智能技术在生产运行与输配电中的应用

　　冯浩 田文正

　　【摘 要】针对智能技术在电力生产运行与输配电领域的应用现状，本文阐述了智能发电、智能调度、智能变电站、输电线路在线监测等技术在电力生产和输电网络中的应用，分析了配电自动化和智能用电管理在配电系统中的应用；在此基础上指出了当前智能技术应用面临的挑战，展望了未来发展趋势。研究表明，智能技术的深入应用将显著提高电力系统的效率、可靠性和安全性，推动能源互联网建设。

　　【关键词】智能技术；生产运行；输配电

　　引言

　　随着信息技术和人工智能的迅猛发展，智能化已成为电力行业发展的必然趋势。近年来，我国电力工业规模持续扩大。《中国电力行业年度发展报告·2023》指出，全国电力供应总体稳定，能够成功经受迎峰度夏、迎峰度冬等重要的时段考验。2023年新增电力装机约3.7亿千瓦，总装机达到29.2亿千瓦，同比增长13.7%。非化石能源发电装机容量首次超过火电装机容量，占总装机容量比重首次突破50%。然而，电力系统运行的复杂性也随之增加，传统的管理模式已难以满足新形势下的需求。智能技术的引入为解决这一难题提供了新的思路和方法。智能技术在发电、输电、配电、用电等各个环节的广泛应用，不仅能提高电力系统的运行效率和可靠性，还能为推动能源结构转型，构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系作出重要贡献。本文将系统梳理智能技术在电力生产运行与输配电领域的应用现状，分析电力行业面临的挑战，以供相关人员参考借鉴。

　　一、智能技术概述

　　智能技术在电力系统中的应用正呈现出蓬勃发展之势，这主要体现在两个方面。

　　其一，人工智能技术在电力领域的应用日益深入。以生成式人工智能（AI-Generated Content，AIGC）为代表的技术正在重塑电力系统的运营模式。AIGC等大型模型已被应用于电力调度员培训、故障诊断和客户服务等领域。例如，在南方电网公司，基于AIGC的智能助手“小智”能够快速回答江门供电局员工的专业问题，从而大幅提高工作效率。此外，机器学习算法在负荷预测、设备健康状态评估等方面的应用也取得了显著成效[1]。

　　其二，物联网技术正在推动电力系统向全面感知、泛在互联的方向发展。新一代通信技术，如5G和低功耗广域网，能够为电力物联网的大规模部署奠定基础。在智能电表领域，国家电网正积极推进窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技术的应用，以实现用电数据的实时采集和分析。以国网天津市电力公司的试点项目为例，该公司在2017年开展了一项创新性的实验，在城南地区建立了两个470 MHz的NB-IoT无线基站，并对智能电表进行了全面测试。这项试验涉及多个方面，包括系统的数据传输能力、可靠性及运维管理等。测试结果显示，NB-IoT技术在电力应用中具有显著优势，如功耗较低、穿透能力较强及支持大规模设备连接等。这项技术的应用不仅提高了数据采集的效率，还增强了系统的稳定性和可靠性。它能够跨越传统的台区限制，在实现更广范围数据采集的同时，支持高频率的实时数据更新，从而为电网公司提供了更灵活、更经济的解决方案，有助于优化电网管理和提高服务质量[2]。

　　二、智能技术应用的挑战

　　智能技术在电力系统中的应用虽然前景广阔，但在实际落地过程中面临诸多挑战。一方面，技术与基础设施的适配性问题亟待解决。我国电力系统规模庞大，设备类型繁多，新旧交替，这使得智能技术的全面推广面临巨大障碍。许多传统设备缺乏数字化接口，难以直接接入智能系统。不同厂商、不同时期的设备往往采用各自的通信协议和数据格式，导致系统集成困难重重。在智能变电站建设中，如何实现新老设备的无缝对接，确保系统稳定运行，成为一大难题。此外，电力系统的特殊性要求智能技术必须具备极高的可靠性和安全性，这对技术本身提出了更高的要求。如何在保证系统安全稳定的前提下，充分发挥智能技术的优势，是摆在电力行业面前的一道难题。另一方面，数据安全与隐私保护问题日益凸显。随着智能电网的发展，海量用户数据被实时采集和传输，这不仅带来了巨大的数据处理压力，还引发了严峻的安全风险。如何在开放互联的环境下，有效防范网络攻击，保护关键基础设施和用户隐私，成为了智能技术应用必须面对的挑战。同时，电力数据的敏感性决定了其不能随意共享和开放，这在一定程度上限制了人工智能等技术的深度应用。如何在数据安全与技术创新之间找到平衡点，需要电力行业与技术领域的专家共同努力。此外，智能技术的广泛应用也带来了新的伦理问题。例如，在电力调度决策中如何平衡人工智能与人为判断，确保决策的公平性和可解释性，都是亟待解决的难题。

　　三、智能技术在生产运行与输配电中的应用

　　（一）智能技术在电力生产运行中的应用

　　1.人工智能在电力设备故障诊断中的应用

　　近年来，人工智能技术在电力设备故障诊断领域取得了显著进展。在提高诊断效率和准确性方面，人工智能技术提供了强有力的支持。南方电网与华为公司的合作就是一个典型案例。2022年2月，双方在深圳联合发布了电力行业首个基于异构生态的AI预训练模型。这一创新模型通过先行学习基础课程，能够在不同人工智能应用场景中灵活运用，将AI算法的研发效率提高了5倍之多。更为可喜的是，该模型在识别任务方面的准确率也从85%跃升至95%。在排查设备隐患、查找故障等特定任务中，该模型同样表现出色，它不仅更加准确，还更具智能性。与此同时，国外电力公司也在积极探索AI技术在故障诊断方面的应用。法国电力公司开发的Metro scope人工智能诊断软件就是一个例子。这款软件能够在工业设备运行过程中自动检测运行故障，并在第一时间获取精确可靠的检测结果。Metro scope的应用为客户打造了高效灵活的“未来工厂”。目前，法国所有核电站的汽机机房都已经采用了这项技术，这为法国电力集团节省了大量资金，充分展现了AI技术在电力设备故障诊断中的巨大潜力和实际价值。

　　2.人工智能在电力负载预测中的应用

　　电力负载预测是电网运行的关键环节，直接影响这电力系统的安全性、经济性和可靠性，随着人工智能技术的迅速发展，其在电力负载预测领域的应用取得了显著成效。以广东电网公司为例，2020年4月，该公司正式上线了一套基于人工智能技术的省地一体负荷预测管理系统。这是由广东电网公司调控中心自主研发的具有完整自主知识产权的负荷预测系统，标志着该公司对人工智能技术在短期负荷预测领域的应用迈出了关键一步。这套系统自投入运行以来，取得了令人瞩目的成果。其实现了对约1,300个母线节点在30分钟内的全自动预测，大大提高了预测的覆盖范围和时效性；更为可喜的是，在2020年第一季度的常规工作日中，系统负荷人工智能预测的平均准确率达到了97%，这一水平已经接近专家预测的水平。相比之前82.4%的负荷预测准确率，新系统使得预测准确率提高了3.2个百分点。这不仅体现了人工智能技术在负载预测中的强大潜力，还为电网运行提供了更加可靠的数据支持。

　　（二）智能技术在输电网络中的应用

　　1.智能变电站

　　智能变电站作为现代电网的核心枢纽，正逐步成为智能技术与电力系统深度融合的典范。近年来，我国在智能变电站建设方面取得了显著进展。以国网江苏电力为例，其建成的±800 kV锡盟—泰州特高压直流输电工程泰州换流站，堪称智能变电站的标杆。它全面采用了中国自主研发的特高压直流输电技术和装备，拥有自主知识产权700多项。工程投运后，每年可向江苏省输送电量550亿千瓦时，相当于运输煤炭2,520万吨；可减少排放二氧化碳4,950万吨、二氧化硫12.4万吨、氨氧化物13.1万吨，能够有力促进长三角区域大气污染防治目标的实现。该站采用了先进的数字化二次设备和智能一次设备，实现了设备状态全面感知、信息高度共享和系统自动控制。站内布置了数千个智能传感器，构建了覆盖全站的物联网系统，能够实时监测设备运行状态。此外，站内还部署了基于人工智能的设备健康评估系统，通过对海量运行数据的分析，准确预测设备可能出现的故障，大大提高了设备管理的主动性和科学性。这些创新应用不仅可以提高变电站的运行效率和可靠性，还实现了少人值守甚至无人值守，从而为电网智能化发展树立新的标杆[3]。

　　2.输电线路在线监测

　　输电线路作为电力系统的重要组成部分，其安全稳定运行直接关系到电力供应的可靠性。随着智能技术的发展，输电线路在线监测系统正在改变传统的线路管理模式。南方电网公司已实现500 kV全户内变电站调度的遥控启动，其中500 kV盘龙变电站配备了2台总容量2,000 MVA的主变压器，500 kV出线4回，220 kV出线8回。这些复杂的线路网络正是在线监测系统发挥作用的舞台。智能变电站的通信线路已全面通过光纤代替传统电缆，采用高速网络通信平台及各种自动化高级设备。这使得运行维护更加全面智能，故障处理更加精准高效，调度操作更加科学快捷，进而极大提高工作效率，增强供电可靠性。以揭阳供电局变电管理所盘龙巡维中心站为例，该站依托信息数字化、通信平台网络化、信息共享最大化，能够在自动完成信息采集、测量、计量、控制、保护、检测等基本功能的同时，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同交互等高级功能[4]。这些功能的实现大大减少了约800项现场操作，将效率平均缩短了50%以上；既提高了工作效率，又保证了电网安全可靠运行，极大降低了现场作业的安全风险。

　　（三）智能技术在配电系统中的应用

　　1.配电自动化

　　配电自动化是智能电网建设的重要组成部分，也是提高配网运行效率、可靠性和电能质量的关键手段。随着信息技术、通信技术和自动化技术的不断发展，配电自动化系统逐渐从传统的手动操作模式向智能化、自动化方向发展。通过在配电网中引入高效的自动化设备和先进的通信网络，配电网能够实现远程监控、故障自动隔离、负荷自动调节等功能，大大提高了供电系统的灵活性和应对能力。在实际应用中，配电自动化系统主要包括配电主站系统、配电终端设备及通信网络。主站系统负责全局的监控与调度，配备了先进的分析和决策支持功能；而终端设备，如配电终端单元、故障指示器等，则负责执行现场操作，实时收集设备状态和电网运行数据。通过通信网络，主站和终端设备能够实现无缝连接，保证信息传输的及时性和准确性。尤其是在故障发生时，配电自动化系统能够迅速隔离故障区域，避免故障扩大化，并通过拓扑重构快速恢复非故障区域的供电[5]。

　　2.智能用电管理

　　智能用电管理是智能电网的重要组成部分，旨在通过智能化手段优化电力用户的用电行为，提高电能利用效率，减少能源浪费，推动传统电力系统向清洁、低碳、高效的方向转型。智能用电管理不仅涵盖了智能电表、分时电价、需求侧响应等技术手段，还包括了智能家居、微电网等新型用电模式的推广与普及。

　　在实际应用中，智能电表是智能用电管理的核心设备。通过智能电表，电力公司能够实时采集用户用电数据，精确记录电量信息，并根据用户的用电习惯进行分析。智能电表还支持远程抄表、远程断电等功能，这极大地方便了电力公司的运维管理。更为重要的是，智能电表的广泛应用为分时电价、阶梯电价等灵活的电价机制提供了技术支撑，促使用户根据电价波动调整用电行为，通过削峰填谷缓解电网负荷压力。此外，需求侧响应技术的应用也在智能用电管理中扮演着重要角色。通过需求侧响应系统，电力公司可以与用户进行实时互动，在电力负荷高峰期引导用户减少用电，或在电力供应充足时鼓励用户增加用电，从而实现电力需求的动态平衡。例如，国网江苏省电力公司通过智能用电管理平台，实现对工业用户和居民用户的分时电价调控。在夏季用电高峰期，平台可以通过短信和APP通知用户错峰用电，避免大规模停电风险，进而有效降低整个电网的运行成本。除了传统的用电管理方式，智能家居与微电网技术的结合还能进一步推动智能用电管理的创新发展。智能家居系统通过与电力管理系统联动，能够根据电价、环境温度和用户需求自动调整家电的运行状态，优化家庭用电结构[6]。

　　结语

　　从智能发电到配电自动化，从输电线路在线监测到智能用电管理，技术创新正持续为传统电力行业注入新的活力。这些进步不仅提高了电网的运行效率和可靠性，还为能源结构转型和清洁低碳发展提供了强有力的支撑。然而研究者也亟需清醒地认识到，技术应用的道路并非一帆风顺，数据安全、系统兼容性、伦理问题等挑战仍然存在，为此需要以更加审慎和智慧的态度去应对。未来，随着人工智能、物联网等技术的进一步成熟，电力系统有望迎来更加智能、更加绿色、更加安全的新时代。

　　参考文献：

　　[1] 李伟.输配电及用电工程的自动化运行维护技术的研究[J].家电维修,2024,36(09):83-85.

　　[2] 周慧荣.智能技术在输电线路安全运行中的应用[J].电子技术,2024,53(07):378-379.

　　[3] 陆兵,李辰雷.配电线路状态检测中的智能技术应用[J].集成电路应用,2024,41(07):148-149.

　　[4] 袁宝华.电力输配电线路中的节能降耗技术应用分析[C]//中国电力设备管理协会.全国绿色数智电力设备技术创新成果展示会论文集（一）.青海金龙电力工程有限公司,2024:3.

　　[5] 何超.输配电及用电工程线路安全运行技术分析[C]//中国电力设备管理协会.全国绿色数智电力设备技术创新成果展示会论文集（一）.国网四川射洪市供电有限责任公司,2024:3.

　　[6] 黄超.输配电线路方案规划中的经济效益评估研究[C]//中国智慧工程研究会.2024人工智能与工程管理学术交流会论文集.上海艾能电力工程有限公司杭州分公司,2024:3.