當今，綠色、智能、互聯網成為主旋律，全球正在發(fā)生一場前所未有的能源革命和數字革命。國家電網公司積極構建、融合多能轉換技術、智能控制技術和現代信息技術的廣域泛在、開放共享的能源互聯網。人工智能是新一代電網和能源互聯網的必然選擇，電力人工智能必將與未來新一代數據驅動的能源互聯網和諧共生。
數據驅動：7大核心技術
能源電力領域正在不斷發(fā)生變化。一次能源向綠色、清潔、可再生轉變;電能替代和再電氣化成為趨勢，電動汽車、分布式新能源等負荷出現;電網向高電壓大電網、廣域互連發(fā)展，配電網柔性自適應;逐步形成能源互聯網。隨著大量新能源、新興負荷接入，電網實時平衡面臨挑戰(zhàn);電網逐步演變?yōu)樵础⒑伞Α⑷说榷嘀匾蛩仉S機、時空不確定的新型網絡，傳統(tǒng)方法已經無法解決上述問題，必須采用人工智能的方法。
中國電力科學研究院副院長王繼業(yè)提出，電力人工智能是人工智能的相關理論、技術和方法與電力系統(tǒng)的物理規(guī)律、技術、知識融合形成的專用人工智能。數據驅動的人工智能技術是支撐新一代電力系統(tǒng)的重要手段。電力人工智能核心技術方向包括智能傳感、人工智能平臺、大數據、機器學習、計算機視覺、自然語言處理、智能機器人等7部分。
智能傳感以構建全業(yè)務泛在電力物聯網為目標，集成先進技術、創(chuàng)新研究，突破先進感知、邊緣智能、網絡連接、微源取能等核心技術;人工智能平臺將提供豐富的算法和模型庫，并形成人工智能應用研發(fā)的全流程一站式服務;大數據將重點開展大數據統(tǒng)一平臺、數據分析挖掘、統(tǒng)一數據模型等技術研究和應用需求及業(yè)務模型研究;機器學習在跟蹤研究深度學習、強化學習等基礎上，研發(fā)針對特定電力業(yè)務場景的機器學習應用模型;計算機視覺將重點研發(fā)電力影像智能輔助標注技術、電力設備檢測與缺陷識別算法，實現實時設備識別和缺陷檢測;自然語言處理將構建電力主題詞表，構建調控、運檢和營銷等領域知識圖譜，并最終形成新一代電力智能搜索和問答解決方案;智能機器人，將重點突破智能算法封裝、自主識別、自主行為、自主學習、人機協作等核心技術，實現電力機器人的自主和智能化。
融會貫通：從研究到應用
30多年來，中國電力科學研究院(簡稱中國電科院)探索傳統(tǒng)電力技術與人工智能、大數據和智能傳感技術的結合，持續(xù)開展電力領域人工智能應用技術研究，在輸變電工程智能巡檢、電網運行輔助決策、配用電數據智能挖掘與模式識別等方面取得了階段性成果。
大型電力變壓器設備成本高，是輸變電系統(tǒng)的關鍵樞紐，一旦發(fā)生故障可能會造成設備資產損壞和大停電等巨大損失，需要基于對電力變壓器的狀態(tài)評價來開展狀態(tài)檢修工作，避免對變壓器的“過修”“欠修”。中國電科院面向全網在運500千伏變壓器研發(fā)電氣性能狀態(tài)評價應用模塊。目的是在大型電力變壓器非正常狀態(tài)樣本稀缺、數據質量不夠理想的實際情況下，盡早發(fā)現狀態(tài)劣化的變壓器，通過應用不平衡數據學習、非均等代價學習、集成學習等機器學習方法，引入電力領域專業(yè)知識和專家經驗，有效輔助變壓器電氣性能狀態(tài)評價工作，實現對電力變壓器設備的自動化、差異化、客觀量化狀態(tài)評價，最終實現變壓器設備的可控、在控、能控。
最強大腦：巡檢機器人
2018年以來，國網浙江省電力有限公司大力推進變電站機器人“單軌制”巡檢，讓機器人有效代替人工巡檢，提升運維水平。共推進603臺戶內外巡檢機器人的部署應用，實現了220千伏及以上變電站機器人全覆蓋，充分利用機器人協同人工開展紅外測溫、表計抄錄、缺陷跟蹤、狀態(tài)核查、安全監(jiān)管等工作，500千伏及以上變電站已實現33臺機器人“單軌制”巡檢(占在運總數的78.5%)，累計發(fā)現及跟蹤設備缺陷192條，每月每站能節(jié)省124小時˙人，提升了運檢工作效率。配置84架線路巡檢無人機，編制三年人機協同巡檢體系建設規(guī)劃，組建全省無人機應用專家團隊并完成140余人的無人機取證工作，應用無人機開展覆冰核查、線路故障查找、山區(qū)樹線距離分析等工作，完成500千伏及以上線路巡檢桿塔2856基，發(fā)現缺陷1622處。下階段將全面梳理圖像識別、語義識別、虛擬現實、大數據分析、機器學習等人工智能技術在運檢領域的應用需求，編制人工智能應用規(guī)劃并分階段實施。
火眼金睛：圖像分析算法
電力輸電線路點多、線長、面廣，特別是高壓、特高壓輸電線路輸送容量大、輸電距離遠，線路沿途通道狀況、環(huán)境條件、天氣狀況等對線路安全運行影響大。根據2010年～2017年運行統(tǒng)計，雷電、大風、雨雪冰凍、大霧等惡劣天氣以及山火、施工碰線等外力破壞是導致線路故障跳閘的最主要因素，占全部故障跳閘總數的80%以上。南瑞集團有限公司通過研發(fā)輸電線路防外破、線路缺陷識別、飄浮物和覆冰檢測等圖像分析算法，解決了傳統(tǒng)人工線路巡視效率低、高空作業(yè)風險大的問題，提升了工作效率效益和線路本質安全，實現了標準化、規(guī)模化、智能化作業(yè)。研發(fā)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝在桿塔上的智能微拍攝像機抓拍現場圖片，并進行智能分析檢測。當檢測到車輛、施工機械或樹木等外物接近輸電線路超過允許距離，輸電線路本體缺陷、附著異物、舞動和覆冰等重大隱患時，會主動預警短信通知相關巡視人員，保障線路安全運行。
精益求精：開發(fā)多項技術
經過10多年的科研投入與技術開發(fā)，山東魯能智能技術有限公司(簡稱魯能智能公司)在電力特種機器人領域研發(fā)了變電站智能巡檢機器人、室內軌道式智能巡檢機器人、換流站閥廳檢測機器人、無人機巡線系統(tǒng)等一系列具有自主知識產權的技術產品。2018年1月，魯能智能公司與全球能源互聯網研究院聯合申報的人工智能聯合實驗室由國家電網公司批復設立。
魯能智能公司研制的人工智能技術應用包括無人機智能巡檢吊艙、配網車載檢測系統(tǒng)、線路在線可視化系統(tǒng)、基于視覺的多自由度的機械臂控制系統(tǒng)等。其中，新一代基于深度學習技術的輸電線路無人機智能巡線系統(tǒng)，搭載有“智眸”“超腦”兩大核心。“智眸”系統(tǒng)是一款可以替代傳統(tǒng)單一定焦或變焦云臺相機的智能硬件，通過同軸雙視場協同技術，解決了可見光雙視場相機的搭載難題。“智眸”云臺控制精度達到0.01度，可以將傳統(tǒng)拍攝距離從2米～10米擴展至30米～50米，保證了輸電線路各類型精細化巡視作業(yè)的安全開展。“超腦”系統(tǒng)通過深度學習技術從十多萬張輸電線路巡視圖片中監(jiān)督學習，可在0.3秒內完成輸電線路常見的9大類設備識別，同時完成每類設備潛在的近10個不同等級缺陷診斷。“智眸”與“超腦”可廣泛搭載于旋翼無人機平臺、油動無人直升機平臺，作為獨立的單兵便攜式智能化巡線作業(yè)工具。
本版內容來源于中國電力科學研究院、山東魯能智能技術有限公司、南瑞集團有限公司、國網浙江省電力有限公司等，韓笑、張國賓、劉鵬、劉鳳魁、吳瓊珊、王萬國、葉永生、李豐盈對本文有貢獻。