2024人工智能在电力系统中的应用及其最新进展报告

人工智能在电力系统中的应用 及其最新进展 北京交通大学吴俊勇 2024年4月 目录电力人工智能及其应用现状（广度） CONTENTS 数据驱动电力系统暂稳评估与控制（深度） 人工智能大模型最新进展（焦点） 第一部分日电力人工智能 及其应用现状（广度） 北京交通大学一、研究背景 电力人工智能概念 电力人工智能是人工智能的相关理论、技术和方法与电力系统的物理规律、技术与知识融合创新形成的专用人工智能”。 要数据动的人智能技术是支掌新一代电力系统的重要段 新一代电力系统系统的显著特征是高比例可再生能源、高比例电力电子装备接 入电网、多能互补综合能源和信息物理深度融合智能化 随看新能源、电动汽车、需求响应等技术的广泛应用和电力市场化发展，开放性、不确定和复杂化问题突出，机理方法难以建模：大电网广域互联和交直流混联需要数据支撑的新的稳定运行机理。电力系统的监控、量测系统产生的数据，与外部相关数据融合，提供了良好的数据基础 能源电力领域的数字时代已经到来，能源生产、传输和消费各环节中多要素广 泛芝接入和融合共享，形成一种新型的开放式和生态式系统人工智能将为数字化的能 源电力赋子新动能。 北京交通大学研究背景 电力人工智能技术架构 新能源电网安全新兴负荷电力资产 消纳与稳定感知预测管理运维 智能机器人 计算机视觉自然语言处理机器学习 人工智能平台大据 智能传感 北京交通大学研究背景 电网面临的问题 电网实时平衡：大量新能源、新兴负荷接入形成随机、不确定的网络，电网实 时平衡面临挑战 交直流混联大电网：电网结构复杂程度显著增大，电网运行方式变化频繁，面 临更大的不确定性。 新能源消纳：风电太阳能发电波动性、间歇性和不确定性给电网的消纳和稳定运 行带来挑战。 电网调控：随着电网运行复杂性的增加，使用传统的机理分析模型和调控手段 难以达到预期效果，驱需全面感知、全景预测的新一代调控系统， 继电保护：电网发展要求继电保护配置与定值整定能够适应运行方式实时改变的需要，具备足够的灵活性、可靠性 配电网：驱需提高供电可靠性、电能利用效率和电网资产利用率，需要主动应对 大规模分布式电源接入和大量电动汽车充电站/桩接入。 新兴负荷的灵活互动：电动汽车、智能楼宇、智能家居、绿色微能源等新兴负 荷的灵活接入和与电网的双向互动，价格因素下人的行为具有非物理特性。 北京交通大学二、应用实践 配用电 户变关系和档案相位混乱，导 致线损计算不准确 输变电 ?4.5亿只智能电表采集的海星 数据如何进行处理和分析 “海量电力设备健康状态如何有效评价和差异化运维 ：110（66）千伏及以上输电 新能源 线路长度达98.7万公里，如新能源出力具有波动性 何进行有效和经济的巡检和随机性，如何有效应对和消纳 电网安全与控制 品品企业经营管理 交直流混联复杂大电网、科研、管理、运营等产生大 如何进行有效的控制量文本数据，如何挖掘知识 基于深度强化学习的支撑管理和辅助决策 电网紧急控空制策略研究 北京交通大学二、应用实践 电网安全与控制基于深度强化学习的电网紧急控制策略研究 随着电力系统复杂程度和不确定性加剧，基于物理模型的仿真分析方法包含的假设和简化，不能反映系统真实情况。过程仿真采用多次试算得到控制策略，效率不高。采用数据驱动方法，分析电网运行环境信息，并根据不同运行方式和电网运行状态迅速给出控制方案。 电电网运行数据 电池 联中电网 HOENRA DEDJANSA O-Lesrnins 2018年电网互联格局保存结果 8 Checkforupdates PromotionalArticleaddedbytheECE,notincludedintheoriginalslides Received:3December2020Revised:21July2021Accepted:27July2021EnergyConversionandEconomics DO1:10.1049/enc2.12048国家电网 STATEGRET IET TheInstionofWILEY ORIGINALRESEARCHPAPER Optimalreactivepowerplanningusingoppositionalgreywolf optimizationbyconsideringbusvulnerabilityanalysis RohitBabu'1SauravRaj2.41BishwajitDey3.4@BiplabBhattacharya mlnn DeparmentofElectricalandElectronicsAbstract Engincering,LendiInistituteofEngineeringand 国网经济技术研究际有限公司EngineeringandTechnology Powersysteminstabilityprimarilyresultsfromthedeviationofthefrequencyfrom Technology,Jonnada,AndhraPradesh,India itspredefinedratedvalue:Thisdeviationcausesvoltagecollapse,whichfurtherleads ChemicalTechnology,MarathwadaCampus,Jalna tosuddenblackoutsofthepowersystemnetwork.Itisoftentriggeredbyalackof Indiareactivecapacity.Thesolutiontothereactivecapacityproblemcanbeobtainedintwo DepartmentofElectricalandElectronics stages.Inthefirststage,thevulnerablebuses,alsoknownasweakbuses,wherevoltage Engineering,GandhiInstituteofEnginecringandfailuremightoccurareidentified,andtheVarcompensatingdevicesaremountedat Technology(GIET)University,Gunupur,Odisha, India DparmntfEletricalEngineing,Indian thoselocations.Theproposedapproachutilizesthrecsimplevulnerablebusdetection methods:thefastvoltagestabilityindex,linestabilityindex,andvoltagecollapseproximity index(VCPD).Inthesecondstage,variousoptimizationalgorithmsareimplemented InstituteofTechinology(IndianSchoolofMines), Dhanbad,Indin todeterminetheoptimalsettingofVarsources,suchasparticleswarmoptimization, differentialevolution,thewhaleoptimizationalgorithm,thegrasshopperoptimization algorithm,thesalpswarmalgorithm,greywolfoptimization,andoppositionalgrey wolfoptimization(OGWO).Theresultsindicatethatthebestapproachtopoorbus recognitionistheVCPI,andtheOGWOtechniqueprovidesamuchlessexpensive systemthanotheroptimizationstrategiesusedforproblemsofoptimalreactivepower planning 北京交通大学二、应用实践 电网安全与控制基于深度强化学习的电网紧急控制策略研究 利用深度学习分析环境信息，从中提取特征，强化学习将基于这些特征，进步分析环境特征，并选择对应动作，实现自标回报。利用随机矩阵理论分析多维数据方差，将方差作为评价动作策略的值函数。基于仿真算例，针对三相短路故障类型，构建了强化学习模型，验证了模型在仿真系统上的有效性。 运行环境回报 智能体竞争Q网络Q(s,.a,)=V(s,)+A(a,)AP 动作动作回报 双重Q网络 运行环境致据 16-17线三相 短路，动作 17（35号机 02切60%）是有 301109901301601效措施 （a）满号发电机机50%客量(）35号电机销860% 103509 动作编号 北京交通大学二、应用实践 配用电 、户变关系和档案相位混乱导 致线损计算不准确 输变电 ?4.5亿只智能电表采集的海 数据如何进行处理和分析 “海量电力设备健康状态如何 有效评价和差异化运维新能源 基于集成学习的电力设.新能源出力具有波动性 备状态评价和随机性，如何有效应 对和消纳 福 电网安全与控制 企业经营管理 交直流混联复杂大电网科研、管理、运营等产生大 如何进行有效的控制量文本数据，如何挖掘知识 支撑管理和辅助决策 10 北京交通大学应用实践 输变电基于集成学习的电力设备状态评价 大型电力变压器是输变电系统的关键枢纽，一旦发生故障可能会造成巨大损失变压器运维策略由“定期检修”转向“状态检修”，也就是通过在线监测、离线试 验等数据来了解变压器的状态，及时发现其中的劣化变压器，进行状态评价并开展 状态检修与退役决策。 检修与退役决策 造价1000~2000万/台32 大型电力变压器状态评价 1167合500kV变压器 导则方法人工智能评价模型 564座500kV变电站《Q/GDW169-2008油漫式变以学术界研究居多压器（电抗器）状态评价导则》评价模型大部分应用监人力成本高，评价难以客观差异肾学习算法，需要足够化，缺乏对状志量的综合衡量多的训色样本 试 擦合类在线监测离线试验迎视后台监测 ·台联信思 在线油色诺·离钱油色谐红外/限外 全网500kV变压器概况 ·环境信息 ·检修记录 铁接芯/电突件池 ·绕组介损 绝缘油掌规 ·净居油拉 ·异常声响压力解放调动作 11 北京交通大学应用实践 输变电基于集成学习的电力设备状态评价 为解决变压器状态评价的教据缺失、故障样本稀缺，标准算法无法满足业务实际需求，单一模型难以覆盖全部变压器等问题。综合应用非均衡数据学习、代价敏感学习与集成学习等算法，给出变压器设备的自动化、差异化、客观量化状态评价结果。自前已在公司运检智能化管控平台集成，11月24日将上线运行。 数据 数据快失、类别不类别均衡算法 均衡数据集1 泛化 机器学习算法生成的组件学习器能力 学习器1 （学习器2 均的原台数据均数据集2 结 均衡数据集3学习器3 提供数据量础 充压解实际状志 高想罚 原学代价敏感 提修供算法 生成框架下 领城知识形成的评价规则块合楼 规则1 规则2 辅出电力变压器评价 变压态器预测状 学习器正 算法 规则3 12 北京交通大学应用实践 配用电 户变关系和档案相位混乱导 致线损计算不准确 输变电 ：4.5亿只智能电表采集的海量 数据如何进行处理和分析 架空输电线路智能巡检 110（66）千伏及以上输电新能源 线路长度达98.7万公里，如新能源出力具有波动性 何进行有效和经济的巡检和随机性，如何有效应对和消纳 电网安全与控制企业经营管理 交直流混联复杂大电网：科研、管理、运营等产生大 如何进行有效的控制量文本数据，如何挖掘知识 支撑管理和辅助决策 13 北京交通大学二、应