中国电力科学院 蒲天骄：新一代人工智能技术在新型电力系统中的探索及应用

新一代人工智能技术在新型电力系统中的探索及应用目录目录1.1新型电力系统建设背景设是实现双碳目标的重要途径。新型电力系统在技术基础、运行机理与功能形态等方面发生了深刻变综合系统弹性系统复杂系统智慧系统3中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司数字技术作为世界科技革命和产业变革的先导力量，深刻改变着生产方式、生活方式和社会治理方式。人工智能是新一轮科技革命和产业变革的核心驱动力。数字化、智能化技术是构建新型电力系统的重要基础支撑技术。国家电网公司发布了《新型电力系统数字技术支撑体系白皮书》国家电网公司发布了《新型电力系统数字技术支撑体系白皮书》,指出数字技术与能源技术要深度融合、广泛应提升电网可观、可测、中国工程院《电力行业3060碳达峰新型电力系统碳中和实施路径研究》咨询项目分析结论：数字化、智能化技术是实现系中国工程院《电力行业3060碳达峰新型电力系统电力于货4国家电网国家电网n多形态电网并存、设备繁多、耦合方式电力于货参考文献：李明节，陶洪铸，许洪强刘金波张强，张伟.电网调控领域人工智能技术框架与应用展望[J].电网技术，2020,44(02):393-400.国家电网国家电网第三代人工智能(2010s-第三代人工智能(2010s-至今)将知识驱动与数据驱动结合起来，同时利用知识、数据、算法和算力等四个要素，建立全面反映人类智第二代人工智能主要为基于感知数据与神经网络的感知模型，利用数据、算法和算力三个要主要为基于知识与经验算法和算力三个要素与知识驱动方法建立的符电力于货参考文献：张钹，朱军，苏航.迈向第三代人工智能[J].中国科学：信息科学，2020,50(09):1281-1302.6域基础理论及原创性技术方面与欧美存在差距，但在我国电力系统人工智能应用方面与国外处于并跑(1970s-1980s)(1990s-2010s)(2负荷预测等领域。网调度控制等领域。果电力干货77理方面还局限于较简单应用，系统优化决策方面仍处于研究探索阶段。对图像、语音的感知能力已达到在设备巡检、客服语音、作业安监等领域形成了较成熟的应用实对文字、逻辑的认知能力在电力知识检索等简单任务上达到了人类水平在电力知识图谱、知识问答等领索阶段评估正常状态动态评估正常状态动态协同优化辨识断面电力干货四电力干货四8国家电网m·面临挑战：正常运行方式极多、历史故障状态极少·面临挑战：安全可靠要求极高、决策失误影响极大·面临挑战：源荷不确定性极强、系统优化控制难度极大9目录数据增强推演、数据机理融合与智能优化决策共同支撑着整个智能系统的持续提升。数据机理智能优化国家电网中国电力科学研究院有限公司国家电网中国电力科学研究院有限公司数据增强技术主要包括采样调整与样本生成两大类方法，可为模型提供充足均衡的训练样本，但是无法突破原有数据分布边界，不能根本解决电力系统存在的极欠采样欠采样原始数据集A国家电网迁移推演技术主要包括迁移学习与仿真推演两大类方法，前者通过知识迁移与推理，后者通过共生映射与推演，均能够在不同程度上突破原有数据分布边界，缓解电力系统存在的故障/极端场景样本稀缺问题。暂稳大数据集预训练模型分类器迁移预训练模型结构参数阶段二：迁移至特定场景仿真暂稳数据预测模型分类器重构分类器预测结果预测结果动态行为数据极端环堤数据仿真演化结果新型电力系统物理实体物理量测数据参数更新C数据驱动模型与机理驱动模型各有优劣，通过数据机理融合驱动建模可实现二者的优势互补，利用电力机理与物理规律引导数据驱动模型，提升模型泛化性与决策安全性，利用数据驱动模型提取优势互补机理驱动数据驱动提取自动化能力弱电力于货m机理知识具有函数、字符与模型等多种表征方式，可与数据驱动的建模方法在数据生成、特征构建筛选、模型训练以及模型决策等多个阶段进行融合。数据数据驱动特征选择模型构建模型训练结果预测/决策f(x)产生数据结果预测/决策f(x)产生数据数据假设模型假设f:x→y数据变换数据去噪校正/更新x校正/更新小模式模式知识图谱语义向量字符表征公理公式知识图谱语义向量字符表征预训练模型(暗知识)知识库推导表达式逻辑算子知识库模型表征函数表征模型表征中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司数据机理的融合模式主要包括：串行模式、并行模式、引导模式、嵌入模式与反馈模式。 贝 线路参数初始值线路参数精细化辨识模型②②示例：数据模型模型一(x》)置信度评估示例：物理方程约束束电压节点样本标签有限量测信息C电力于货中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司数据机理的融合模式主要包括：串行模式、并行模式、引导模式、嵌入模式与反馈模式。模型信息数值数值积分运行数据故障数据电压相角有功功率无功功率→高级应用融合嵌入模型融合嵌入模型h校正电力干货上优化机理模型边界示例：5种主要融合模式具有不同的主导模型，串行、引导、嵌入等模式以数据驱动为主，知识驱动对其进行模型增强；反馈模式以知识驱动为主，数据驱动对其进行参数优化；并行模式本质上就是集成学习，二者兼备考虑。⑥知识嵌入模式机理模型校机理⑥知识增强的数据驱动数据调优的知识驱动互补的深度融合建模数据模型主导，知识模型提供约束条件机理模型主导，数据模型优化超参知识与数据分别建模，二者进行互补/加权不确定、高维、非线性，可知部分机理(知识)机理明确，特性固定，理想条件下建模机理彬二河获取，但复机理彬二河获取，但复2.4智能优化决策技术群体智能技术针对分布式能源随机波动、模型维度空间大、多主体协同等问题，通过多智能体深度强化学习、合作-博弈策略学习、联邦学习等群体智能技术，实现新型电力系统中的多源协调优化运行，解决基于模型计算的集中式调度瓶颈，实现弱集中管理下的分布式优化。群体智能技术运营商聚合中心.训练策略学习行为选择经验回放bGb₂gb2主从博弈策略学习行为选择经验回放博弈博弈n策略学习行为选择a生经验回放中国电力科学研究院有限公司中国电力科学研究院有限公司混合增强智能技术混合增强智能技术智能智能知识、奖励知识、奖励样本超参调优模型构建特征筛选超参调优模型构建特征筛选数据处理3A电力于货国家电网中国电力科学研究院有限公司国家电网中国电力科学研究院有限公司基于条件生成对抗网络生成可再生能源日前场景，生成器可学习到满足预测条件的噪声分布与出力分布之间的映射关系，与传统马尔科夫链生成方法对比，能更好地描述对应预测值下的预测误差区间，对实测值有着较高的覆盖率并且有着更小的功率区间宽度。minmaxV(DG)=Em[D(x|c)]-E,[D(x条件生成对抗网络网络结构主主方传统方法日前出力场景集区间功率区间功率区间%%%日前场景生成效果对比space[J]CSEEJournalofPowerandEnergySystems,7(1):66-77.办同后方式办同后方式面向电力系统安全分析应用数据机理融合的嵌入模式，通过故障动态过程的微分-代数方程嵌入神经网络模型训练。相比于完全依赖数据的通用机器学习方法，融合模型物理含义可解释性更强，并且大幅降低了模型训练对海量数据的依赖，在极不平衡数据条件下仍具有较好的评估准确性。神经网络代数方起读分程理交界新件物理引导N黄差多YN00极不均衡样本条件下，与数据模型比较数据机理深度融合的嵌入模式与传统机理模型对比，计算时间：电力于货国家电网中国电力科学研究院有限公司国家电网中国电力科学研究院有限公司实现设备机械故障、发热性故障、可视缺陷辨识准确率高于85%。机理模型数据模型子空间1热学知识消扫榆查华护和例与试验第“iL,P00诊断效果诊断效果变压器发热性故障设备变压器组件松动直流偏磁发热性故障导线断股金具破损电设备故障诊断参考文献：蒲天骄，谈元鹏，彭国政，徐会芳，张中浩.电力领域知识图谱的构建与应用[J].电网技术，2021,45(06):2080-2091.设备故障诊断中国电力科学研究院有限公司3.3优化决策技术应用中国电力科学研究院有限公司为解决电网安全稳定运行以及提升调度决策效率问题，通过应用知识图谱、多智能体强化学习、人机交互等智能优化决策技术，实现电网状态主动分析与自主调控优化。自主调度控制系统非结构化电网调度信息自然语言自主调度控制系统非结构化电网调度信息自然语言智能解析技术深度增强学习算法检修工作时间合理性判别原则电网运行规定相关的知识库生成操作方案监控告警信号事件化及操作方案智能生成辅助决策自学习专家模型辨识决策辅助决策专家模型评估构建央视新闻频道报道：“天津电力部门实现了电网调度由人工处理向智能决策分析的升级“电力干货国家电网目录目录4.1未来发展方向电力系统实际需求/问题极端样本少运行状态难于穷举安全性要求高电力系统实际需求/问题极端样本少运行状态难于穷举安全性要求高置信度要求高机理丰富数据算力模型悟道2.0万亿参数应用层面：边云协同优化针对源荷随机的高度复杂电网，基于边云协同的全局优化与区域自治来实现实时、精准、高效决策制定系统层面：数字孪生系统支撑系统模型的(准)实时更新、数据的持续生成与模拟、(数据与机理驱动)模型的进化更新范式层面：数据机理融合建立机理与数据融合驱动的范式理论，增强智能模型可信性，降低模型数据依赖性电力干货国家电网国家电网新型电力系统数字孪生系统重点突破物理虚拟实时映射、高保真仿真推演、智能决策反馈等技术，搭建新型电力系统的数字孪生系统，实现共生、演化与趋优，构建系统的运行智能“大脑”,支撑多主体多目标优化决策。参数更新统一为一个整体行为状态信息等同步变化参数更新统一为一个整体行为状态信息等同步变化彼此支撑，实现共生(数据机理融合驱动)模型参数优化动态行为仿真数据实现虚拟世界中技术应用等测试验证在共生和演化的基础上，利用Al决策决策等，支撑能源互联网多种分析、决策，优化)趋优并反馈作用于物理系统，引导其行为趋优趋优国家电网中国电力科学研究院有限公司国家电网中国电力科学研究院有限公司数据机理融合范式突破面向Al的超数超结构、机理数据双向迭代进化、类脑计算等技术，实现数据与机理的统一结构表征和数据机理