續查詢。同時將數據處理和分析后的結果提供至智能運行和維護層，支持運行和維護工作人員的運行和維護決策。不僅如此，數據處理層的核心功能是數據建模和分析，通過采用各種算法和模型，對歷史數據的訓練和學習，實現對數據的深入挖掘和分析，以此建立預測和診斷模型，發現潛在的問題和漏洞，實現對運行狀態的實時監測和故障預警，及時提出相應的應對措施。

智能運行和維護是本管理系統的核心功能之一，主要負責實現配電網的智能化運行和維護管理。智能運行和維護層通過應用人工智能技術，實現對配電網設備的智能化管理和維護，包括故障預測、自動巡檢、故障定位與隔離等功能。除此之外，為了方便運行和維護人員在現場操作，本管理系統提供移動應用功能。通過移動設備接入配電網運行和維護平臺，運行和維護人員可以實時查看配電網的運行狀態和故障信息，同時接收平臺發出的操作指令，實現遠程操控。將多種運行和維護手段與移動應用技術相結合，為運行和維護人員提供及時、準確的操作指令，提高運行和維護效率和準確性。

3 基于人工智能技術的配電網運行和維護策略的應用場景

3.1 低壓配電網智能監測

目前，常規的配電自動化系統主要針對中壓配電網的監控與故障處理，很少覆蓋低壓配電網，幾乎不涉及用戶側[3]。除此之外，對于一些負荷密度很低的偏遠地區，配電網智能化運行和維護覆蓋面有限，智能監測水平低。常規的配電自動化系統不能實現這些配電網運行狀態數據的監測，也不能為這些地方配電網的分布式電源管理、虛擬電廠、需求響應等提供高級應用功能。針對這些低壓配電網設備線路，尤其是低密度較偏遠的山區，通過部署基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統，為低壓配電網安裝各種智能傳感器和監測設備，可以實現實時監測低壓配電網的運行狀態和設備狀況，及時發現異常情況，并采取相應的處理措施。

3.2 配電網設備故障智能研判

針對涉及供電面積廣的重要配電網，這些線路設備一旦發生故障停電，將造成大面積停電，嚴重影響社會的穩定，造成嚴重的經濟損失。可以考慮對這些地方以前無法監測到的非自動化開關部署基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統，通過該系統對其配電網運行故障進行快速分析和診斷，快速研判故障點和故障原因，實現將故障研判時間由原來的人工現場檢查的幾個小時縮短至幾分鐘之內，提高故障處理效率。

3.3 配電網智能機器人不停電作業

如今，帶電作業在檢修中的比重越來越高。傳統作業方式對作業人員技能及體能要求高，作業風險較大，亟待優化改進。針對這一難題，通過將人工智能機器人與配電網不停電運行和維護相結合，在消除缺陷或設備安裝的過程中，采用遠程人工遙控智能機器人的方式代替人工操作開展配電網不停電作業。例如，帶電作業“小飛人”+無人機、帶電作業機器人等。其中，帶電作業“小飛人”+無人機通過將無人機、AI 技術和AR 眼鏡結合起來，應用于現場拍照、語音控制、輔助配網巡檢等方面[4]；帶電作業機器人通過在三維模擬系統的輔助下進入帶電區域，通過雙臂協同操作，運用視覺識別、運動控制等核心技術，自主識別抓取引線位置，在不停電的情況下完成穿線、剝線和接線等工作，解決高空、高壓、高溫、高危險性等帶電作業問題。配電網智能機器人不停電作業可大大提高配電網運行和維護的智能化水平，同時減少作業停電時間并保障作業中工作人員的人身安全。

4 未來人工智能技術在配電網運行和維護中的發展展望

智能配電網的概念已經在全球范圍內得到廣泛的關注，未來，智能配電網的運行和維護將更加注重與能源互聯網的整合，包括對分布式能源、儲能系統、電動汽車等新型能源和設備的集成和管理。這將需要引入更多的人工智能技術，如機器學習、大數據分析等，以實現更高效和智能的能源管理。不僅如此，智能配電網的智能控制更多的依賴智能芯片，然而，在智能電網建設的過程中，其中使用到的大部分的關鍵產品以及核心技術都是來自于國外，我國在該方面仍有著一定的欠缺[5]。因此，未來，智能配電網的運行和維護還應更加注重核心智能芯片的自主研發與應用，打破國外核心技術的封鎖。在自主研發智能芯片的幫助下，配電網將應用更高級的算法和模型，以及引入更復雜的自動化和智能化解決方案。例如，智能電網運行和維護系統可以通過人工智能的自主學習能力，自主分析設備的運行狀態和壽命，提前對亞健康的設備進行預警和提醒更換，提高電網的可靠性和安全性。

5 結語

人工智能技術在配電網運行和維護中的應用可以顯著提高現代電力工業的智能化和自動化水平，有效解決傳統配電網運行和維護技術給配電網運行和維護工作帶來的諸多不便。本文提出了基于人工智能技術的配電網運行和維護管理系統的解決方案和發展建議。該策略在各種場景中的應用可以提高配電網的運行效率和可靠性，降低運行和維護成本和提高用戶的滿意度。人工智能技術在配電網運行和維護與能源互聯網的整合中大有可為，未來筆者將繼續深入研究人工智能技術在電力系統中的應用和發展趨勢，為配電網的穩定運行提供更加先進的技術支持。