碳達峰、碳中和目標下，以新能源為主體的新型電力系統正在加快構建，新能源的不確定性和難預測性對電力系統運行的影響更加突出，傳統以人為中心的電力調度模式面臨挑戰。而新一代人工智能技術的創新發展正在引發鏈式突破，為提升電力調度技術支撐能力提供了新的途徑。
新型電力系統加快構建，電力調度面臨新挑戰
電力系統是現代社會最重要、最龐大、最復雜的人工系統。作為電力系統的“大腦”，電力調度承擔著確保電力系統安全高效經濟運行的職責，其功能主要包括：預測用電負荷，安排發電任務、確定運行方式，監測和分析全系統運行狀態，指揮操作、故障處理等。
在加快構建以新能源為主體的新型電力系統的新形勢下，我國電力系統的結構形態和商業模式正在發生深刻變化，電力調度面臨的挑戰愈發嚴峻。
一是隨著新能源、可控負荷、儲能等不斷增加，電網運行方式的不確定性日益增加。二是氣象、市場和社會因素對新能源和負荷預測誤差的影響越來越明顯，電網實際運行情況與基于傳統預測方法的預測結果之間的偏差擴大。三是“源-網-荷-儲”協同運行導致各層級電網調度對象的數量呈指數級增加，監控信息大幅增長。受制于預測誤差、邊界條件、優化算法等條件限制，傳統的基于優化建模的經濟調度方法或求解時間過長，或難以得出結果，調度人員實時決策的壓力劇增。四是電力市場下多方主體利益博弈加劇了電力系統運行的不確定性，多方利益平衡和電力平衡的交集空間變小，實現電力系統最優調度決策的復雜程度增加。
基于新一代人工智能的電力調度取得初步成效
面對挑戰，電力調度亟須向智能化方向發展。2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確建立新一代人工智能關鍵共性技術體系，其中包括跨媒體分析推理技術、群體智能關鍵技術、混合增強智能新架構與新技術等。新一代人工智能技術為提升電力調度智能化水平提供了新思路、新手段。目前，人工智能技術在電力調度領域的應用已取得初步成效。
中國電科院、南瑞集團等單位的技術攻關人員將深度學習等人工智能技術引入電力系統有功和無功負荷預測業務，基于海量歷史數據樣本掌握電力系統有功頻率、無功電壓的分布特性，開發了母線負荷預測軟件。該軟件已在福建、江蘇電力調度控制中心等得到應用，提升了母線負荷預測準確度。
技術攻關人員利用知識圖譜技術，構建了電網設備操作、故障處理知識庫。應用了知識庫的調度自動化系統可根據電網運行數據和故障信息，主動向調度人員推送電網操作與故障處置預案，避免人為誤操作的發生。相關研究成果已在江蘇、福建、冀北電力調度控制中心等得到應用，提升了調度人員對電網事故的處置能力。團隊還利用語音識別、語義理解等技術，結合調度業務語料，開發了調度語音助手。這一工具目前已在華東電力調度控制分中心和上海、江蘇電力調度控制中心應用，豐富了電力調度人機交互手段，提升了交互效率。
探索電力調度領域人工智能應用新場景
面向加快構建新型電力系統的新形勢，繼續結合知識圖譜、強化學習、群體智能等新一代人工智能技術，探索電力調度領域智能應用新場景，將有力支撐新型電力系統安全高效經濟運行。
● 基于知識圖譜的調度優化決策
知識圖譜是結構化的語義知識庫。它是由節點和邊組成的數據結構，每個節點表示現實世界中存在的“實體”，而每條邊為實體與實體之間的“關系”。通俗地講，知識圖譜就是把所有不同種類的信息連接在一起得到一個關系網絡，再運用網絡結構描述現實世界中的概念、實體及其相互關系。其信息表達方式更接近人類認知世界的方式。
借助知識圖譜技術提取和凝練電力調度控制中心常年積累的系統運行數據、調度專業知識和人工經驗，再通過知識搜索和推理，優化調度策略，有助于提升調度策略的有效性和經濟性。下一步可重點在基于知識圖譜的電網故障處置成果基礎上，把調控領域的知識圖譜應用由固定規則判斷提升到先驗知識運用，并應用于日前調度計劃優化編制等更復雜的調度核心業務，實現由知識驅動的優化調度輔助決策。
● 基于混合增強智能的調度控制
混合增強智能是將人的作用或人的認知模型引入人工智能系統中，與機器智能共同形成混合增強智能的形態。這是人工智能或機器智能可行的、重要的成長模式。
混合增強智能技術與當前電力調度中人（調度員）與機器（調度自動化系統）協同合作方式高度契合，有望成為解決電力調度復雜問題的新工具。
實現混合增強智能調度需要解決眾多理論和技術問題。基于混合增強智能的電力調度將打通機器和人之間的雙向通道，實現復雜隨機電力調度問題的人機共識和共融決策，可應對能源轉型過程中“源-網-荷-儲”多元資源參與調度運行帶來的隨機性強、狀態演變復雜、決策變量多、利益主體訴求不一等問題，提升調度決策的智能化水平。
● 基于群體智能的協同調度
群體智能是指在集體層面表現的分散、去中心化的自組織行為，比如蟻群、蜂群的集體行為，鳥群、魚群為適應空氣或海水而進行的群體遷移等。群體智能不是簡單的多個體集合，而是超越個體行為的更高級表現，具有自組織性、高度自治性、高效協同性、自主學習性等優點，特別適合開放環境下利用競爭與合作等多種方式來解決復雜系統的決策問題。
群體智能的優點與能源互聯網的互聯、對等、互動等特征十分契合。將群體智能的協同、共享、控制等理念與能源互聯網環境下地區電網可調控資源的多樣化類型和優化目標結合，可提出能源互聯網環境下的群體智能協同調度架構。上層為群體層，調控中心智能體代表電網利益，與新能源汽車充電站、智慧小區、儲能站和負荷聚合商等群體的智能體共同完成地區電網層面的集體決策；中間層為子群層，包括直轄設備群和用戶設備群，群體中心通過激勵、合作等方式協調子群智能體共同完成群內決策；下層為終端層，歸屬群體中心直轄的設備由群體中心智能體通過功率快速分配算法直接控制，歸屬用戶管理的設備由用戶智能體自主控制，實現最優響應。
由此，可將傳統集中式、單向的電力系統轉變為參與者對等、與更多資源融合互動的系統。這一方面可以降低電力調度控制中心優化電力系統運行方式的難度，減輕調控壓力，提升電力系統運行的安全性和經濟性，另一方面能充分發揮海量負荷側資源調控潛力，促進負荷側資源參與電網互動，實現多方共贏。
（作者單位：中國電力科學研究院有限公司）
作者：湯必強 李亞平 楊勝春
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