碳達峰、碳中和目標下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)正在加快構建，新能源的不確定性和難預測性對電力系統(tǒng)運行的影響更加突出，傳統(tǒng)以人為中心的電力調度模式面臨挑戰(zhàn)。而新一代人工智能技術的創(chuàng)新發(fā)展正在引發(fā)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(tǒng)加快構建，電力調度面臨新挑戰(zhàn)
電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會最重要、最龐大、最復雜的人工系統(tǒng)。作為電力系統(tǒng)的“大腦”，電力調度承擔著確保電力系統(tǒng)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(fā)電任務、確定運行方式，監(jiān)測和分析全系統(tǒng)運行狀態(tài)，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(tǒng)的新形勢下，我國電力系統(tǒng)的結構形態(tài)和商業(yè)模式正在發(fā)生深刻變化，電力調度面臨的挑戰(zhàn)愈發(fā)嚴峻。
一是隨著新能源、可控負荷、儲能等不斷增加，電網(wǎng)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(wǎng)實際運行情況與基于傳統(tǒng)預測方法的預測結果之間的偏差擴大。三是“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同運行導致各層級電網(wǎng)調度對象的數(shù)量呈指數(shù)級增加，監(jiān)控信息大幅增長。受制于預測誤差、邊界條件、優(yōu)化算法等條件限制，傳統(tǒng)的基于優(yōu)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(tǒng)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(xiàn)電力系統(tǒng)最優(yōu)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(zhàn)，電力調度亟須向智能化方向發(fā)展。2017年，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)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(tǒng)有功和無功負荷預測業(yè)務，基于海量歷史數(shù)據(jù)樣本掌握電力系統(tǒng)有功頻率、無功電壓的分布特性，開發(fā)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(wǎng)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(tǒng)可根據(jù)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)和故障信息，主動向調度人員推送電網(wǎng)操作與故障處置預案，避免人為誤操作的發(fā)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(wǎng)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(yè)務語料，開發(fā)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(tǒng)的新形勢，繼續(xù)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(tǒng)安全高效經濟運行。
● 基于知識圖譜的調度優(yōu)化決策
知識圖譜是結構化的語義知識庫。它是由節(jié)點和邊組成的數(shù)據(jù)結構，每個節(jié)點表示現(xiàn)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(wǎng)絡，再運用網(wǎng)絡結構描述現(xiàn)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(tǒng)運行數(shù)據(jù)、調度專業(yè)知識和人工經驗，再通過知識搜索和推理，優(yōu)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(wǎng)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(guī)則判斷提升到先驗知識運用，并應用于日前調度計劃優(yōu)化編制等更復雜的調度核心業(yè)務，實現(xiàn)由知識驅動的優(yōu)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(tǒng)中，與機器智能共同形成混合增強智能的形態(tài)。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(tǒng)）協(xié)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(xiàn)混合增強智能調度需要解決眾多理論和技術問題?；诨旌显鰪娭悄艿碾娏φ{度將打通機器和人之間的雙向通道，實現(xiàn)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(wǎng)-荷-儲”多元資源參與調度運行帶來的隨機性強、狀態(tài)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(xié)同調度
群體智能是指在集體層面表現(xiàn)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(xiàn)，具有自組織性、高度自治性、高效協(xié)同性、自主學習性等優(yōu)點，特別適合開放環(huán)境下利用競爭與合作等多種方式來解決復雜系統(tǒng)的決策問題。
群體智能的優(yōu)點與能源互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)、對等、互動等特征十分契合。將群體智能的協(xié)同、共享、控制等理念與能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下地區(qū)電網(wǎng)可調控資源的多樣化類型和優(yōu)化目標結合，可提出能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的群體智能協(xié)同調度架構。上層為群體層，調控中心智能體代表電網(wǎng)利益，與新能源汽車充電站、智慧小區(qū)、儲能站和負荷聚合商等群體的智能體共同完成地區(qū)電網(wǎng)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(xié)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(xiàn)最優(yōu)響應。
由此，可將傳統(tǒng)集中式、單向的電力系統(tǒng)轉變?yōu)閰⑴c者對等、與更多資源融合互動的系統(tǒng)。這一方面可以降低電力調度控制中心優(yōu)化電力系統(tǒng)運行方式的難度，減輕調控壓力，提升電力系統(tǒng)運行的安全性和經濟性，另一方面能充分發(fā)揮海量負荷側資源調控潛力，促進負荷側資源參與電網(wǎng)互動，實現(xiàn)多方共贏。
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