黃曉光

廣東電網(wǎng)公司江門供電局

淺析智能型調(diào)度在電力系統(tǒng)中的運用

黃曉光

廣東電網(wǎng)公司江門供電局

本文從課題研究的相關背景入手，首先智能型調(diào)度的定義與特點，然后闡述了電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)型調(diào)度、分析型調(diào)度、決策支持型調(diào)度、智能型調(diào)度的發(fā)展歷史及其各個階段的調(diào)度特點，說明了智能型調(diào)度的重要性。接著文章設計了電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的集中－分布式框架，主體采用采用了執(zhí)行Agent、監(jiān)督Agent、尋優(yōu)Agent、協(xié)調(diào)Agent、中央Agent的5層體系結構。文章最后重點的強調(diào)了智能型調(diào)度在保持電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、靈活運行方面的作用與意義。

電力系統(tǒng)；調(diào)度；智能型

引言

現(xiàn)代電力系統(tǒng)的高速發(fā)展使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)調(diào)度逐漸不能適應電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的概念逐漸形成并受到了廣泛的重視?，F(xiàn)對電力系統(tǒng)智能型調(diào)度進行介紹?？偨Y了電力系統(tǒng)調(diào)度的發(fā)展歷史，比較了各個階段的電力系統(tǒng)調(diào)度的特點，突出了智能型調(diào)度的優(yōu)點。結合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點，論述了實現(xiàn)電力系統(tǒng)智能調(diào)度的必然性和可行性。并且分析了智能型調(diào)度的功能以及采用的新原理與新技術。強調(diào)了智能型調(diào)度在保持電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、靈活運行方面的作用與意義。最后，對電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的發(fā)展前景進行了總結和展望。

1 智能型調(diào)度的定義與特點

本文給出了電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的一種簡潔的定義：所謂電力系統(tǒng)智能型調(diào)度是指調(diào)度計算機能夠像人類調(diào)度員一樣智能地感覺電力系統(tǒng)并且機敏地對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的問題作出反應。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，從調(diào)度的任務和責任上來定義，電力系統(tǒng)調(diào)度先后經(jīng)歷了傳統(tǒng)型調(diào)度、分析型調(diào)度、決策支持型調(diào)度與智能型調(diào)度4個階段。目前，處于決策支持型調(diào)度向智能型調(diào)度發(fā)展的重要時期。傳統(tǒng)型調(diào)度的功能主要是監(jiān)視和控制，相當于調(diào)度人員的眼睛和手的功能。調(diào)度人員需要依靠自己的大腦進行分析判斷，并主要通過電話等設備接受信息、發(fā)布命令，勞動強度大，自動化水平低。分析型調(diào)度的通信功能得到了進一步的加強，擁有了更多的系統(tǒng)信息，并且可以采用相應的算法對系統(tǒng)的安全性等指標進行計算，有的調(diào)度系統(tǒng)能夠計算電力市場環(huán)境下的經(jīng)濟指標。但是，分析型調(diào)度給出的結果仍然需要調(diào)度人員結合自己的經(jīng)驗進行分析判斷。決策支持型調(diào)度進一步擴展了分析型調(diào)度的功能，對分析型調(diào)度的結果進一步進行分析，為調(diào)度人員提供了分析結果的風險度、可信度等決策支持指標，調(diào)度人員得到的系統(tǒng)信息更加明了直觀，其決策的時間相應減少，而合理性卻得到了較大的提高。智能型調(diào)度進一步深化了信息技術、通信技術、人工智能技術等在電力系統(tǒng)中的應用，要達到的目標就是具有相當高的智能化水平，能夠得出與調(diào)度人員相同或者基本相同的結果，較大程度地提高電力系統(tǒng)調(diào)度的自動化水平，減輕調(diào)度人員的工作強度，保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、靈活運行。電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展各個階段的對比如表1所示。

通過對比分析可以看出，電力系統(tǒng)智能型調(diào)度概念的提出，使得電力系統(tǒng)調(diào)度在概念和功能上都得到了較大的擴展。電力系統(tǒng)調(diào)度將由一個簡單的監(jiān)控中心，發(fā)展成為一個高度信息化、智能化、功能強大的電力系統(tǒng)分析、預警、決策、操作、指揮中樞。

2 應用智能型調(diào)度的必然性和可行性

2.1 必然性

智能型調(diào)度作為一種全新的調(diào)度方式，其出現(xiàn)與快速發(fā)展是國家、社會、電力系統(tǒng)等各種因素綜合作用的結果，其必然性表現(xiàn)在3個方面。

a.智能型調(diào)度在系統(tǒng)互聯(lián)快速發(fā)展的情況下顯得更加重要。隨著我國特高壓骨干電網(wǎng)的建設，西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃正在逐漸實現(xiàn)，這將使我國的電力系統(tǒng)成為世界上少有的超大規(guī)模同步交流系統(tǒng)之一。大區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)使電力系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為一個巨大的高維非線性系統(tǒng)，其運行方式越來越復雜，保證系統(tǒng)安全可靠運行的難度也越來越大，對電力系統(tǒng)的安全性提出了更高的要求。面對如此巨大復雜的系統(tǒng)，依靠調(diào)度人員自己的決策能力已經(jīng)不能適應系統(tǒng)安全的要求，迫切需要調(diào)度系統(tǒng)能夠智能自主地給出合理科學的調(diào)度方案。

b.智能型調(diào)度是電力市場發(fā)展的需要。廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)，打破壟斷，引入競爭，這些是我國電力市場改革發(fā)展的必然趨勢。在電力市場中，經(jīng)濟性受到了廣泛的重視，在調(diào)度中不能不考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性。另一方面，在市場的環(huán)境下，原來垂直管理的系統(tǒng)體系分解成各個利益?zhèn)€體，為了實現(xiàn)個體利益目標的最大化，一些設備運行的安全裕度減少，并且系統(tǒng)運行狀態(tài)的改變也比較頻繁。這些都需要系統(tǒng)調(diào)度具有一定的預見性，并能夠快速合理地進行調(diào)度，智能方法在這些方面顯示其較好的趨勢。

c.智能型調(diào)度是保證國家安全的需要。電力是國民經(jīng)濟的基礎，是國家安全和社會穩(wěn)定的重要保證。三峽工程投運后，東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)和川渝電網(wǎng)互聯(lián)成功，其裝機容量超過1.4×108kW，南北距離超過4600km，覆蓋14個省、市、自治區(qū)。如此巨大的交流系統(tǒng)，如果對一個局部的小擾動或異常運行調(diào)度不當，也可能引起全系統(tǒng)的連鎖反應，甚至造成大面積的系統(tǒng)瓦解，對人民生活及國民經(jīng)濟造成災難性損失。在這種環(huán)境下，電力系統(tǒng)安全戰(zhàn)略防御體系的概念一經(jīng)提出，就受到了廣泛的關注和重視，智能型調(diào)度就是電力系統(tǒng)安全戰(zhàn)略防御體系中的一個重要環(huán)節(jié)。

2.2 可行性

先進理論的發(fā)展為電力系統(tǒng)智能型調(diào)度提供了外部條件，電力工作者和科研人員的不斷努力為電力系統(tǒng)智能型調(diào)度打下了堅實的基礎，電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的可行性主要表現(xiàn)在5個方面。

a.材料工業(yè)的發(fā)展為智能型調(diào)度提供了必要的硬件基礎。計算機處理速度和處理容量的迅速提高使得智能型調(diào)度迅速處理海量信息提供了可能。光纖等現(xiàn)代化通信材料的應用使電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與操作指令能夠正確快速地上傳下達。

b.軟件工業(yè)的發(fā)展為智能型調(diào)度提供了必要的軟件基礎。圖形處理技術提供了可視化的圖形界面，使得調(diào)度信息更加簡潔直觀。并行處理技術能夠有效地提高系統(tǒng)的處理速度。

c.先進原理、技術與方法在電力系統(tǒng)的應用為智能型調(diào)度的實現(xiàn)提供了可能。FACTS技術的成熟與應用為電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的靈活操作提供了條件。各種快速穩(wěn)定算法、故障識別算法為智能型調(diào)度的分析評估提供了算法支持。風險評估、脆弱度分析等方法使智能型調(diào)度能夠有效地平衡系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。Agent技術的應用使得智能型調(diào)度集中分散處理大系統(tǒng)成為可能。人工智能技術的發(fā)展不斷提高智能型調(diào)度的智能化水平。

d.我國的電力系統(tǒng)調(diào)度運行積累了大量的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗及軟件成果，如EMS等。我國的電力工作者對與智能調(diào)度相關的研究工作開展較早，做了大量的研究工作，積累了一定的成功的原理和方法。并通過與電力系統(tǒng)的各級調(diào)度合作，進一步將原理和方法進行了實際驗證與應用。

e.改革開放以來，我國國力的迅速增強，為電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的發(fā)展提供堅實的經(jīng)濟后盾和技術基礎以及充分的人才儲備。

3 智能型調(diào)度基本框架

隨著大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)將發(fā)展成為一個分布遼闊的巨型復雜系統(tǒng)，要求每一時刻發(fā)出的總電能等于系統(tǒng)消費的總電能，并且時刻受到干擾的影響。對于這樣的超大型復雜系統(tǒng)，常規(guī)的集中式調(diào)度方法將不能滿足電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、靈活運行的要求，需要智能的分布式調(diào)度。作為計算機技術、網(wǎng)絡技術和分布式人工智能相結合的產(chǎn)物，多代理系統(tǒng)（multi－Agent）的自適應和分布式處理的特點，能夠滿足這種要求。所謂Agent就是在一定環(huán)境下，具有一定的獨立性和自主性以及推斷能力，能夠和系統(tǒng)中的其他Agent通信交互以及能夠?qū)χ車沫h(huán)境做出反應，從而完成一個或者多個功能目標的實體。一個多代理系統(tǒng)一般由3個部分組成：具有不同或者類似功能的Agent，提供各個Agent交互的友好環(huán)境，各個Agent之間的相互合作與相互競爭的關系。

表1 電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展各個階段的對比

圖1表示了多代理系統(tǒng)集中－分布調(diào)度示意圖，能夠有效地解決智能調(diào)度的框架組織問題。下面對各層Agent分別論述。

圖1 多代理系統(tǒng)集中－分布調(diào)度示意圖

第1層是執(zhí)行Agent。執(zhí)行Agent從調(diào)度對象直接獲取運行狀態(tài)信息，并按照給定值或者給定的規(guī)律控制這些信息，進而達到直接控制系統(tǒng)的目的。

第2層是監(jiān)督Agent。監(jiān)督Agent具有對系統(tǒng)的監(jiān)督功能，包括越限報警、緊急啟動等，其整定值由規(guī)定或者各種算法來確定。

第3層是尋優(yōu)Agent。尋優(yōu)Agent的功能是自尋系統(tǒng)的最優(yōu)運行方式。最優(yōu)解的結果一般可以作為控制器的給定值。

第4層是協(xié)調(diào)Agent。協(xié)調(diào)Agent負責在給定的系統(tǒng)范圍內(nèi)進行協(xié)調(diào)。在經(jīng)過前3層后，需要協(xié)調(diào)的內(nèi)容大為減小，協(xié)調(diào)功能能夠?qū)崟r地進行，協(xié)調(diào)的結果可以作為尋優(yōu)功能的依據(jù)。

第5層為中央Agent。中央Agent負責全系統(tǒng)的分析與決策。其他各層不能解決的Agent之間的爭議，將由中央Agent解決，保證了系統(tǒng)運行統(tǒng)一性。

4 智能型調(diào)度基本功能

由電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的基本概念可以看出智能型調(diào)度的基本功能基本上與調(diào)度運行人員的基本職責相對應。目前，智能型調(diào)度的功能還在不斷的討論和完善中，本文將對智能調(diào)度的幾個基本的功能分別進行論述。這幾個基本的功能分別是：系統(tǒng)在線監(jiān)控、系統(tǒng)分析與評估、故障預警與處理、操作的形成與執(zhí)行等功能。

系統(tǒng)在線監(jiān)控是電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的最基本功能之一。電力系統(tǒng)中各個重要節(jié)點的電壓、電流以及絕緣設備老化程度等都對電力系統(tǒng)的安全運行起著關鍵作用，其監(jiān)測一直受到電力系統(tǒng)調(diào)度的重視。由于計算的復雜性，電壓穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)等在線監(jiān)控一直沒有較好地解決。在電力系統(tǒng)智能型調(diào)度中采用先進的算法，能夠有效地縮短這些穩(wěn)定方面的計算時間，實現(xiàn)了系統(tǒng)在線監(jiān)控方面的擴充。

系統(tǒng)分析與評估是電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的重要功能之一。確定性方法、概率方法以及風險方法是目前系統(tǒng)分析與評估的主要方法。在傳統(tǒng)的分析與評估算法中，常常采用確定性的算法。該方法由于其較大的安全裕度以及簡單實用性，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中獲得了較廣泛的應用。但是，由于其采用“最嚴重事故標準”，得到的結果過于保守，造成了系統(tǒng)資源的閑置與浪費。概率方法在一定程度上克服了確定性方法的不足，但是大多數(shù)的概率方法缺少與經(jīng)濟性的聯(lián)系。風險方法有效地把握了事件發(fā)生的可能性與嚴重性，因此能夠準確地描述系統(tǒng)的狀態(tài)特別是在電力市場環(huán)境下，有效地溝通了安全性與經(jīng)濟性之間的聯(lián)系。

故障預警與處理是電力系統(tǒng)智能調(diào)度保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要功能之一。近年來，電力系統(tǒng)發(fā)生災難性連鎖故障的次數(shù)明顯增多。所謂連鎖故障是指系統(tǒng)中某一元件故障導致一系列其他元件停運，這種連鎖反應迅速蔓延，最終造成大規(guī)模停電事故。連鎖故障發(fā)生的概率雖然不大，但危害極大，因此，故障的預警與初始故障的及時有效處理是防止系統(tǒng)發(fā)生崩潰的重要措施。沙堆模型理論、Cascading模型理論、小世界模型理論等為智能型調(diào)度的故障預警與處理提供了先進的理論算法。操作的形成與執(zhí)行功能是電力系統(tǒng)智能型調(diào)度功能的實現(xiàn)形式，關系到其他功能能否得到最終的實現(xiàn)。其中，一個主要的部分就是在電網(wǎng)各種操作任務到來時，能夠給出滿足各級要求的操作票。

5 總結

本文對電力系統(tǒng)智能型調(diào)度進行了綜合闡述，通過以上分析可知：

5.1 電力系統(tǒng)智能調(diào)度具有其他傳統(tǒng)的調(diào)度不能比擬的優(yōu)點，對于減輕調(diào)度運行人員勞動強度，減少調(diào)度決策時間，提高調(diào)度決策科學性具有重要意義；

5.2 電力系統(tǒng)實行智能型調(diào)度是國民經(jīng)濟與電力系統(tǒng)快速發(fā)展的必然結果，目前的工業(yè)基礎、研究成果為實現(xiàn)智能型調(diào)度提供了可能性；

5.3 由于電力系統(tǒng)的規(guī)模巨大，智能型調(diào)度將采用集中－分散的形式，多代理技術將在構建這一結構中發(fā)揮重要作用；

5.4 智能型調(diào)度要實現(xiàn)的基本功能基本上與調(diào)度運行人員的基本職責相對應，隨著新技術、新方法的應用，智能調(diào)度的功能必將越來越完善。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.006