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该小组的任务是汇集电力行业的公用事业专业人员,他们正处于数字化公用事业转型的最激烈阶段。

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冒险还是不冒险?这就是问题所在——AI就是答案

图片来源:©SJMPhotos | Dreamstime.com
Andrew Skumanich博士的照片
创始人兼CEO SolarVision咨询

Andy Skumanich博士是一位成功的硅谷科技企业家。他目前是SolarVision公司的首席执行官和创始人,这是一家专注于替代能源的技术业务发展公司。

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  • 2021年12月8日
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本文是《数据分析与情报》2021年12月特刊的一部分,点击这里了解更多

作者:Dr。安迪Skumanich和曼尼·吉亚西医生

在向莎士比亚道歉的同时,公用事业部门目前的状况正处于进退两难的境地。从历史上看,能源领域是一个低风险领域。可以理解的是,他们变得善于不冒险。然而,和莎士比亚一样,那些日子一去不复返了。

现在真正的困境是风险不利带来的风险呢.这是矛盾修辞法吗?不,这是对当今公用事业的合理考虑。公用事业公司面临着越来越大的压力,既要降低成本,又要保持可靠性,同时还要降低风险。电力市场试图在可靠性和可负担性之间取得平衡,但后者处于短期模式,需要前瞻性投资。许多公用事业公司继续试图维持已被证实的解决方案的旧方法。例如,他们有一个固定的时间表来修剪可能影响传输线的植被,当设备出现问题或故障时,他们会解决硬件问题。他们可能会在恶劣天气之前增加人员,但对于预测的风暴和可能的影响,他们有很多积极的计划吗?我们最近看到,德克萨斯州电网在深度冻结期间出现了一些与天气有关的问题,部分原因是大量风力发电的复杂性(2020年将达到22.8%),这使得标准发电厂的利用率降低,升级投资可能也会降低。投资组合预测可以帮助预测生产趋势,并受益于AI/ML。 In California, there are now Public Safety Power Shutoffs. A new PSPS may be brought on when it becomes necessary to turn off electricity during very dry and windy conditions, combined with a heightened fire risk. Although a step in the right direction, however, these show just how limited the approach is for identifying and developing pro-active capabilities, which can save money in the long run.

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这就是人工智能和机器学习在公用事业中变得必要的地方。AI/ML支持:预测性维护,简化操作,预测设备故障,更精确的破坏性天气事件预测等。[1]它提供了主动管理,包括能源发电组合的增长。举一个简单的成本削减与主动管理的例子,考虑植物控制。现在有大约20多家无人机服务公司,可以提供无人机设备或检查,这样对植被的监测就可以实时、按需进行,而不是按照固定的时间表进行,后者可能太频繁(更昂贵)或太不频繁(如果发生火灾,成本就会很高)。然而,无人机数据是大数据,需要AI/ML类型的算法来提取基于图像的信息,以确定问题发生的位置,并进行必要的调整。重要的是,与停电或火灾的被动反应相比,实现这种AI/ML和无人机数据的主动模式的风险较低。因此,不使用AI/ML和无人机的风险变得更高。另一个例子是,可以监测变压器的运行特征,同样,通过正确的AI/ML分析,可以在故障或停机之前发现早期问题。这些只是实现AI/ML和开发新方法的风险小于使用标准操作程序可能发生的其他风险的一些模式。AI/ML可以降低导致整体减少的风险,并且已经有许多例子。 [2]

信任

在任何运营或预测方面依赖AI/ML的一个关键方面可以归结为信任。你能相信结果吗?任何复杂的问题都可以通过大量AI/ML资源和模型训练来解决,但最终你能否接受准确的结果并依赖它们。答案是“视情况而定”。在数据集、算法训练和算法选择方面有很多问题。两个关键问题包括(1)过度拟合数据,或(2)调优噪声。这些都是真正的问题,需要通过足够复杂的AI/ML方法来解决。但是,确实有可能得到“值得信赖”的高精度结果。作为我们之前工作的一个例子,图1显示了在一段较长时期内公用事业电力需求预测的准确性

在这次与台湾电力公司的合作中,Ghiassi AI/ML建模给出了高度准确的预测分析,平均绝对误差低于1%,这比多元线性回归的标准方法和传统的高级神经网络分别好>1000%和>300%。在这个例子中,预测数据与实际数据的准确率为>99%,并且通过giassi算法分析,既没有过拟合,也没有对噪声的调整。(关于实现100%的讨论,请参阅最后一节。)

图1。一个电力公司的总电力销售的优秀预测,由Ghiassi AI/ML [3]

图2。>99%预测准确率的另一个例子是Ghiassi AI/ML [4]

ai / ml技术讨论

在技术方面,giassi(作者的)算法在没有过度拟合的情况下比其他算法表现得更好而用于训练的数据集与测试(样本外)数据集是分开的。目前发表的研究对483效用中使用的预测方法进行了系统和批判性的回顾预测模型并建立了人工神经网络是最常用的方法,在预测关键参数(如能源需求)方面优于其他统计方法。其他方法存在训练时间长、优化过程不稳定或对超参数敏感等问题。此外,在人工神经网络领域,Ghiassi AI/ML集已被证明优于传统的人工神经网络(Velásquez 2012, Olssonz 2017)。根据最近的研究:使用平均绝对百分比误差结果等精度指标,giassi模型比回归模型有更好的性能,现有的传统神经网络模型、支持向量机与遗传算法(SVMG)模型和支持向量机与免疫算法(SVMIA)模型。(Wang 2010, Zheng 2014)目前的研究支持giassi算法的优势。(例如Biswajit 2018)

死亡和税收

没有什么是100%的,除了死亡和税收,尽管有些人甚至对这两者都有争议(但我跑题了)。以我们的数据为例,AI/ML的准确率可以达到99%,不需要IBM沃森级别的能力。这表明,在没有过度拟合的情况下,可以并且已经实现了足够的精度。有了这种准确性,改进的实现将随着学习曲线的增长而增长,因为实用程序对结果产生了信任,并看到了主动姿态的优势。这与许多其他行业的学习曲线和采用类似。主要的结论是,现在不承担AI/ML风险的风险更大。

不要太病态,莎士比亚的哈姆雷特沉思死亡和自杀,哀叹生命的痛苦和不公平承认另一种选择可能会更糟.这听起来是不是有点耳熟?

冒险,还是不冒险。这确实是一个问题,但至少你知道答案(在99%的确定范围内)。

参考文献

[1]M. Ghiassi和a . Skumanich,“关于使用人工智能作为提高日照预测精度以实现优化光伏利用率的要求”https://doi.org/10.1109/PVSC43889.2021.9518470

[2] A. Skumanich和M. Ghiassi,“通过有针对性地使用人工智能和机器学习实现太阳能成本的大幅降低https://doi.org/10.1109/PVSC43889.2021.9518872

[3] Ghiassi, M.等人(2006)。“基于动态人工神经网络模型的中期系统负荷预测”,电力系统研究,第76卷,302-316

[4] Ghiassi, M.等人(2006)。预测时间序列事件的动态人工神经网络模型国际预测杂志,第21,341卷。

讨论
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扎克Canders 2021年12月13日

嘿,安德鲁,这篇文章不错。这是真实的故事,但大约8年前,我的公司(DataCapable)被认为是第一家将人工智能引入行业的公司。今天,几乎所有大额借条都受益于我们基于人工智能的实时威胁检测模型!看到这个行业已经走了这么远,看到人们写人工智能的力量,真的很令人惊讶!

期待更多的联系

扎克

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安迪Skumanich 2021年12月16日

把你自己算为先驱者之一。你有什么建议如何鼓励更多的人工智能应用?你的经验会很有帮助。

扎克·坎德的照片
扎克Canders 2021年12月20日

我喜欢这个问题,它让我想知道我是否应该做一篇与这个问题相关的文章(你知道吗,我想我会因为你给了我灵感!)。我给你的最大建议就是相信你在做的事情。当我们刚开始时,有很多人对AI的价值/作用持怀疑态度。这真的让我想到了一些正在用AR/VR +量子+激光雷达做疯狂事情的团队,以及他们可能在早期面临的质疑和批评,这些人要么有一个糟糕的初始体验,要么有点根植于“如果它有效,为什么要改变它”。我认为在人工智能领域最大的建议是不要过分夸大它,也不要过度推销它。专注于渐进式的胜利,讲述这些故事和需要改进的地方。透明是很棒的……

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安迪Skumanich 2021年12月21日

谢谢扎克!非常好的观点。

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Varun Perumalla 2021年12月14日

AI/ML一直在那里,但一直被忽视,直到最近几年,从那时起它已经成为一种趋势。话虽如此,有许多用例可以使用这些技术来解决公用事业/电力系统中的现实问题。特别是,学术界和工业界的负担是,要确保年轻的电气工程师专业人员应该接受电力系统技能培训,以及SAS、R和Python等编程技能。从这些在这两个领域受过训练的专业人员那里获得的价值将是巨大的。

我们都知道公用事业是风险厌恶的,领导者需要改变这种心态,在公用事业中采用更多的ML/AI。

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安迪Skumanich 2021年12月16日

非常好的观点,因为AI专家本身是不够的——你绝对需要开发领域专家——否则模型训练是没有意义的。为了实现良好的实现,你需要3样东西:数据,AI/ML引擎,领域专业知识。你对如何调整这种心态有什么想法吗?

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弗拉基米尔•Vinogradov 2021年12月16日

你好安德鲁。人工智能是一个很好的解决方案,也是正确的趋势。但是,如果你的风险成为现实,而你又没有可靠的能源来源,你该怎么办?这给许多人带来了很大的问题,就像在德克萨斯州发生的那样,今天在欧洲仍在继续。这意味着你需要一个可靠而廉价的电源。人工智能不是那种能源。

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安迪Skumanich 2021年12月17日

问得好——问题在于如何平衡事物。通过花费越来越多的钱,风险可以降低,但你会遇到“曲棍球棒”问题。试图100%使用可再生能源的情况就是如此,而可再生能源越来越贵,越来越接近100%。可靠性必须是增加可靠性的动态条件。一种有效的模式是DER(分布式能源),它通过分散地点来对冲赌注。此外,更多的预测和预测分析可以极大地减少我们将越来越多地看到的大问题的类型。

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弗拉基米尔•Vinogradov 2021年12月22日

同意。

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