基于人工智能技术的配电网运行和维护策略研究

蒋 勇

（国网四川省电力公司南部县供电分公司， 四川 南充 637300）

0 引言

近年来，我国在配电网建设方面投入大量的人力、物力和财力，加强配电网的智能化建设，使得现代智慧配电网得到广泛应用。现代智慧配电网是一种集成自动化、数字化、智能化等人工智能技术的新型配电系统，它具有高效、安全、可靠、环保等特点，在一定程度上缓解了传统配电网故障率高、排查时间长、响应速度慢等问题。因此，开展基于人工智能技术的配电网运行和维护策略研究对提高配电网智能化运行和维护水平和运行和维护效率具有重要的现实意义和实际应用价值[1]。

1 人工智能技术在配电网运行和维护中的重要性

1.1 传统配电网运行和维护存在的问题

在传统的配电网运行和维护工作中，通常需要人力进行故障的预防与排查。然而这种人力方式存在预防措施不足、故障定位不准确以及排查过程费时费力等问题。首先目前很多配电网的预防措施还不够完善，或者预防措施的执行力度不足，缺乏系统的预防策略和方案，导致一些潜在的故障不能及时发现和解决。其次目前许多配电网的故障定位系统还不够完善，导致故障定位不准确，甚至出现误报或漏报的情况，这不仅增加了排查时间，还可能对设备造成额外的损害。此外，传统的配网线路巡检主要是采用人工巡视方式，不适合范围较大、距离较长的配网线路，花费时间较长且巡视效果有限[2]。特别是在面对复杂故障时，排查过程可能会变得非常繁琐，工作人员需要逐一检查每个设备或线路，这不仅增加了工作量，还可能延误故障修复的时间，影响供电质量。

1.2 人工智能技术在配电网运行和维护中的重要性

人工智能技术在配电网运行和维护中的应用可以显著提高电力系统的智能化和自动化水平，有效解决传统配电网运行和维护技术给配电网运行和维护工作带来的诸多不便。通过引入人工智能技术，可以通过对历史数据的分析和实时监测，运用机器学习算法对电网运行状态进行评估，预测可能出现故障的设备或线路，及时采取预防性措施，避免故障的发生。同时避免运行和维护人员对设备进行不必要的检查和维护，从而提高运营效率。此外，人工智能技术可以通过分析电网运行数据，快速定位故障点，并自动隔离故障区域，确保非故障区域的正常供电。不仅如此，人工智能技术还可以结合多种能源来源的数据进行分析和优化，实现多种能源的协调调度和能源资源的最大化利用。

2 一种基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统设计方案

配电网作为电力系统的重要组成部分，其运行和维护管理的智能化和高效化是当前电力行业发展的趋势。通过应用人工智能技术，达到实现对配电网运行状态的实时监测、故障自动定位与隔离、自愈控制策略的实施以及分布式能源管理等方面优化的目标。基于此，研究了一种基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统设计方案，旨在提高配电网的运行效率、降低运营成本并提高供电可靠性，并实现智能化、自动化的运行和维护管理。此管理系统的架构如图1所示。

图1 基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统

配电网运行和维护管理系统的系统架构包括数据采集层、数据处理层、智能运行和维护层和应用层四个部分。其中，数据采集层负责采集配电网的运行数据；数据处理层通过深度学习技术对数据进行处理和分析，为智能运行和维护提供支持；智能运行和维护层实现故障预测、定位与隔离等功能；应用层则为运行和维护人员提供直观的数据分析和操作界面。同时，为应对可能的紧急情况，还为该系统配备了应急管理模块。

在配电网运行和维护管理系统的设计过程中，需要选择合适的人工智能技术和算法。考虑到配电网数据的复杂性和实时性要求，本次设计选用深度学习技术实现该系统的数据分析和处理。同时，结合实际需求，采用人工智能算法、大数据技术、云计算技术等多种算法相结合的方式，共同实现该系统的故障预测、定位与隔离等功能。其中，人工智能算法用于对配电网运行数据的处理和分析，实现故障预测、智能调度等功能；大数据技术用于对海量数据的存储和分析，实现数据挖掘和可视化等功能；云计算技术用于实现系统的分布式部署和高效计算。除此之外，在配电网运行和维护管理系统的设计中，还需要考虑到数据的安全性和隐私保护。本系统采取一系列安全措施，如数据加密传输、权限管理等，确保数据的安全性和隐私保护。

配电网运行和维护管理系统的数据采集层主要通过安装各种传感器和监测设备，对配电网的电流、电压、功率等参数进行实时采集，并将数据传输至数据处理单元。这些数据可以通过有线或无线方式传输至汇聚网关，再由汇聚网关进行处理后，通过无线传输单元发送到系统服务器。其数据采集流程如图2所示。

图2 采集层数据采集流程

数据处理是配电网运行和维护管理系统的核心环节之一。数据处理层主要负责对采集到的数据进行清洗、整理、归纳、分类、存储，以供后续查询。同时将数据处理和分析后的结果提供至智能运行和维护层，支持运行和维护工作人员的运行和维护决策。不仅如此，数据处理层的核心功能是数据建模和分析，通过采用各种算法和模型，对历史数据的训练和学习，实现对数据的深入挖掘和分析，以此建立预测和诊断模型，发现潜在的问题和漏洞，实现对运行状态的实时监测和故障预警，及时提出相应的应对措施。

智能运行和维护是本管理系统的核心功能之一，主要负责实现配电网的智能化运行和维护管理。智能运行和维护层通过应用人工智能技术，实现对配电网设备的智能化管理和维护，包括故障预测、自动巡检、故障定位与隔离等功能。除此之外，为了方便运行和维护人员在现场操作，本管理系统提供移动应用功能。通过移动设备接入配电网运行和维护平台，运行和维护人员可以实时查看配电网的运行状态和故障信息，同时接收平台发出的操作指令，实现远程操控。将多种运行和维护手段与移动应用技术相结合，为运行和维护人员提供及时、准确的操作指令，提高运行和维护效率和准确性。

3 基于人工智能技术的配电网运行和维护策略的应用场景

3.1 低压配电网智能监测

目前，常规的配电自动化系统主要针对中压配电网的监控与故障处理，很少覆盖低压配电网，几乎不涉及用户侧[3]。除此之外，对于一些负荷密度很低的偏远地区，配电网智能化运行和维护覆盖面有限，智能监测水平低。常规的配电自动化系统不能实现这些配电网运行状态数据的监测，也不能为这些地方配电网的分布式电源管理、虚拟电厂、需求响应等提供高级应用功能。针对这些低压配电网设备线路，尤其是低密度较偏远的山区，通过部署基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统，为低压配电网安装各种智能传感器和监测设备，可以实现实时监测低压配电网的运行状态和设备状况，及时发现异常情况，并采取相应的处理措施。

3.2 配电网设备故障智能研判

针对涉及供电面积广的重要配电网，这些线路设备一旦发生故障停电，将造成大面积停电，严重影响社会的稳定，造成严重的经济损失。可以考虑对这些地方以前无法监测到的非自动化开关部署基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统，通过该系统对其配电网运行故障进行快速分析和诊断，快速研判故障点和故障原因，实现将故障研判时间由原来的人工现场检查的几个小时缩短至几分钟之内，提高故障处理效率。

3.3 配电网智能机器人不停电作业

如今，带电作业在检修中的比重越来越高。传统作业方式对作业人员技能及体能要求高，作业风险较大，亟待优化改进。针对这一难题，通过将人工智能机器人与配电网不停电运行和维护相结合，在消除缺陷或设备安装的过程中，采用远程人工遥控智能机器人的方式代替人工操作开展配电网不停电作业。例如，带电作业“小飞人”+无人机、带电作业机器人等。其中，带电作业“小飞人”+无人机通过将无人机、AI 技术和AR 眼镜结合起来，应用于现场拍照、语音控制、辅助配网巡检等方面[4]；带电作业机器人通过在三维模拟系统的辅助下进入带电区域，通过双臂协同操作，运用视觉识别、运动控制等核心技术，自主识别抓取引线位置，在不停电的情况下完成穿线、剥线和接线等工作，解决高空、高压、高温、高危险性等带电作业问题。配电网智能机器人不停电作业可大大提高配电网运行和维护的智能化水平，同时减少作业停电时间并保障作业中工作人员的人身安全。

4 未来人工智能技术在配电网运行和维护中的发展展望

智能配电网的概念已经在全球范围内得到广泛的关注，未来，智能配电网的运行和维护将更加注重与能源互联网的整合，包括对分布式能源、储能系统、电动汽车等新型能源和设备的集成和管理。这将需要引入更多的人工智能技术，如机器学习、大数据分析等，以实现更高效和智能的能源管理。不仅如此，智能配电网的智能控制更多的依赖智能芯片，然而，在智能电网建设的过程中，其中使用到的大部分的关键产品以及核心技术都是来自于国外，我国在该方面仍有着一定的欠缺[5]。因此，未来，智能配电网的运行和维护还应更加注重核心智能芯片的自主研发与应用，打破国外核心技术的封锁。在自主研发智能芯片的帮助下，配电网将应用更高级的算法和模型，以及引入更复杂的自动化和智能化解决方案。例如，智能电网运行和维护系统可以通过人工智能的自主学习能力，自主分析设备的运行状态和寿命，提前对亚健康的设备进行预警和提醒更换，提高电网的可靠性和安全性。

5 结语

人工智能技术在配电网运行和维护中的应用可以显著提高现代电力工业的智能化和自动化水平，有效解决传统配电网运行和维护技术给配电网运行和维护工作带来的诸多不便。本文提出了基于人工智能技术的配电网运行和维护管理系统的解决方案和发展建议。该策略在各种场景中的应用可以提高配电网的运行效率和可靠性，降低运行和维护成本和提高用户的满意度。人工智能技术在配电网运行和维护与能源互联网的整合中大有可为，未来笔者将继续深入研究人工智能技术在电力系统中的应用和发展趋势，为配电网的稳定运行提供更加先进的技术支持。