人工智能概论-电力系统智能化

人工智能概论6.1目录CONTENT概述电力系统智能化典型应用习题6.26.46.3未来发展趋势电力系统智能化

电力系统是指由发电厂、送变装置、输电线路、供配电装置和负荷用电器组成的电能产生、输送与使用系统。实现将自然界的煤炭、水、风、光、核燃料等一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电等环节将电能供应到各种负荷电器。

目前，人工智能技术已经在电力系统中的电力能源生产、安全控制、运行维护、负荷供给、市场交易等各个领域得到了广泛地应用6.1概述电力系统智能化智如图6-1所示，基本形成了智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电的全电力系统覆盖。

图6-1人工智能技术电力系统的应用电力系统智能化6.2.36.2.6智能电厂6.2.56.2.46.2.26.2.1智能电网智能变电站智能巡检系统智能电表智能抄送第三章智能穿戴6.2电力系统智能化的典型应用智能电厂是指将传感器、通信和控制等先进技术应用于电厂参量的测量、传输和控制，并将人工智能分析、优化和决策技术，与发电、传输、变送设施高度融合，在数字化、图像化、信息化、网络化的基础上形成一个新型高技术电厂。图6-2是火电、核电、风电和太阳能智能电厂的示意图。电力系统智能化6.2.1智能电厂电力系统智能化

图6-2智能电厂

智能电厂的本质是智能化、网络化、自动化技术在电力系统领域的高度发展与深度融合，主要体现在大数据、物联网、可视化、先进测量与智能控制等技术的系统化应用，其技术核心是智能发电技术。

智能电厂的内容是以发电过程的数字化、自动化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云计算、物联网为平台，集成智能传感与执行、智能管控与优化、智能管理与决策等技术。

智能电厂发展的目标是让电力系统具备人的思维判断能力，并具有一定或全自主的自我诊断、学习和执行的能力。电力系统智能化智能电网是指通过先进的感知、测量、网络、控制以及智能决策支持系统，实现电力系统网络的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其内容可包括智能发电系统，智能变电站，智能储能系统，智能配电网，智能调度，智能城市用电网，智能电能表，智能交互终端，智能用电楼宇，智能家电等，如图6-3所示。电力系统智能化6.2.2智能电网电力系统智能化

图6-3智能电网组成智能电网是在传统电力系统基础上，融合先进信息通信、控制、储能、新材料等技术，集成新能源、新设备等构成的新一代电力系统，可实现电力发、输、配、用、储过程中的数字化管理、互动化交易、智能化决策与控制。智能电网具有智能、集成、交互、协调、兼容、安全、高效等特点。智能电网的建设内容包括研究先进的发电厂控制、监测及状态诊断和优化运行控制技术，提高发电厂的管理运行水平。输电环节实施输电线路状态检修管理，延长设备工作寿命。变电环节构建具备集成、互动、自愈、兼容、优化等特征的智能配电系统，提高变配电网可靠性。用电环节实现电网与用户的双向互动，提升用户服务质量，满足用户多元化需求。电力系统智能化电力系统智能化中新天津生态城智能电网综合示范工程是国内建设比较早的智能电网综合示范工程之一，涵盖了发电、输电、变电、配电、用电、调度等六大环节，包括分布式电源接入、储能系统、智能电网设备综合状态监测系统、智能变电站、配电自动化、电能质量监测和控制、用电信息采集系统、智能楼宇、电动汽车充电设施、通信信息网络、电网智能运行可视化平台共十一项示范功能建设，集中展示了智能电网智能、集成、交互、协调、兼容、安全、高效的特点。电力系统智能化国际上的智能电网研究和建设也是如火如荼。美国电科院启动的智能电网大数据研究项目，研究在输配电上的大数据应用。美国PacificGasandElectric公司基于用户用电数据开展了大数据技术应用研究。美国C3Energy公司与IBM合作开发了针对智能电网的大数据分析系统。Oracle公司提出了智能电网大数据公共数据模型，包含配电管理模型、断供电管理模型、网络管理模型。电力系统智能化法国电力公司基于大数据的用电采集应用，实现了电网监测、电网自动愈合、电网调度局部优化，可提供实时电价，实现可再生能源接入。英国国家电网公司完成了基于大数据的实时用电，可以呈现设备资产信息、设备运行数据、天气信息、腐蚀速率、用户用电测量等相关信息，并实现资产战略管理。德国的电力公司，基于大数据实现实时用电查询，除了电网状态监测、用户用电测量，还可将近几个月电表数据存储并加密保护，提供实时用电消费计算及实时查询。加拿大BCHydro公司基于大数据的用户行为分析，实现了实时用电消费计算及呈现，客户用电模式分析及呈现，用电欠费通知以及快速恢复操作，窃电检测及节能管理。电力系统智能化智能电网是承载工业4.0的基础平台，对工业4.0具有全局性的推动作用。目前，国际上智能电网建设主要关注于分布式光伏、电动汽车、电工装备、综合能效、数据商业化、线上产业链金融化等几个方面，使智能电网将更好地服务国民经济、政府部门、能源供应者、能源消费者，促进全环节、全要素供需对接和资源优化配置，构建互利共赢的电力系统新生态。智能化变电站是指由智能化电力系统设备组成，基于现代网络和通信技术，实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站，具有运行操作自动化、信息共享化、分区管理统一化、电网调度和控制智能化等特点。智能化变电站的主要功能是用于对电力系统中电压和电流进行变换，接收发电厂电能及分配用户电能。在发电厂侧的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中，在用户侧的变电站则是降压变电站，其作用是将电网中传输的电能降压后满足用户生产、生活需求。电力系统智能化6.2.3智能变电站电力系统智能化智能变电站内的智能化电力系统设备可分为一次智能电气设备和二次智能电气设备。一次智能电气设备指直接生产、输送、分配和使用电能的设备，主要包括智能变压器、智能断路器、智能开关、母线、避雷器、电容器、电抗器等。二次智能电气设备是指对一次设备和系统的运行工况进行智能测量、监视、控制和保护的设备，它主要包括智能继电保护装置、智能测控装置、智能计量装置、智能系统以及为二次设备提供电源的直流设备。电力系统智能化根据变送负荷、功能区域、造成的事件等级，可将智能变电站分为四类。一类智能变电站是指交流特高压站，3MkW及以上核电、大型能源基地外送及跨大区的750/500/330kV变电站，都属于一类变电站。二类智能变电站是指除一类智能变电站以外的其它750/500/330kV智能变电站，1MkW及以上、3MkW以下电厂外送变电站及跨省联络220kV变电站，主变压器或母线停运、开关拒动造成四级及以上电网事件的变电站，都属于二类智能变电站。三类智能变电站是指除二类以外的220kV变电站，0.3MkW及以上、1MkW以下电厂外送变电站，主变压器或母线停运、开关拒动造成五级电网事件的智能变电站，以及为一级及以上重要用户直接供电的变电站，都属于三类智能变电站。四类智能变电站是指除一、二、三类以外的35kV及以上变电站。电力系统智能化图6-4智能变电站及智能化设备电力系统智能化由于人工智能技术的采用，智能变电站在节能环保、交互性、可靠性方面都有了很大提高。节能环保体现在智能变电站的通信方式由光纤电缆取代了传统电缆，各类电子设备中也使用大量的集成度高、功耗低的电子元件，降低了成本，减少了环境污染和能源消耗。交互性是指智能化技术可以为电网提供详细、安全的电网运行数据信息，智能变电站对信息进行采集和分析后，可以将这些信息进行内部共享，实现了良好的交互性。安全性是指智能变电站能够有效应对外部干扰，进行诊断和分析，并能迅速采取措施，进行处理，有效地预防了危险事件的发生。在电力系统中，电气设备和线路的运行维护、日常巡检工作是非常重要的。然而，传统的电力系统巡检、维护主要是靠检修人员携带检修设备来完成，跋山涉水也是常有的事。据统计，截至2018年，中国大陆地区110kV及以上电压等级输电线路回路长度约为130万公里，其中20%输电线路建设于无人区、山区等自然条件恶劣的地区。在传统的电力系统中多采用人工作业，工人在高架台上进行巡检工作或是沿线行走、登塔或借助望远镜和照相机来检查电路问题。电力系统智能化6.2.4智能巡检系统电力系统智能化人工巡检无法避免因人员技术有限，以及地理环境恶劣所造成的巡检结果精度不高、巡检覆盖率低、巡检成本高等棘手问题。工人在运行维护过程中还有一些局限性问题，如高空作业具有一定的安全隐患，在森林或无人区线路，工人无法抵达等。另外，为避免检修停电，检测人员需要在高压电器设备上不停电进行检修、测试，这更增加了运行维护工作的难度和风险性。机器人还能够在大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨等恶劣天气条件下工作，代替或辅助人工完成电气设备的巡检，降低了运行人员的工作强度和安全风险。电力系统智能化在电力系统线路巡检方面，通过电力巡检无人机，检测人员可以清楚看见一些重要部件是否受到损坏，保证电力线路的安全，保障居民的用电，使得巡检信息化、可视化、立体化、智能化。目前，无人机已经实现了日常巡检、特殊巡检，以及电网灾后故障巡检，如图6-5所示。另外，无人机还被用于电子系统线路架设，利用展放导引绳来架设线路，有效缓解生态环境保护和架线施工的矛盾，如图6-6所示。电力系统智能化图6-5智能巡检机器人图6-6智能电力巡检无人机电力系统智能化在电力系统线路巡检方面，通过电力巡检无人机，检测人员可以清楚看见一些重要部件是否受到损坏，保证电力线路的安全，保障居民的用电，使得巡检信息化、可视化、立体化、智能化。目前，无人机已经实现了日常巡检、特殊巡检，以及电网灾后故障巡检，如图6-6所示。另外，无人机还被用于电子系统线路架设，利用展放导引绳来架设线路，有效缓解生态环境保护和架线施工的矛盾。电力系统智能化

智能电力巡检无人机还可以规划巡检线路，近距离获取巡检设备的设备图像、地形图像、电力线路图像，不仅可以确保获取数据的高效性，而且可以在多方面降低环境对信息采集与勘测的影响。智能系统对无人机采集的数据进行分析，能够全面兼顾各方面因素，充分利用有限的资源，使区域规划与线路走向更加合理，使电力线路的巡检、架设路径得到优化。智能电表是电力系统的智能终端，具备传统电能表基本用电量的计量以外，还具有双向多种费率计量、用户端控制、多种数据传输模式的双向数据通信、防窃电等智能化的功能，而且样式和外观也更加美观，兼备了功能性、智能性和艺术性的特点，如图6-7所示是部分新型智能电表。电力系统智能化6.2.5智能电表及抄表系统电力系统智能化图6-7新型智能电表电力系统智能化

智能抄表系统具有身份、电表终端、数据网关等用户设置及设备管理，预购电量、无费关断、催费通知、票据打印、结算报表、自助缴费等电能计量及收费管理，分时段控制电路通断、负载功率限制、恶意负载限制、反限电插座识别、断电自动恢复功能等参数配置及负载管理，设备状态监测、房间状态监测、状态查询与记录、剩余电量与用电量查询、退费管理、多种费率设置等状态监测与数据管理功能。

据统计，国家电网用户智能电表安装达2.6亿块，覆盖率超过了50%，南方电网服务区域内实现计量自动化终端100%全覆盖，新智能电表的覆盖率达到了80.6%。人工智能技术融入电力系统，使电力系统能源使用更加清洁环保，资源配置更加协调高效，运营管理更加安全可靠，维护检修更加简约准确，用电交易更加快捷方便。清洁环保是指在人工智能技术的应用下，能源生产侧的智能化水平大幅提升，促进了电源与电网信息的高效互通，石油、煤炭等发电原料的清洁利用率将不断提升，将大幅度降低发电能耗水平和污染排放水平。电力系统智能化6.3未来发展趋势电力系统智能化

协调高效是指风能、水能、太阳能等新能源发电大幅度提升。同时，人工智能技术、大规模新能源发电并网、分布式能源智能储能系统与智能电网协调优化的广泛使用，将大幅度提升电力系统接纳新能源的能力。

安全可靠是指在人工智能、大数据、网络技术的应用下，电力系统运行数据进入平台后，通过多维度的智能数据关联和数据挖掘等分析技术，进行智能辅助决策与判断，将保障运营管理的安全可靠。电力系统智能化

简约准确是指在维护检修过程中，无人值守、巡检机器人、检修无人机等智能设备的运用，以及自检、自恢复、自维护等功能的具备，将使电力系统的维护检修更加智能化。

快捷方便是指实现电力交易与