◆王瓊 楊波

行業(yè)與應(yīng)用安全

知識圖譜在電力行業(yè)的應(yīng)用與研究

◆王瓊 楊波

（國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司 甘肅 730050）

通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的挖掘，并將人工智能、知識圖譜及自然語言等技術(shù)與其相融合，構(gòu)建電力行業(yè)的知識圖譜，根據(jù)電力行業(yè)的特點采用人工智能進(jìn)行分析，從而對電力行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測。知識圖譜技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以推進(jìn)電力行業(yè)的科學(xué)化發(fā)展和信息化建設(shè)，從而實現(xiàn)智能電網(wǎng)與用戶的雙向友好互動，保證各環(huán)節(jié)移動互聯(lián)，擴(kuò)大智能電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用前景和現(xiàn)實的應(yīng)用價值。

知識圖譜；電力行業(yè)；大數(shù)據(jù)；智能電網(wǎng)

將人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，可以構(gòu)成知識圖譜，它是一種智能數(shù)據(jù)庫，可以按照一定的結(jié)構(gòu)對知識進(jìn)行管理。在電力行業(yè)中引入知識圖譜，可以對數(shù)據(jù)信息中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，并提取出有用的信息，同時還可以對系統(tǒng)中分散的知識進(jìn)行匯總，從而提高數(shù)據(jù)分析的能力。通過人工智能、5G通信等先進(jìn)技術(shù)，將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳感設(shè)備與通信資源相融合，從而構(gòu)建智能化電力系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效管理提供了重要保障[1]。

1 知識圖譜與電力系統(tǒng)融合分析

知識圖譜通過結(jié)構(gòu)化方式對客觀事物、概念及相互關(guān)系進(jìn)行描述。通過對知識進(jìn)行收集處理，然后對有用的知識進(jìn)行抽取和存儲，從而完成知識圖譜的構(gòu)建，知識抽取是整個構(gòu)建過程的重要環(huán)節(jié)，其抽取方法作為研究的重點經(jīng)歷了規(guī)則詞典-機(jī)器學(xué)習(xí)-深度學(xué)習(xí)三個過程。如今知識圖譜得到了廣泛應(yīng)用，尤其在搜索引擎、對話問答等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并結(jié)合深度學(xué)習(xí)，有效推動人工智能的發(fā)展。

1.1 知識圖譜

谷歌公司為了提升引擎的效率，實現(xiàn)智能化搜索，于2012年最早提出知識圖譜這一概念。知識圖譜采用節(jié)點來對實體、屬性進(jìn)行描述，采用邊來對實體間、實體與屬性間的語義關(guān)系進(jìn)行描述。實體是指現(xiàn)實中存在的事物，實體的特征由屬性來描述，各個實體間的互聯(lián)通過知識圖譜的關(guān)系特征來實現(xiàn)，這樣就能為語義理解、情報檢索等功能的實現(xiàn)提供支持[2]。知識圖譜的構(gòu)建主要由知識抽取、知識融合、知識表示、知識驗證和知識推理五部分構(gòu)成，構(gòu)建流程如圖1所示。

圖1 知識圖譜構(gòu)建流程

1.2 電力知識圖譜應(yīng)用分析

隨著電力系統(tǒng)智能化和信息化的不斷推進(jìn)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息量正不斷增加，信息化平臺在各級電力調(diào)度中心建設(shè)過程中，沒有采用統(tǒng)一的格式化標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的種類和格式多種多樣，通常以文本、視頻等非結(jié)構(gòu)化方式進(jìn)行存儲，只有少量的數(shù)據(jù)是按結(jié)構(gòu)化處理。作為生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)，電力企業(yè)的生產(chǎn)過程和服務(wù)工程會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，從而增加了電力數(shù)據(jù)的維度。電力數(shù)據(jù)資源主要由上述分散、多維、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)構(gòu)成。

因此將知識圖譜應(yīng)用在電力行業(yè)，可以對分散的電力數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和分析，從而保證電網(wǎng)數(shù)據(jù)的通用性和規(guī)范性，為智能電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)據(jù)信息提供真實性和一致性保障[3]。

2 電力行業(yè)專用詞典的建立

為了更好研究電力行業(yè)，首要任務(wù)是對其相關(guān)專業(yè)術(shù)語進(jìn)行了解，以便更好理解專業(yè)文獻(xiàn)。構(gòu)建電力行業(yè)專用詞典有助于對專業(yè)詞條的掌握和理解，同時可以提高學(xué)習(xí)效率，對電力行業(yè)的發(fā)展起到一定推動作用。

2.1 構(gòu)建方法

詞典構(gòu)建的常用方法包括術(shù)語抽取和定義抽取兩種。術(shù)語抽取問題通常以形式化方式來表示，將其置信度以結(jié)果展現(xiàn)，從而對專業(yè)術(shù)語的置信度進(jìn)行辨識。術(shù)語抽取問題有自身的缺陷，當(dāng)對低頻問題進(jìn)行統(tǒng)計時，信息利用率受限。為了降低分詞錯誤給識別效果帶來的影響，并對其識別難度進(jìn)行調(diào)節(jié)，專業(yè)術(shù)語的抽取通過置信度傳播和表示學(xué)習(xí)來完成，抽取過程如下：

（1）通過模版匹配將專業(yè)術(shù)語從語料中自動抽??；

（2）利用點互信息對抽取出的術(shù)語進(jìn)行詞組性計算，然后通過百科語料庫和表示學(xué)習(xí)的方法以嵌入的形式對術(shù)語語義進(jìn)行表示，再根據(jù)語義關(guān)系構(gòu)建語義網(wǎng)絡(luò)；

（3）通過置信度傳播對抽取的術(shù)語進(jìn)行排序，并對名次靠前的術(shù)語進(jìn)行挑選，詞典的構(gòu)建流程如圖2 所示。

2.2 構(gòu)建分析

通過對不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出電力行業(yè)專業(yè)術(shù)語，構(gòu)建專用詞典。隨著大數(shù)據(jù)、5G移動通信和人工智能的快速發(fā)展，為電力行業(yè)的智能化發(fā)展提供了條件。為了適應(yīng)電力系統(tǒng)智能化和信息化建設(shè)，本文對電力、計算機(jī)領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)詞匯進(jìn)行匯總，并編制成詞典，電力行業(yè)詞條包括：高壓直流輸電、繼電保護(hù)、自動調(diào)控、供配電系統(tǒng)、電力物聯(lián)網(wǎng)、變電站和發(fā)電廠等；計算機(jī)詞條包括：可視化、VR技術(shù)、機(jī)器語言、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、知識圖譜、大數(shù)據(jù)、5G通信、云計算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息安全等[4]。

圖2 詞典構(gòu)建流程

3 電力行業(yè)知識圖譜構(gòu)建

3.1 基礎(chǔ)平臺知識圖譜

基礎(chǔ)平臺主要由平臺管理、各種數(shù)據(jù)庫和總線等構(gòu)成，為相關(guān)功能的開發(fā)、使用和維護(hù)提供技術(shù)支持，并確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。通過對其知識圖譜進(jìn)行構(gòu)建，平臺內(nèi)各功能單元間的關(guān)系一目了然，這樣就可以為工作人員就能對其結(jié)構(gòu)更加直觀了解，為后續(xù)使用提供了方便。

基礎(chǔ)平臺的知識圖譜如圖3所示，按照從下到上方法對其進(jìn)行構(gòu)建，首先將實體和屬性從數(shù)據(jù)源中進(jìn)行提取，并對提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，從而獲得應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)庫表、消息通道、日志服務(wù)等，其次將上述實體間的關(guān)系按照種類進(jìn)行區(qū)分，對其本體關(guān)系進(jìn)行抽象化處理，從而完成其知識圖譜的構(gòu)建。

圖3 基礎(chǔ)平臺知識圖譜

3.2 業(yè)務(wù)邏輯知識圖譜

電力系統(tǒng)的業(yè)務(wù)多樣化，同時各業(yè)務(wù)緊密聯(lián)系，因其數(shù)據(jù)信息量大，還需保證其動態(tài)特性，這樣就給系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理帶來了巨大的壓力。業(yè)務(wù)邏輯知識圖譜的構(gòu)建，一方面可以通過可視化技術(shù)將復(fù)雜業(yè)務(wù)的調(diào)用關(guān)系對外展示，另一方面還可以輔助排故，加深對系統(tǒng)的認(rèn)識和了解，熟悉各個業(yè)務(wù)流程。對業(yè)務(wù)邏輯的知識圖譜進(jìn)行構(gòu)建通常包括以下要點：依據(jù)專家經(jīng)驗和知識庫相關(guān)信息，對各部分的本體及其關(guān)系進(jìn)行抽象化處理，然后將本體的信息從各數(shù)據(jù)源中提取出來，這樣就可以按照本體間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對實體關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建，最終實現(xiàn)知識圖譜的構(gòu)建[5]。

4 效益分析

4.1 社會經(jīng)濟(jì)效益

構(gòu)建電力系統(tǒng)的知識圖譜，實現(xiàn)了用戶與智能電網(wǎng)間的雙向互動，保證服務(wù)型企業(yè)的高效管理，為系統(tǒng)安全可靠供電提供了重要保障，對日常管理進(jìn)行了優(yōu)化并開拓了企業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。實現(xiàn)了精益化管理，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，從而掌握系統(tǒng)的功率、負(fù)載等運(yùn)行趨勢，通過對電力資源的優(yōu)化配置，保證了電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 綜合管理效益

通過知識圖譜與人工智能的建設(shè)，首先可以對用戶側(cè)負(fù)荷進(jìn)行柔性調(diào)控，電力企業(yè)有序用電管理水平得到提升；其次對用戶用電情況實時在線監(jiān)控，提升了客戶服務(wù)水平；最后可以通過對系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的分析，對需求側(cè)的管理不足進(jìn)行改進(jìn)，為相關(guān)政策的實施提供數(shù)據(jù)信息支撐，可以有效推動管理水平的提升[6]。

5 結(jié)論

將知識圖譜應(yīng)用在電力領(lǐng)域，可滿足電力企業(yè)數(shù)字化管理和智能電網(wǎng)的建設(shè)，有效提高了電力企業(yè)的管理水平。該系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，利用人工智能技術(shù)對大數(shù)據(jù)進(jìn)行合理使用，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時推動了智能電網(wǎng)的建設(shè)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息對電力系統(tǒng)實現(xiàn)精益化管理，促進(jìn)了電力企業(yè)的科學(xué)化管理和信息化建設(shè)，實現(xiàn)了智能電網(wǎng)與用戶間友好互動，有效提升了電力公司的業(yè)務(wù)水平，具有很好的發(fā)展前景和實用價值。

[1]劉津，杜寧，等. 知識圖譜在電力領(lǐng)域的應(yīng)用于研究[J]. 電力信息與通信技術(shù)，2020，18（1）：60-63.

[2]李新鵬，徐建航，等. 調(diào)度自動化系統(tǒng)知識圖譜的構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 中國電力，2019，52（2）：70-75.

[3]余建明，王小海，等.面向智能調(diào)控領(lǐng)域的知識圖譜構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2020，48（3）：29-33.

[4]郭洋，張永梅，姚振.智能電網(wǎng)可視化平臺建設(shè)實踐研究[J].電工技術(shù)，2019（18）：98-99.

[5]沈國梁，強(qiáng)榮，陳海亮.電網(wǎng)實時運(yùn)行可視化分析系統(tǒng)應(yīng)用[J].寧夏電力，2008（3）：40-42.

本文受甘肅省電力公司科技項目《智能電網(wǎng)信息互聯(lián)技術(shù)支撐體系設(shè)計及應(yīng)用研究》資助