基于人工智能的电力调度机器人功能架构研究

亢中苗　许世纳　黄东海　张珮明

摘要：智能電网不断推进过程中，电网调度自动化系统的重要性不断增强。电网调度自动化系统的核心是计算机，具有变电站自动化、配电网管理自动化、能量管理自动化的功能。大力发展电网调度自动化技术，对于电网工作的开展有着积极意义。文章从现实角度出发，详细分析了电力调度机器人系统的需求，同时对其功能模块展开进行分析，给出几点研究看法，希望为优化电网调度工作流程起到帮助作用。

关键词：智能电网;电力调度机器人;一体化

一、引言

电网调度的主要目的在于确保电网稳定运行，本质是一种管理手段。其工作流程主要如下：使用多种信息采集设备收集数据，根据电网具体运行时的参数判断电网的具体运行情况，借助自动系统发布指令，使工作人员根据要求调整系统，或者由自动控制系统调整系统，完成电网调度工作[1]。其中，自由控制系统指的是电力调度机器人系统。这一系统具备自动化管理的技术优势，在调度工作中应用这一系统，可以极大程度减少工作人员的冗余工作任务，将节省的人力投入关键工作当中，从根本上提高电网调度的工作质量[2]。

电力日常管理、电力运维管理等工作都依赖信息管理系统。由于电力行业的特殊性，该行业生成、传输的数据信息十分重要，若数据采集、数据管理等方面出现问题，势必会造成电网运行问题。只有做好对电网电力设备、电网输电线路等设备信息的采集、管理工作，才能及时发现不同环节的运行问题，并及时采取处理措施，防止整个系统出现问题。鉴于此，加强对电网不同设备、电网设备运行状态的信息监控是非常有必要的。其中，电力调度作为保证对外可靠供电、保障电网安全运行的关键管理手段，其重要性是不言而喻的。要做好对主变压器、电压互感器、断路器等一两次设备的监控工作，保证监控信息的及时性与准确性，清除影响电网安全运行的不稳定因素[3]。

数据显示：2014年我国社会用电量5.52万亿千瓦时，预计2015～2020年我国社会用电量增长量约为5.5%，2020～2030年社会用电量增长量约为3%。根据数据可以发现，未来的电力行业呼唤智能化、集成化、绿色化的输变电装备。由此可见，加大对电力调度机器人系统的研究十分有必要[4]。本文研究了电网供电公司调度部门组织实施的电力调度机器人系统，分别分析了系统的基本结构设计、硬件架构设计及功能设计。使用当前存在的电网调度管理自动化系统搭建电网调度管理平台，优化了过去的业务管理体系，使电网调度自动化平台的功能更强大，提升了调度系统的作业效率与作业质量。

二、电力调度机器人系统概述及需求分析

电网调度是电网综合管理系列工作的简称，涵盖了电网运行状态管理、电网安全状态管理、电力能源生产控制管理、电力能源配变输送调度管理、电能经济调度管理、电网运行静态安全分析管理、配电网运行状态管理等多项工作。电力调度机器人系统又称电力调度自动化系统，由厂站端与主站端构成。该系统的应用目的在于保证电力调度工作正常进行，比如保证主变压器、断路器、电流互感器、高压室开关、控制盘盘面等设备的监视工作正常进行，高压室、主控制的防火防盗工作正常进行，RTU收集站端遥测数据的正常采集、RTU收集数据的正常传输等等。文章基于电网调度基本概念、电力调度自动化系统基本功能等具体理论，对电力调度机器人系统架构展开研究。

在电力调度机器人系统中，软件体系设计目标在于实现系统功能，硬件体系设计目标在于为功能实现提供物理支持。系统的设计不仅要有相关理论基础，还要与现实情况紧密相连，如电网的结构体系、电网的具体运行情况等等。下文从系统的硬件设计、软件设计两个角度出发，对电网调度机器人系统的功能结构展开论述：

软件分析：软件系统应围绕功能需求进行开发设计，其功能需求主要包括采集、分析数据信息，发布操作指令、自动化调整等。明确功能需求，设计软件层级结构，使软件系统的各功能模块能有条不紊地完成电力调度工作内容。图1直观展示了软件系统的基本功能结构，以图1为依据开发相应的程序模块，可以确保系统功能的全面性。

硬件分析：硬件系统是实现系统功能的平台，也是工作人员与机器人系统实现信息交互的媒介。以软件系统提出的具体功能为基础，开发系统的硬件模块，如信号转换控制模块、远程控制模块、通信信道模块、终端设备等等，使系统能够充分发挥其功能。图2集中展示了硬件系统的设计思路。

本文研究的电网调度机器人系统应用了先进的技术手段，具备全网数据采集、系统的通信、异常警告、智能监控、调度操作管理等功能。

电网调度机器人系统的开发、设计、落地过程极为复杂，需要经过繁复的工作流程才能被投入到实际应用工作当中。设计该系统时，第一要统计系统的功能需求，确定模块设计方向;第二要根据预计内容展开针对性的编程、算法优化、硬件架构设计等工作;第三要测试系统性能，发现系统运行问题并解决问题，使系统符合应用标准。下述内容对电力调度机器人系统的开发设计提出几点思考：

第一，根据电网实际运行情况发现电力调度工作“痛点”，如具有较高的运行危险、架构薄弱等等，针对性地开发功能模块，解决当下系统面临的信息孤岛问题。文章所研究系统全方位地分析了对电力系统设备工作中产生的数据，经过筛选操作、判断操作使有效数据（如设备故障数据、设备缺陷数据、设备运行问题数据等）突显出来，以提高电力调度工作时效性。同时，优化了系统数据库，解决了系统投入使用后数据冗余等系列问题，使数据处理工作的效率得到进一步提升。比如，优化后的数据库可以对具体设备信息数据进行针对性处理，解决了非法数据储存的问题。

第二，根据电网功能需求开发工作体系，确保全网数据采集、系统的通信、异常警告、智能监控、调度操作管理、事故管理等工作的及时性与准确性，使电网调度机器人系统与工作人员形成有机整体，更好地完成电网调度工作。

三、功能模块

（一）系统管理模块

系統管理模块是系统的基础模块，其功能主要如下：管理机器人系统的用户;设置不同岗位员工的用户权限;添加或删除系统用户;编辑系统用户信息（岗位员工个人信息）;链接数据库;备份数据库信息等等。在设计这一模块时，可将AGENT技术应用到其中，使管理系统更具人性化。

（二）数据采集模块

数据采集模块是电力调度机器人系统的核心功能模块，其功能如下：收集电力公司旗下的所有设备信息及运行数据;监控设备运行状态;整合、处理、传输变电站电力设备运行数据等等。在设计这一模块时，可使用人工智能技术，通过构建精准的数学模型解决人工无法解决的电力调度问题，提高系统工作的精准性;可使用专家系统（一种解决针对性问题的计算机程序系统），使用这一系统完成电网调度操作指导、电网监测、故障恢复等工作，提升机器人系统工作的质量;可使用遗传算法求解问题，发挥遗传算法的自适应搜索功能提升计算效率，增强机器人系统的工作效果。

（三）数据传输模块

电力调度机器人系统实现的关键在于信息互换，即电力公司内部其他信息管理系统（如用户管理系统、电力销售信息管理系统、电力负荷检测系统等等）与电网设备数据信息的交互。在设计数据传输功能模块时，要求工作人员关注该模块信息交互、数据通信等设计工作，确保不同设备产生的数据信息能够以良好的交互，以免出现信息孤岛问题。例如，开发硬件系统时选择兼容性良好的硬件设备，确保不同语言（如C语言、JAVA及不同标准的算法）能够在硬件系统中正常运行。这样，可以保证不同数据之间的互联互通，解决了机器人系统中的数据异构问题。

（四）智能告警模块

智能告警模块在电力调度机器人系统中的地位较为突出，其具体功能如下：监控电网中变电站、配电网系统在运行中产生的数据;根据设备故障所显示的信息设计故障阈值;在设备运行产生数据超出阈值时告警;将告警信息上传到电力系统的控制界面上;保存过去一段时间内电网相似故障数据等等。这一功能模块的开发设计降低了电网调度故障排查、故障检修工作的难度，使工作人员能够及时发现电网调度工作中出现的问题，并及时处理故障或缺陷，保证电网系统的正常运行。

（五）智能监控模块

B/S架构是电力调度监控系统开发与应用的基础。数据从客户端传输到服务端时，需要经过逻辑端，逻辑端可以对数据进行精准处理，并提取有效信息。图3显示了监控模块的网络体系架构。

电力监控子系统是电力调度机器人系统的重要构成，具备数据采集与人机交互功能。建设子系统的目的在于及时发现设备运行故障，减少调度工作事故隐患，以免事故发生时电网全部瘫痪。电力监控子系统具备信息共享、相互协调的功能，可以保证电力调度机器人系统的安全性。设置该系统时，需要做好格式化处理、数据转发、数据查询、数据储存、故障预警等功能模块的设计，保证子系统能够充分发挥安全保障作用。智能监控系统的相关访问控制管理模块如表1所示。

四、结束语

综上所述，文章根据人工智能技术对电力调度机器人系统的软硬件架构、功能模块开发展开了系统分析。根据分析内容，对电力调度机器人系统的功能模块设计、技术框架进行研究，使用大数据技术、嵌入式技术使软件功能模块“落地”，实现对电力调度自动化系统的优化。本文所述框架采用的技术手段较为先进，对于电力调度自动化系统的优化有一定的参考作用。

作者单位：亢中苗    许世纳    黄东海    张珮明    广东电网电力调度控制中心

参  考  文  献

[1]陈佳鹏. 电力调度数据区域网分析与应用[D].广东工业大学，2019.

[2]王茗. 山东电力调控中心调控运行流程优化研究[D].山东大学，2019.

[3]蔡磊. 西藏地区电力调度监控系统的设计与实现[D].电子科技大学，2020.

[4]万澄泽. 朝阳智能电网调度自动化系统的研究与应用[D].沈阳农业大学，2018.

[5]赵树茂. 县级电网调度自动化系统的设计和实现[D].华北电力大学（北京），2017.

[6]尹家民.自动化调度系统在配电系统中的应用[J].集成电路应用，2021，38（11）：222-223.

[7]尹家民.自动化调度系统在配电系统中的应用[J].集成电路应用，2021，38（11）：222-223.

[8]骆国铭，陈章国，吴海江，等.智能电网环境下的电力调度安全运行监控方法研究[J]. 计算机测量与控制，2021，29（10）：108-113.

[9]阮少炜，刘奇，陈蔼峻，等.基于人工智能的电力调度机器人功能架构研究[J].自动化技术与应用，2021，40（09）：159-161.