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【轉】人工智慧在電力領域的研究應用方向和關鍵技術

2017年7月,國務院印發《新一代人工智慧發展規劃》,將人工智慧提升到國家戰略層面。8月,國家電網公司啟動人工智慧相關工作,形成《國家電網公司人工智慧專項規劃》。為探討人工智慧技術在電力領域的應用前景和方向,尋找人工智慧在電力領域的著力點和突破點,中國電科院於12月6日召開主題為“人工智慧在電力領域的研究應用方向和關鍵技術”的二零八科學會議,中國科學院院士周孝信、中國電科院總工程師湯湧、副總經理(副院長)王繼業、副總經理(副院長)高克利出席會議,來自國網公司、科研單位、高等院校的50餘位專家參加。

會議邀請9位知名專家就人工智慧技術進展及其在電力系統中的應用實踐和展望做專題報告。與會專家就人工智慧在電力領域的研究應用方向和關鍵技術進行了熱烈而深入的討論,並初步達成共識。

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王繼業副總經理(副院長)致歡迎詞並作題為“人工智慧在能源電力領域的探索”的專題報告,從能源電力轉型的視角切入,提出人工智慧是智慧能源的核心支撐技術,智慧能源與未來電網是以平衡為約束的多目標函式,其因子眾泛,條件隨機,難以物理建模,必須人工智慧解決。王繼業分析了人工智慧在電網安全與控制、輸變電、配用電、新能源、資訊通訊等領域的應用需求及前景,並提出全面支撐電網各環節、各領域、各區域人工智慧需求的工作目標。王繼業認為,當前人工智慧底層計算晶片、技術和平臺已形成開源模式,以運用和跟蹤研究為主;電網領域應以人工智慧的落地應用為研發重點。並重點研究深度學習、強化學習、遷移學習、小樣本學習等理論與技術應用;偶發、小概率事件是電網人工智慧關注點之一,也是人工智慧研究的難點,由於電網系統的安全性,需要特別重視人工智慧演算法的應用邊界條件以及資料、資訊和網路安全。

王繼業副院長指出人工智慧技術是電網發展的必然選擇,也是能源電力轉型發展的重要戰略支撐!在電網向能源網際網路演進和向高電壓大電網廣域互聯發展的格局下,人工智慧與電網應用技術融合將有效提升駕馭複雜電網的能力,提高電網運營的安全性,變革經營服務模式。最終以打造能源電力系統的“AlphaGo”和實現能源電力系統的自動駕駛為人工智慧在能源電力領域應用的終極目標!

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浙江大學陳為教授作題為“邁向新一代人工智慧”的專題報告,詳細介紹了人工智慧歷史沿革發展及標誌事件,梳理了人工智慧的分類和主流方法。同時,報告進一步介紹了新一代人工智慧規劃提出的背景和歷程,並對規劃進行了深刻解讀。陳為教授指出,目前人工智慧面臨從完全資訊人工智慧到非完全資訊人工智慧、從領域相關人工智慧到多領域通用人工智慧、從個體智慧到群體智慧等若干挑戰。倡導實現從淺層計算到深度神經推理、從單純依賴於資料驅動的模型到資料驅動與知識引導相互結合、從領域任務驅動智慧到更為通用條件下的強人工智慧的過渡與轉變。

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中國科學院自動化研究所趙冬斌研究員作題為“深度強化學習演算法及應用及電力系統應用”的專題報告。從方法原理、歷史發展、典型應用等方面介紹了深度學習和強化學習。指出深度學習具有較強的感知能力,強化學習具有突出的決策能力,兩者結合,優勢互補形成深度強化學習。由於在感知決策方面的優良效能,深度強化學習展現出了廣闊的應用前景,在遊戲、智慧駕駛、智慧醫療、機器人、智慧製造、智慧電網等方面均取得了應用。

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中國電科院湯湧總工程師作題為“電力系統人工智慧模擬分析”的專題報告。電力系統人工智慧模擬分析將開展大電網模擬分析知識經驗的人工智慧建模和應用方法、大電網模擬分析知識發現、大電網潮流方式智慧分析與調整、大電網穩定性智慧分析與控制等方向的研究。將電網分析的領域知識、專家經驗轉化為專業智慧,擴充套件模擬分析研究的範圍和深度,推動大電網執行方式制定、安全穩定特性分析和措施制定的智慧化,突破知識表達、知識發現和樣本生成等科學問題,開創模擬分析新思維。

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中國電科院技術戰略研究中心專家張東霞作題為“深度增強學習在電力系統分析中的應用”的專題報告。介紹了將隨機矩陣理論和深度強化學習相結合,快速選擇電網緊急控制策略的思路和方法。該方法利用深度卷積網路提取電網執行特徵,利用隨機矩陣理論計算目標回報,用雙重Q-Learning和競爭Q-Learning模型計算Q值,通過比較Q值大小得到切機控制策略。研究結果表明,深度強化學習在電網控制領域具有可行性,且為人工智慧在電網的應用提供了一個新思路。

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湖南大學劉絢教授作題為“智慧資料攻擊下的電網資料安全與對策”的專題報告。報告介紹了電網資訊物理安全的背景及智慧資料攻擊的原理,分析了智慧資料對電網執行經濟性、安全性、可靠性的影響,並提出了一系列有效的智慧資料攻擊防禦策略,以提高電網資料對於惡意攻擊的抵抗力,確保樣本資料的健康性,從而保障人工智慧演算法的效能。劉絢教授指出,智慧資料攻擊顯著提高了電網發生連鎖故障的風險,發展相關資料安全防禦方法是保證電網穩健執行的關鍵。

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華南理工大學餘濤教授作題為“基於資訊-物理-社會融合系統的智慧能源排程機器人理論與實踐”的專題報告。報告主要介紹了面向下一代能源電力系統的平行CPSS理想架構以及基於平行CPSS結構的智慧能源排程機器人及其知識自動化。以互聯電網“統一時間尺度”發電排程與控制問題和微網綜合能源系統優化排程問題為案例介紹了平行CPSS的集中控制和分散控制以及在試點工程上的嘗試。資訊-物理-社會系統的深度融合和基於排程機器人群體RoboECs的人工社會建模方法是基於平行CPSS架構的RoboEC及其知識自動化面試的主要挑戰。

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國家千人計劃特聘專家馬釗博士作題為“內嵌專業知識和經驗的機器學習方法-引導學習”的專題報告。簡要介紹機器學習發展歷程、發展現狀、方法分類,分析了現有機器學習方法的侷限性。結合電力領域特徵,分別從研究機理、工程實際和生產實踐3個層面,探討了電力領域對機器學習的需求。通過將專業知識和經驗進行數學化表示和封裝,提出一種嵌入“知識函式單元”的機器學習方法——引導學習,重點介紹了其理論基礎、結構框架和原理。馬博士認為,針對許多應用場景存在的資料價值密度低、而對安全性要求高的問題,引導學習探索了一條切實可行的技術路線,平行系統對於電力系統的保守、安全第一的要求下訓練排程機器人等來說一種比較可行的方案,平行系統要解決的就是與真實系統之間的引導問題,通過應用驅動、方法賦能、平臺支撐,可以讓能源電力更加智慧更加美好。

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國網能源研究院前副院長鬍兆光教授作題為“AlphaGo-Zero 的啟示”的專題報告。報告結合AlphaGo Zero,分析了新一代人工智慧的技術驅動和方法論創新。胡教授認為,人工智慧發展到今天,具備了實用化條件,一方面是由於計算能力的提高、新演算法的湧現、資料的激增,另一方面也源於人們對資料,知識和模型有了新的方法論的指導。胡教授認為,人工智慧將改變傳統電力系統,進而引發電力革命和能源革命,實現可持續發展。

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國家電網公司科技部姚建國處長指出,電網領域人工智慧的研究應以場景應用為驅動,但從研發到實際應用還有很長的路要走,人工智慧在電網領域的應用,應該先離線、後線上,確保系統的安全。在電力系統應用人工智慧的總體方針是尊重科研規律,鼓勵科研人員探索研究人工智慧在電力系統中的應用,希望中國電力科學研究院打造電力系統應用平臺,形成開源共享的人工智慧應用技術。

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最後,周孝信院士作總結髮言。周院士指出,人工智慧技術在電力系統的應用要首先保證安全,但科研沒有禁區,鼓勵大家探索電力系統的人工智慧技術,廣泛思考,超前謀劃,人工智慧技術將促進新一代電力系統的經濟性和安全可靠性的大幅度提高。周孝信院士對我院人工智慧工作提出希望,一是梳理人工智慧方法論,以需求為驅動,明確人工智慧應用領域,鼓勵採用不同的技術路線,指導人工智慧的研究和工作開展;二是搭建人工智慧研究平臺,提供演算法和工具,方便研究人員快速入門和使用;三是加強人員培訓,對人工智慧的基本概念、主要方法、思維方式以及人工智慧的應用範圍進行廣泛培訓,培養出中國電科院自己的人工智慧領域頂級專家,為中國電力的智慧化發展做出貢獻