什么是氣象AI？它對(duì)電網(wǎng)有哪些作用？氣象AI以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，可在新能源消納、大電網(wǎng)安全與穩(wěn)定、新型負(fù)荷感知與預(yù)測(cè)、電力資產(chǎn)管理與運(yùn)維等領(lǐng)域賦能智能電網(wǎng)。國(guó)家電網(wǎng)有限公司近年來在氣象AI技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新探索，已在負(fù)荷預(yù)測(cè)、極端氣象環(huán)境下的故障預(yù)測(cè)、電網(wǎng)巡檢和調(diào)度等領(lǐng)域應(yīng)用并取得實(shí)效。

1.氣象條件是影響電網(wǎng)運(yùn)行的重要因素

可能會(huì)有很多人認(rèn)為，氣象和電力是完全不同的兩個(gè)領(lǐng)域，但其實(shí)二者之間的關(guān)系非常密切。一座座巨大的鐵塔矗立在山間田野，肩挑著高壓電線，為千家萬(wàn)戶輸送著生活中不可或缺的電力。這些看上去威武雄壯的“大個(gè)子”，也一樣會(huì)受到覆冰、雷電、風(fēng)偏、舞動(dòng)等氣象災(zāi)害的影響。

氣象條件是影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。如今，電網(wǎng)輸變電設(shè)備普遍分布于野外，氣象環(huán)境復(fù)雜多變。尤其是特高壓線路路徑長(zhǎng)、覆蓋廣、局部走廊線路密集，且沿途所經(jīng)區(qū)域多為高原山區(qū)、雷害區(qū)、重冰區(qū)、大風(fēng)區(qū)，自然環(huán)境惡劣，極端天氣多發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷擊、覆冰、風(fēng)偏、舞動(dòng)、暴雨等氣象原因?qū)е碌墓收险茧娋W(wǎng)總故障數(shù)的60％以上。

以往，國(guó)家電網(wǎng)公司主要通過公共氣象服務(wù)獲得氣象預(yù)報(bào)信息，但這些信息與電網(wǎng)實(shí)際需求差距很大，存在觀測(cè)站點(diǎn)遠(yuǎn)離電網(wǎng)輸變電設(shè)備、僅關(guān)注常規(guī)氣象要素、電力關(guān)鍵氣象要素欠缺、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)分辨率偏粗、未針對(duì)電網(wǎng)需求優(yōu)化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式等問題。

例如，氣象觀測(cè)站點(diǎn)部署距離電網(wǎng)輸變電設(shè)備較遠(yuǎn)，無法精確監(jiān)測(cè)電網(wǎng)沿線數(shù)據(jù)；新能源出力預(yù)測(cè)時(shí)，無法獲取太陽(yáng)輻照度、指定層高的風(fēng)速等電力關(guān)鍵氣象要素；電網(wǎng)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)時(shí)，無法獲取微尺度（1公里×1公里網(wǎng)格）氣象災(zāi)害信息。

在智能電網(wǎng)建設(shè)中，如何才能有效觀測(cè)獲取氣象信息，更好地保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行？氣象AI技術(shù)給出了答案。

2.氣象AI可在電網(wǎng)多領(lǐng)域應(yīng)用

近年來，人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，并逐步應(yīng)用在各領(lǐng)域。谷歌、IBM等互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)巨頭已紛紛在能源領(lǐng)域布局氣象AI應(yīng)用。如IBM計(jì)劃推出一款名為“深雷”的新產(chǎn)品，可以提供320米至1920米范圍內(nèi)的精確天氣預(yù)報(bào)。氣象AI在電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛。IBM已為全球數(shù)百個(gè)太陽(yáng)能和風(fēng)能項(xiàng)目提供發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)；英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)也開始研究如何應(yīng)用人工智能及氣象大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)用電負(fù)荷，平衡其能源供應(yīng)。

在我國(guó)能源電力領(lǐng)域，氣象AI技術(shù)應(yīng)用的廣度和深度也在逐步擴(kuò)展。

電網(wǎng)安全方面，2018年9月，南瑞集團(tuán)科研團(tuán)隊(duì)在華東地區(qū)用人工智能技術(shù)進(jìn)行氣象災(zāi)害模擬預(yù)測(cè)，將幾年內(nèi)臺(tái)風(fēng)引起線路跳閘的概率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)人工智能算法的準(zhǔn)確率比傳統(tǒng)算法高近20％。新能源發(fā)電方面，2019年10月，上海電氣運(yùn)用“人工智能+氣象”形成海上風(fēng)電運(yùn)維解決方案，通過對(duì)高精度氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，為海上風(fēng)電運(yùn)維提供決策支持。

國(guó)家電網(wǎng)公司從2009年起開始電力氣象研究工作，2017年開始發(fā)展適合電網(wǎng)應(yīng)用的氣象AI。國(guó)網(wǎng)信通股份公司繼遠(yuǎn)軟件自2017年開始從事氣象AI研究，為國(guó)家電網(wǎng)公司總部以及國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司、國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司等提供智慧氣象服務(wù)，擁有領(lǐng)先的氣象預(yù)報(bào)算法和氣象物聯(lián)網(wǎng)硬件，通過基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和人工智能預(yù)報(bào)等特有的預(yù)報(bào)技術(shù)，深度挖掘歷史氣象大數(shù)據(jù)，提供專業(yè)氣象服務(wù)整體解決方案，支撐電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

今年5月19日，繼遠(yuǎn)軟件利用多年的人工智能技術(shù)積累，整合精準(zhǔn)微氣象的分布式光伏預(yù)測(cè)平臺(tái)、氣象AI平臺(tái)，開發(fā)出了新一代氣象AI賦能云平臺(tái)。該平臺(tái)以氣象AI預(yù)報(bào)技術(shù)為核心，充分運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，為客戶提供多種氣象服務(wù)，協(xié)助氣象數(shù)據(jù)上云，形成定制化氣象解決方案。

據(jù)繼遠(yuǎn)軟件氣象AI產(chǎn)品負(fù)責(zé)人陶鵬介紹，氣象AI賦能云平臺(tái)不僅能提供基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)，還能將氣象數(shù)據(jù)與具體電網(wǎng)業(yè)務(wù)結(jié)合，直接提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)。

比如，對(duì)國(guó)網(wǎng)發(fā)展部主導(dǎo)開發(fā)的新能源云，平臺(tái)提供了包括風(fēng)、光資源在內(nèi)的20余項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)；平臺(tái)還為國(guó)家電力調(diào)度控制中心、國(guó)網(wǎng)設(shè)備部提供了針對(duì)線路、桿塔的雷電、覆冰、強(qiáng)對(duì)流等6種災(zāi)害預(yù)警?！拔磥?，電網(wǎng)氣象的服務(wù)模式也將是以需求為驅(qū)動(dòng)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)+定制化服務(wù)相結(jié)合的方式。”陶鵬說。

3.為電網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)檢、大數(shù)據(jù)中心等生產(chǎn)部門提供定制化氣象服務(wù)

案例一為電力線路運(yùn)行提供氣象預(yù)報(bào)預(yù)警

隨著現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是電力調(diào)度，對(duì)氣象服務(wù)的要求越來越高。氣象AI服務(wù)為調(diào)度控制中心提供電網(wǎng)運(yùn)行層面的精細(xì)化電力氣象預(yù)報(bào)預(yù)警數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警、提前處置。

2020年5月30日18時(shí)左右，國(guó)網(wǎng)安徽電力調(diào)控中心氣象預(yù)警監(jiān)視畫面顯示強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)，多普勒雷達(dá)回波監(jiān)視告警，預(yù)警對(duì)流天氣將從西向東移動(dòng)，預(yù)計(jì)將從安徽三個(gè)500千伏過江斷面橫穿。氣象預(yù)警系統(tǒng)第一時(shí)間推送了故障跳閘預(yù)警、保護(hù)動(dòng)作預(yù)案及兩側(cè)站內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻信息。

安徽省調(diào)當(dāng)班調(diào)度通過平臺(tái)推送的預(yù)警信息，及時(shí)采取了應(yīng)急操作，并將安徽省強(qiáng)對(duì)流天氣情況及故障判斷情況及時(shí)匯報(bào)給華東電力調(diào)控分中心，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠持續(xù)供電。

隨著復(fù)雜地形及惡劣氣候條件地區(qū)的輸電線路日益增多，電網(wǎng)運(yùn)維檢修對(duì)氣象服務(wù)的要求也日益變高。由于以往供電企業(yè)對(duì)輸電線路沿線風(fēng)口、峽谷等高山局部特殊地段氣象資料的掌握有限，因氣象原因發(fā)生的倒塔、斷線故障不時(shí)發(fā)生。氣象AI可提供輸電走廊沿線精細(xì)化電力氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)，實(shí)現(xiàn)桿塔級(jí)的氣象預(yù)報(bào)預(yù)警。

安徽省宣城市是如今的皖電東送“橋頭堡”，被群山環(huán)繞，氣象復(fù)雜多變，較難預(yù)測(cè)。其中海拔1000米以上的山峰有60多座，輸電線路1205條，線路長(zhǎng)度超過2萬(wàn)千米。每當(dāng)進(jìn)入冬季，山區(qū)溫度低極易導(dǎo)致輸電線路結(jié)冰，而輸電線路一旦結(jié)冰，會(huì)導(dǎo)致兩邊桿塔受力增大易引發(fā)桿塔倒塌斷線。

今年2月，宣城供電公司運(yùn)檢部通過部署輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)裝置，采集微氣象、導(dǎo)線拉力、傾角等數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型及人工智能算法，構(gòu)建了輸電線路覆冰預(yù)警系統(tǒng)。如果出現(xiàn)異常的預(yù)警信息，值班人員及巡檢人員可通過電腦端和移動(dòng)端同時(shí)收到告警信息，依據(jù)告警信息可立即做出相應(yīng)處理，確保高壓線纜安全運(yùn)行。

案例二為新能源發(fā)電提供精準(zhǔn)微氣象預(yù)測(cè)

風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源出力都受到氣象條件的較大影響。隨著氣象條件變化，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電存在較大波動(dòng)性、隨機(jī)性。而氣象條件又受到地形影響，新能源發(fā)電場(chǎng)站選址地蘊(yùn)藏資源的高低，需要盡可能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)評(píng)估。氣象AI服務(wù)可快速評(píng)估指定區(qū)域風(fēng)能和太陽(yáng)能資源條件，提供新能源功率預(yù)測(cè)所需的風(fēng)速、風(fēng)向、輻照度、云量等預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，支撐新能源高效消納。

甘肅省定西市安定區(qū)賈堡村建設(shè)有大量分布式光伏電站。分布式電站具有分布范圍廣、部署點(diǎn)分散等特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確把握電站的運(yùn)行質(zhì)量、衡量電站的運(yùn)行水平、加強(qiáng)電站的管理成為分布式光伏發(fā)展的關(guān)鍵難題。國(guó)網(wǎng)甘肅電力基于精準(zhǔn)微氣象的分布式光伏預(yù)測(cè)平臺(tái)目前已平穩(wěn)運(yùn)行一年多。

該平臺(tái)由繼遠(yuǎn)軟件和國(guó)網(wǎng)甘肅電力共同研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了分布式光伏場(chǎng)站的場(chǎng)站檢測(cè)、發(fā)電功率預(yù)測(cè)、并網(wǎng)輔助決策等。截至6月3日，該平臺(tái)已接入分布式光伏場(chǎng)站120余個(gè)，發(fā)電功率預(yù)測(cè)平均準(zhǔn)確率達(dá)95%以上。

隨著城市化和風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，電力對(duì)氣象服務(wù)的要求越來越高，電力行業(yè)的經(jīng)營(yíng)發(fā)展需要?dú)庀笮畔⒎?wù)來輔助領(lǐng)導(dǎo)者和技術(shù)人員開展決策。未來在電力行業(yè)，氣象數(shù)據(jù)的全景可視化展現(xiàn)、高時(shí)空分辨率的電力氣象預(yù)報(bào)、全國(guó)新能源資源的快速定點(diǎn)勘測(cè)預(yù)報(bào)、極端災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)、能源氣象數(shù)據(jù)的地理信息系統(tǒng)可視化等有望成為發(fā)展的熱點(diǎn)。