人工智能技術(shù)提升電能質(zhì)量管理的路徑與建議

當(dāng)前，我國(guó)在大力推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的過(guò)程中，能源電力安全保供重要性日益凸顯，新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建，對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理提出更高的要求。人工智能技術(shù)隨著算法和算力的提升，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)、電力調(diào)度、用能管理等方面，大幅推動(dòng)了數(shù)據(jù)、算法、算力、人力等生產(chǎn)要素深度融合，為電能質(zhì)量管理提供了新的解決方案。

電能質(zhì)量管理現(xiàn)狀

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是我國(guó)能源領(lǐng)域全面轉(zhuǎn)型升級(jí)面臨的重大歷史機(jī)遇，同時(shí)也是我國(guó)確保能源穩(wěn)定供應(yīng)需面對(duì)的重大考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵和特征，是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)多向協(xié)同、靈活互動(dòng)為有力支撐，以堅(jiān)強(qiáng)、智能、柔性電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為基礎(chǔ)保障的新型電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體。針對(duì)我國(guó)加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的具體目標(biāo)，從保障電力安全供應(yīng)、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、加強(qiáng)電能質(zhì)量管理頂層設(shè)計(jì)等方面，對(duì)發(fā)電電能質(zhì)量管理、輸配電電能質(zhì)量管理、用電電能質(zhì)量管理、信息管理、監(jiān)督管理等提出了具體要求，并明確了電能質(zhì)量責(zé)任主體應(yīng)當(dāng)按“誰(shuí)干擾，誰(shuí)治理”的原則及時(shí)處理，并接受監(jiān)督管理。該辦法的出臺(tái)，意味著維護(hù)電能質(zhì)量穩(wěn)定可靠是電力系統(tǒng)中“發(fā)、輸、配、用、監(jiān)”多個(gè)方面主體的共同責(zé)任。

近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，電能質(zhì)量的發(fā)展面臨著多方面的挑戰(zhàn)。新能源接入方面，受風(fēng)速、日照強(qiáng)度等自然條件的影響，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和間歇性，同時(shí)新能源發(fā)電機(jī)組相較火力發(fā)電機(jī)組而言，系統(tǒng)慣量低，在抗擾動(dòng)、維持電壓和頻率的能力方面存在不足，其接入會(huì)消耗大量無(wú)功功率，甚至破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，隨著分布式新能源滲透率的提高，需要解決雙向潮流引起的復(fù)雜的線路保護(hù)、有功無(wú)功控制以及通信等問(wèn)題；電力電量時(shí)空平衡方面，由于發(fā)電側(cè)新能源發(fā)電固有的強(qiáng)隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，在用戶側(cè)算力中心、新能源汽車、傳統(tǒng)行業(yè)實(shí)施再電氣化等因素的共同作用下，電力系統(tǒng)的電力電量時(shí)空平衡難度將顯著加大；資源優(yōu)化配置和調(diào)度方面，智能電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和智能調(diào)度能力，在一定程度上緩解了各種新能源發(fā)電的接入和調(diào)配等問(wèn)題，且隨著“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化的程度不斷加深，系統(tǒng)對(duì)智能電網(wǎng)的需求也會(huì)隨之提升。

綜上，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下，電能質(zhì)量管理的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)慣量低、抗干擾能力低、多尺度響應(yīng)需求大、能源供給不確定等方面。面臨的挑戰(zhàn)主要包括新能源資源的不確定性、設(shè)備低抗擾、弱支撐性帶來(lái)的安全隱患，以及電壓和頻率調(diào)節(jié)支撐能力弱、源荷功率波動(dòng)性大、電能質(zhì)量指標(biāo)越限等問(wèn)題。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題已經(jīng)得到了一定的緩解，未來(lái)人工智能技術(shù)將在日趨復(fù)雜的新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用。

人工智能發(fā)展對(duì)電能質(zhì)量提升的意義

近年來(lái)，以AlphaGo和ChatGPT為代表的人工智能技術(shù)，在應(yīng)對(duì)不確定性、隨機(jī)性問(wèn)題方面取得飛速發(fā)展，人工智能正驅(qū)動(dòng)電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的單向供電模式向智能化的要素協(xié)同模式轉(zhuǎn)變。伴隨新型電力系統(tǒng)波動(dòng)性、隨機(jī)性和分散性增大，系統(tǒng)性解決源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)條件下的電能質(zhì)量問(wèn)題成為關(guān)鍵，通過(guò)廣泛連接、以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的強(qiáng)大平臺(tái)，在智能和價(jià)值雙驅(qū)動(dòng)下，形成基于人工智能技術(shù)的電能質(zhì)量管理模式。

隨著人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用日趨廣泛，電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各個(gè)領(lǐng)域均發(fā)生了深刻變革。數(shù)字電廠在提升設(shè)備可靠性的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)電力運(yùn)維模式提出了新的挑戰(zhàn)，智能預(yù)測(cè)和分析技術(shù)在提高電網(wǎng)魯棒性的同時(shí)，引起了巡檢和調(diào)度領(lǐng)域的深刻變革，智慧用電管理和電動(dòng)汽車的大量普及使得虛擬電廠由概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，快速感知和智能分析技術(shù)使儲(chǔ)能設(shè)備可在平抑電網(wǎng)波動(dòng)的同時(shí)盡可能提高使用壽命。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜化，人工智能技術(shù)在電能質(zhì)量管理中的作用將越發(fā)突出。

電能質(zhì)量數(shù)據(jù)預(yù)警診斷方面，系統(tǒng)通過(guò)智能配電網(wǎng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)挖掘、智能診斷及預(yù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器和電容器等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)警和管理，從而有效預(yù)防電能質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。優(yōu)化電力資源調(diào)度方面，系統(tǒng)通過(guò)智能算法對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和處理，進(jìn)行負(fù)荷數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測(cè)，優(yōu)化電力調(diào)度和能量管理，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少能源浪費(fèi)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和診斷方面，系統(tǒng)基于深度學(xué)習(xí)的電表大數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)，利用Pearson分析以及交叉驗(yàn)證等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)電表運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)存在的多種電能質(zhì)量干擾因素進(jìn)行快速檢測(cè)和準(zhǔn)確識(shí)別，對(duì)各種擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行正確的分類。輔助決策方面，人工智能技術(shù)一方面依托強(qiáng)大的算力和數(shù)據(jù)積累，對(duì)當(dāng)前的電力系統(tǒng)各方面狀態(tài)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，另一方面，基于電力系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析將為電力系統(tǒng)未來(lái)規(guī)劃指明方向。

人工智能提升電能質(zhì)量

管理水平的路徑和建議

近期，我國(guó)電力行業(yè)的使命是電力安全保供和推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，面對(duì)迅猛增長(zhǎng)的新能源和急劇變化的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，人工智能的支撐與賦能使命任重道遠(yuǎn)。電力行業(yè)在替代化石能源和人工智能的雙重沖擊下進(jìn)行變革在所難免，電能質(zhì)量管理唯有在深刻理解人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)作為，才能贏得先機(jī)，助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。

一是要加快布局和發(fā)展智能產(chǎn)業(yè)。積極響應(yīng)能源安全新戰(zhàn)略、智能化發(fā)展新趨勢(shì)和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的新要求，堅(jiān)定不移把數(shù)字化、智能化作為能源現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展方向，能源企業(yè)要發(fā)揮科技創(chuàng)新主體作用，加快布局和發(fā)展智能產(chǎn)業(yè)，積極參與并加快建設(shè)一批智能算力中心，加大人工智能技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，加速推進(jìn)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的智能化管理。

二是加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化管理及功率預(yù)測(cè)。以電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定為基礎(chǔ)、以市場(chǎng)消納為導(dǎo)向，加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)背景下的功率預(yù)測(cè)，不斷完善數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)工作，加大功率預(yù)測(cè)的研究力度，要對(duì)虛擬電廠、分布式光伏、微網(wǎng)快速發(fā)展下的發(fā)電量、負(fù)荷等進(jìn)行多方面的預(yù)測(cè)和管理，提高電能質(zhì)量管理的準(zhǔn)確性和效率。

三是強(qiáng)化創(chuàng)新策略、應(yīng)用示范和人才聚集。加大高層次人才和專業(yè)化人才的交流力度，形成從基礎(chǔ)前沿、技術(shù)支撐、科技創(chuàng)新、科技服務(wù)等覆蓋創(chuàng)新全鏈條的人才隊(duì)伍譜系。加大產(chǎn)學(xué)研用一體化推進(jìn)力度，通過(guò)建立協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)資源共享和學(xué)科間融合，加強(qiáng)內(nèi)外部合作，共同推進(jìn)人工智能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用。

四是提升人工智能輔助決策能力。以數(shù)智化發(fā)展為契機(jī)，積極培育新質(zhì)生產(chǎn)力，促進(jìn)人力資源優(yōu)化、智能技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)工作的深度融合，從數(shù)據(jù)收集與分析、狀態(tài)感知、優(yōu)化與規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別管控、量化分析、精益化管理等多方面積極發(fā)展數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)，不斷強(qiáng)化人工智能技術(shù)在各領(lǐng)域的發(fā)展成果向電能質(zhì)量管理進(jìn)行“遷移學(xué)習(xí)”，提升人工智能決策的效率和準(zhǔn)確性。

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