人工智能在电力系统运行中的应用综述

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领域专家
知识工程师
推理机
知识库
用户接口
用户
图1 专家系统结构图
表l给出了专家系统和常规软件间较详细的差
异,从中可看出专家系统的一些特点。
表1 专家系统和常规软件的比较
比较项目 领域知识表达
问题求解 处理的信息 影响可信度的因素 知识及知识处理 增加知识的方式 解释能力
常规软件 数学模型和算法
数值仿真 数值信息 模型和算法的精度 混在一起 增、改模块困难
Key words: artificial intelligence; power system; expert system
1 电力系统应用人工智能的起因
电力系统运行控制的一个基本目标就是在经济 合理的条件下向用户提供高质量的电能。为此,有 必要对电力系统进行规划、监视和控制。随着电力 系统规模的不断增加,能源管理系统 (EMS) 运行人 员所面临的决策任务也日趋加大,这使得运行人员 很难保证电力系统的安全、经济、可靠运行。另一 方面,现有 EMS 中心的计算机软件通常为数值分析 软件,缺乏智能化处理功能,这一实际情况也使得 运行人员的决策判断变得十分重要。特别是在事故 状态下,运行人员的决策往往影响到整个电力系统 的安全运行。为此,有必要采用人工智能技术 (AI) 来协助运行人员进行决策和判断,这是近年来各国 电力工作者们涌入到人工智能应用研究领域的一 个主要起因 [1]。电力系统中应用人工智能的另一
实时控制包含离散和连续控制系统,在个体操
作者简介:边伟(1980- ),男,工程师,硕士,从事电力调度运行工作。
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电工电气 (2011 No.10)
人工智能在电力系统运行中的应用综述
作时,实时控制相对简单,但是它们之间的相互作 用影响使得电力系统的控制异常复杂。能源管理系 统在现代电力系统中的作用越来越突出。全系统的 数据通过监督控制与数据获取 (SCADA) 传给 EMS, 控制信号由 EMS 传给各元件,整个过程要做到同步 进行,这要求 EMS 具有对大量信息的实时处理能力, 并且能在正常和事故情况下及时、正确地做出控制 决策。监测与诊断是 EMS 的重要功能。人工智能在 状态监测与故障诊断领域发挥着重要作用,国内外 已开发了多种基于专家系统和神经网络的诊断策 略,本文不再进行阐述。
(7) 运行人员的培训 :为了使运行人员获得较 高的技能,使他们能在实际调度工作中少犯错误, 目前各 EMS 中心均设有训练仿真器。为此可采用智 能化编程软件实现仿真器的软件功能,从而提供正 常情况下操作对策训练及预想事故处理的训练。 3.2 专家系统在电力系统中应用的特点与问题
专家系统在电力系统中应用的必要性以及国内
(4)知识库的一致性。这是A I专家关心的问 题,目前也没有很好的方法判断,建造电力专家系 统(尤其是大型专家系统)必须考虑这个问题。目前 的电力专家系统由于多数处于研究阶段,而实用的 还只是一些很简单的系统,因而知识库的规模不是 很大,容易直观地验证其一致性。
(5)专家系统的维护。实用的专家系统必须易 于维护,不易维护的专家系统其实用性将大大降 低。目前对此问题尚未给予足够的重视,主要原因 是大多数专家系统离实用还有较大的距离。
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人工智能在电力系统运行中的应用综述
电工电气 (2011 No.10)
外的研究情况等已有专门的文献进行了很好的论 述,本文仅就下列几个问题作简要说明。 3.2.1 电力专家系统的特点
1)主要用于故障诊断、规划调度与运行控制等 领域;
2)主要面向系统而非装置; 3)将符号处理与数值计算融为一体的混合型系 统占很大比例; 4) 符号处理部分通常采用 Prolog 和 Lisp 语言, 数值计算部分多采用 FORTRAN 语言 ; 5)大多数专家系统用产生式系统表示知识,框 架结构用得很少; 6)实现专家系统有如下三种方式:用数值程序 语言实现、用人工智能语言实现、用人工智能语言 实现并配备相应的硬件。 3.2.2 从已进行的研究工作中得到的启示 1)专家系统是一有用的工具,但它只是辅助手 段而不能取代运行人员,不是任何问题都适于用专 家系统的方法来解决; 2)从一个小型系统开始,逐步扩充其功能,不 要一开始就企图搞一个功能很多结构复杂的系统; 3)根据问题特征选择适宜的实现语言; 4)选用合适的专家系统工具,并要避免采用尚 未发展完善的工具; 5)在开发初期就应考虑使其维护方便,修改容 易,使用灵活; 6)在扩充阶段要考虑用户使用方便,也即要有 一个友好的接口,否则难以让运行人员接受; 7)不要交替使用多个专家系统工具,因为接口 太多会使效率降低。 3.2.3 有关专家系统应用中的问题 综观国内外现有的专家系统,已实际应用的只 是少数,在电力系统中也是如此。目前电力系统中 实际应用的专家系统是一些比较简单而具体的系 统,如刀闸操作票系统等。专家系统的作用只是辅 助调度员做出决策,而不是取代,到目前为止,尚 未见到有人企图发展完全取代调度员的专家系统。 专家系统在电力系统中应用 ( 尤其是实时应用 ) 尚 有如下问题有待解决 : (1)与数值程序的接口问题。对电力系统运行 而言,该问题有特殊的重要性。现有的接口不甚理 想,效率很低。主要有几种方法:用某些规则连
(2)开关操作:统计数据表明,EMS运行控制任 务的40%属于开关操作。因此,开关操作序列的自 动化,特别是大量操作序列的自动化无疑将减轻运 行人员的工作量。而这种自动化操作的实施必须依 靠智能化软件才能完成。
(3)电压控制:电力系统的潮流优化(OPF)在很 大程度上依赖于电压控制。而电压控制不仅取决于 潮流计算结果,而且还必须考虑对未来负荷的预测 及过去控制的历史。这样一个综合决策任务只能由 智能决策软件系统才能较好完成。
Leabharlann Baidu
个技术起因是计算机科学及与之相应的硬件发展水 平,也促进了人工智能向其他工业领域的渗透。目 前,用于智能化编程的高级逻辑语言种类繁多且趋 于成熟 ;而用于智能软件的硬件系统也不断投入市 场,这些现实使得人工智能技术在电力系统中的应 用有更加广阔的前景。
2 人工智能在电力系统中的应用方向
随着我国电网规模的迅猛发展和“三华”特高 压电网建设,影响电网安全运行的因素越来越多,电 网运行机制越来越复杂,为了最大程度保证电网的 安全运行,电力系统的人工智能技术研究也显得更 为重要。为了研究电力系统中适合通过人工智能工 具来解决问题的特性,特将问题按时帧分为实时控 制、管理规划两部分 [2]。
(4)故障诊断:电力系统可能出现的故障种类 繁多,从一次系统的故障看,可分为线路和元件故 障两大类;从二次系统的故障看,则可粗略地分为 保护系统、信号系统、测量系统、控制系统及电源 系统五类故障。如何利用各种可监测的信息来查找 上述故障,仍是一个纯逻辑推理问题,显然,这是 专家系统的一个极好的应用领域。
3 专家系统(ES)
3.1 专家系统在电力系统中的应用 人工智能在电力系统中的应用主要指专家系统
的应用。事实上,一个专家系统就是一个计算机程序 集,该程序利用当前的输入信息、知识库及一系列推 理规则来完成由某一领域专家才能完成的工作。专家 系统的特点在于其符号表达、逻辑推理及渐进式搜 索能力。图1给出了一个典型的专家系统结构图。其 中,领域专家将专家知识交给知识工程师,然后由知 识工程师构造一个由推理机、知识库及用户接口组成 的专家系统。专家系统和传统计算机软件间的主要差 别在于知识库和推理机是明确分开的。

专家系统 启发性知识 逻辑推理 字符信息 事实和规则的可信度 明确分开 修改知识库容易

专家系统在电力系统运行控制中的应用领域可
以概述为以下几方面: (1) 报警信号处理 :电力系统出现事故的状态
下,警报信息量最高可达 2 000个,如此大量的警 报信号往往会使运行人员手足无措。此时,若能采 用智能化软件,尽快整理出引起报警的事故原因, 将对系统的安全运行提供很大帮助。
人工智能在电力系统运行中的应用综述
电工电气 (2011 No.10)
综述
人工智能在电力系统运行中的应用综述
边伟
(山西省电力公司,山西 太原 030001)
摘 要 :人工智能技术 (AI) 广泛应用于求解非线性问题中,在电力系统的控制、管理、运行等领域 发挥着重要的作用。阐述了专家系统、人工神经网络、模糊集理论和启发式搜索等人工智能技术在电力 系统中各自的应用特点,展望了人工智能技术在电力系统中的发展趋势,指出混合智能是人工智能的重 要发展方向之一。
(3)知识获取。知识获取是专家系统的主要困 惑和重要的问题,电力专家系统也不例外,目前的 解决途径是实现自学习。但基于传统A I的方法看来 是十分困惑的,用神经网络实现是种很有前途的方 法。现已有用神经网络模型之一的B P模型,开发的 专家系统工具,这种工具有较好的知识表达与知识 的自动获取能力,具有自学习、自组织等特点,并 且系统可以随样本的增加而不断修改其权值,不需 人去组织大量的规则。对常规专家系统而言,通常 是知识越多,推理速度越慢,采用分布处理和分层 推理会好一些,但总的趋势仍是如此。神经网络是 并行分布式的,因此,基于神经网络的专家系统的 运行速度(假如在细颗粒状的并行机上实现的话)不 随知识的增多而变慢。
关键词 :人工智能 ;电力系统 ;专家系统 中图分类号 :TM732 ;TP18 文献标识码 :A 文章编号 :1007-3175(2011)10-0001-04
Application Summary of Artificial Intelligence in Power System Operation
接;用公共的“黑板”数据库实现信息交换;与一 般系统的一体化。
(2)太慢的符号运算速度。提高数据存取时间 可能是提高计算速度的关键。这个问题如不较好地 解决,就很难使专家系统能在线应用。尽管这个问 题通常不认为是建造专家系统的瓶颈问题,但对电 力专家系统而言却是一个十分关键的问题,可能的 解决途径有:采用更大容量的计算机;采用分布处 理和分层推理;开发专用硬件。
(5)恢复控制:由于电力系统大范围停电的概 率极低,故一旦出现这种情况,调度运行人员几乎 无法迅速采取有效措施来恢复供电。而恢复供电的 过程又涉及了大量的开关操作及并网操作,稍不小 心,还会再次引起事故。此时,若能提供一个指导 操作的专家系统,将大大加速系统恢复过程。
(6)运行规划:电力系统在运行过程中往往要 根据系统要求切除或投入某些设备或负荷。这些操 作会引起系统拓扑结构的变化。为此,通常只对系 统的新旧拓扑结构进行潮流分析,然后确定各种操 作的可行性。这一规划任务也是专家系统的一个潜 在应用领域。
BIAN Wei (Shanxi Power Company, Taiyuan 030001, China)
Abstract: Artificial intelligence technology is widely applied in solution of non-linear questions, playing an important role in control, management and operation etc fields of power system. Descriptions were made to expert system, artificial neural network, fuzzy set theory and enlightening search etc artificial intelligence technology in power system with their each application characteristics. This paper forecasted development trend of artificial intelligence technology in power system, pointing out that mixed intelligence is one of development direction of artificial intelligence.
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