在当前事件响应工作流(左)中，电网运营商根据警报做出决策，这是一个手工步骤做可能太耗时而无法有效。HADREC平台(右)引入了一个基于人工智能的自动化决策支持工具，以实现更高效、更有效的工作流程来应对能源紧急情的。资料来源:Cortland Johnson |太平洋西北国家实验室
电网运营商在应对中断电力服务的紧急情况时，面临着巨大的挑战和机遇。美国不断增加的停电事件估计造成300 - 500亿美元的损失，每年影响数百万用户。当突发事件发生时，如何优化电力系统的响应，既是挑战，也是机遇。优化可以最小化这些事件的影响。
太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员正在与谷歌Research、PacifiCorp和V&R Energy的合作伙伴合作，开发一种实时自适应应急控制系统，以保护电网免受极端天气和其他破坏性事件的昂贵干扰。该技术显著改进了现有的方法，后者要求电网运营商依赖离线研究，以确定在真实事件中适当的系统响应。
然而，这些事件并不总是像我们预期的那样展开，网格条件可以在几分之一秒内改变。一些按照当前标准“实时”运行的在线工具可能比系统中发生的实际事件落后5到15分钟。
可扩展的高性能自适应深度强化学习为基础的实时紧急控制(HADREC)平台在能源部高级研究计划局能源(ARPA-E)为期三年的投资下进一步开发和测试使用一种称为深度强化学习的人工智能(AI)，与高性能计算一起，在干扰发生的几秒钟内自动化决策和系统响应。
深度强化学习改进了传统强化学习的能力，它能够更好地扩展和快速有效地将现有模式应用于跨越数千个系统资产的真实事件的不可预测问题。初步结果表明，HADREC技术将帮助减少系统反应时间60倍，并将系统恢复时间提高至少10%。这有助于防止级联中断，从而允许更有效和更有弹性的电网运行。
一个面向真实系统演示的三年计划
项目的合作者正在实现结合问题各个角度的不同视角和专业知识的好处，同时有效地朝着一个解决方案工作。在第一年，该团队为HADREC算法建立了性能方法和基准，并开始使用德克萨斯州电网大小的模拟系统测试它们。一旦对算法性能感到满意，他们就把测试转移到更现实、更大规模的系统中。
现在，随着他们进入第三年，该团队将专注于使用实际效用和网格数据演示技术。到2022年项目结束时，该技术将被开发出来，并进行充分测试，以便与真实的生产系统集成。
“有时电网运营商有传统的方法来解决特定的问题，但这是困难和耗时的，他们仍然可能无法得到一个可行和有效的答案，”西北国家实验室的电气工程师和合作者秋华Huang说。“像这样的ARPA-E项目将各方聚集在一起，从多个角度指导开发，并将其与强大的研究能力的好处结合起来，更有效地解决现实世界的问题。”
利用工业经验和国家实验室
与PNNL一起参与该项目的有公用事业供应商和技术开发商V&R Energy、投资者所有的公用事业公司PacifiCorp和谷歌研究团队，他们在机器和强化学习方面具有专业知识。每个人都拥有一个独特的拼图。
PacifiCorp总部位于俄勒冈州波特兰市，是美国西部最大的电网运营商之一。PacifiCorp传输规划工程师Song Wang表示:“与PNNL这样的国家实验室合作，为解决日益复杂的挑战贡献了新想法、技术和工具。”“反过来，我们能够与我们的研究伙伴分享我们在公用事业行业所面临的具体挑战的信息，以帮助有效地将团队的努力集中在解决方案开发上。”
对于V&R能源公司来说，其目标是帮助太平洋公司和其他电网运营商提供有效的解决方案。联合创始人玛丽安娜瓦伊曼(Marianna Vaiman)表示:“我们的电力系统处于各种压力条件下，由于可再生能源发电的互联规模比以前更大，这些压力条件包括不同的行为模式。”“我们也看到很多恶劣天气事件，比如野火和飓风，会在很短的时间内发生连锁故障。我们试图通过这个项目实现的是，在发生严重事件时，能够非常快速、健壮和可靠地控制系统。”
谷歌研究团队也贡献了他们的专业知识，成功地将深度学习和强化学习应用到项目中。“我们的目标是在广泛的重要议题上致力于长期的、雄心勃勃的问题。我们探索利用我们独特的能力为社会公益服务的机会，这个项目与我们的工作和使命很一致，”谷歌研究的科研人员和技术主管Jie Tan说。
HADREC合作的最终重点是通过提供快速、准确的缓解措施，减轻威胁电网稳定性和可靠性的条件，减少电力系统中发生的严重事件或故障的影响。随着我国和世界范围内能源结构的不断变化以及极端事件的日益频繁，解决这一问题变得越来越重要。Vaiman说:“现在我们对这个项目所做的事情比刚开始时更加重要。”“像现在这样集思广益，会让我们更快、更准确地找到答案。”
HADREC团队已经开发了一套开源分析软件和工具，用于开发基于人工智能的智能电网应急控制应用。这些应用程序可以帮助电网运营商保护其网络的可靠性，免受自然和人为威胁。该团队计划在2022年底前提供这些申请的许可。获得软件和工具的许可将使公用事业和系统运营商能够开发新的应急控制解决方案，这些解决方案可以根据他们自己的独特需求和挑战进行定制。
