淺析智能型調(diào)度在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

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(yùn)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(guān)背景入手，首先智能型調(diào)度的定義與特點(diǎn)，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(gè)階段的調(diào)度特點(diǎn)，說明了智能型調(diào)度的重要性。接著文章設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。文章最后重點(diǎn)的強(qiáng)調(diào)了智能型調(diào)度在保持電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、靈活運(yùn)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(yīng)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。現(xiàn)對電力系統(tǒng)智能型調(diào)度進(jìn)行介紹。總結(jié)了電力系統(tǒng)調(diào)度的發(fā)展歷史，比較了各個(gè)階段的電力系統(tǒng)調(diào)度的特點(diǎn)，突出了智能型調(diào)度的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)代電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，論述了實(shí)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(shù)。強(qiáng)調(diào)了智能型調(diào)度在保持電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、靈活運(yùn)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(jìn)行了總結(jié)和展望。

1 智能型調(diào)度的定義與特點(diǎn)

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(jì)算機(jī)能夠像人類調(diào)度員一樣智能地感覺電力系統(tǒng)并且機(jī)敏地對電力系統(tǒng)出現(xiàn)的問題作出反應(yīng)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，從調(diào)度的任務(wù)和責(zé)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(gè)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(shí)期。傳統(tǒng)型調(diào)度的功能主要是監(jiān)視和控制，相當(dāng)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(jìn)行分析判斷，并主要通過電話等設(shè)備接受信息、發(fā)布命令，勞動(dòng)強(qiáng)度大，自動(dòng)化水平低。分析型調(diào)度的通信功能得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)，擁有了更多的系統(tǒng)信息，并且可以采用相應(yīng)的算法對系統(tǒng)的安全性等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，有的調(diào)度系統(tǒng)能夠計(jì)算電力市場環(huán)境下的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是，分析型調(diào)度給出的結(jié)果仍然需要調(diào)度人員結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷。決策支持型調(diào)度進(jìn)一步擴(kuò)展了分析型調(diào)度的功能，對分析型調(diào)度的結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行分析，為調(diào)度人員提供了分析結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)度、可信度等決策支持指標(biāo)，調(diào)度人員得到的系統(tǒng)信息更加明了直觀，其決策的時(shí)間相應(yīng)減少，而合理性卻得到了較大的提高。智能型調(diào)度進(jìn)一步深化了信息技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，要達(dá)到的目標(biāo)就是具有相當(dāng)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(jié)果，較大程度地提高電力系統(tǒng)調(diào)度的自動(dòng)化水平，減輕調(diào)度人員的工作強(qiáng)度，保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、靈活運(yùn)行。電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展各個(gè)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(kuò)展。電力系統(tǒng)調(diào)度將由一個(gè)簡單的監(jiān)控中心，發(fā)展成為一個(gè)高度信息化、智能化、功能強(qiáng)大的電力系統(tǒng)分析、預(yù)警、決策、操作、指揮中樞。

2 應(yīng)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(huì)、電力系統(tǒng)等各種因素綜合作用的結(jié)果，其必然性表現(xiàn)在3個(gè)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(shè)，西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃正在逐漸實(shí)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(gè)巨大的高維非線性系統(tǒng)，其運(yùn)行方式越來越復(fù)雜，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(fù)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(yīng)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(xué)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(jià)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(jì)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(jì)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(gè)利益?zhèn)€體，為了實(shí)現(xiàn)個(gè)體利益目標(biāo)的最大化，一些設(shè)備運(yùn)行的安全裕度減少，并且系統(tǒng)運(yùn)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(yù)見性，并能夠快速合理地進(jìn)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(jì)的基礎(chǔ)，是國家安全和社會(huì)穩(wěn)定的重要保證。三峽工程投運(yùn)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(jī)容量超過1.4×108kW，南北距離超過4600km，覆蓋14個(gè)省、市、自治區(qū)。如此巨大的交流系統(tǒng)，如果對一個(gè)局部的小擾動(dòng)或異常運(yùn)行調(diào)度不當(dāng)，也可能引起全系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)，甚至造成大面積的系統(tǒng)瓦解，對人民生活及國民經(jīng)濟(jì)造成災(zāi)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(guān)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(gè)重要環(huán)節(jié)。

2.2 可行性

先進(jìn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的可行性主要表現(xiàn)在5個(gè)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(chǔ)。計(jì)算機(jī)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(yīng)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(dá)。

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(chǔ)。圖形處理技術(shù)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(shù)能夠有效地提高系統(tǒng)的處理速度。

c.先進(jìn)原理、技術(shù)與方法在電力系統(tǒng)的應(yīng)用為智能型調(diào)度的實(shí)現(xiàn)提供了可能。FACTS技術(shù)的成熟與應(yīng)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(shí)別算法為智能型調(diào)度的分析評估提供了算法支持。風(fēng)險(xiǎn)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(jì)性。Agent技術(shù)的應(yīng)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(shù)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(yùn)行積累了大量的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)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(guān)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(jí)調(diào)度合作，進(jìn)一步將原理和方法進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證與應(yīng)用。

e.改革開放以來，我國國力的迅速增強(qiáng)，為電力系統(tǒng)智能型調(diào)度的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)后盾和技術(shù)基礎(chǔ)以及充分的人才儲(chǔ)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(gè)分布遼闊的巨型復(fù)雜系統(tǒng)，要求每一時(shí)刻發(fā)出的總電能等于系統(tǒng)消費(fèi)的總電能，并且時(shí)刻受到干擾的影響。對于這樣的超大型復(fù)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(jì)、靈活運(yùn)行的要求，需要智能的分布式調(diào)度。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和分布式人工智能相結(jié)合的產(chǎn)物，多代理系統(tǒng)（multi－Agent）的自適應(yīng)和分布式處理的特點(diǎn)，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(dú)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(yīng)，從而完成一個(gè)或者多個(gè)功能目標(biāo)的實(shí)體。一個(gè)多代理系統(tǒng)一般由3個(gè)部分組成：具有不同或者類似功能的Agent，提供各個(gè)Agent交互的友好環(huán)境，各個(gè)Agent之間的相互合作與相互競爭的關(guān)系。

表1 電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展各個(gè)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(yùn)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(jìn)而達(dá)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(bào)警、緊急啟動(dòng)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(yùn)行方式。最優(yōu)解的結(jié)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(fù)責(zé)在給定的系統(tǒng)范圍內(nèi)進(jìn)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(shí)地進(jìn)行，協(xié)調(diào)的結(jié)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(fù)責(zé)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(yùn)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(yùn)行人員的基本職責(zé)相對應(yīng)。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(gè)基本的功能分別進(jìn)行論述。這幾個(gè)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(yù)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(gè)重要節(jié)點(diǎn)的電壓、電流以及絕緣設(shè)備老化程度等都對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著關(guān)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(jì)算的復(fù)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(jìn)的算法，能夠有效地縮短這些穩(wěn)定方面的計(jì)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在線監(jiān)控方面的擴(kuò)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(fēng)險(xiǎn)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(shí)用性，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中獲得了較廣泛的應(yīng)用。但是，由于其采用“最嚴(yán)重事故標(biāo)準(zhǔn)”，得到的結(jié)果過于保守，造成了系統(tǒng)資源的閑置與浪費(fèi)。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(jì)性的聯(lián)系。風(fēng)險(xiǎn)方法有效地把握了事件發(fā)生的可能性與嚴(yán)重性，因此能夠準(zhǔn)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(jì)性之間的聯(lián)系。

故障預(yù)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(yùn)行的重要功能之一。近年來，電力系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)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(dǎo)致一系列其他元件停運(yùn)，這種連鎖反應(yīng)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(yù)警與初始故障的及時(shí)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(yù)警與處理提供了先進(jìn)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(shí)現(xiàn)形式，關(guān)系到其他功能能否得到最終的實(shí)現(xiàn)。其中，一個(gè)主要的部分就是在電網(wǎng)各種操作任務(wù)到來時(shí)，能夠給出滿足各級(jí)要求的操作票。

5 總結(jié)

本文對電力系統(tǒng)智能型調(diào)度進(jìn)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(diǎn)，對于減輕調(diào)度運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少調(diào)度決策時(shí)間，提高調(diào)度決策科學(xué)性具有重要意義；

5.2 電力系統(tǒng)實(shí)行智能型調(diào)度是國民經(jīng)濟(jì)與電力系統(tǒng)快速發(fā)展的必然結(jié)果，目前的工業(yè)基礎(chǔ)、研究成果為實(shí)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(shù)將在構(gòu)建這一結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用；

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

[1]馬騫，楊以涵，郭金智.基于本體論的調(diào)度決策支持軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（20）：57～62.

[2]王芹.基于多Agent的電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)[J].航空計(jì)算技術(shù)，2008，38（1）：66～68.

[3]辛耀中.新世紀(jì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（12）：1～10.

[4]王益民.國家電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（22）：1～5.

[5]李荔芳，劉東，陳清鶴.公共信息模型在配電網(wǎng)建模工具中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（24）：55～59.

[6]栗春，姜齊榮，鮑曉峰，等.用于電力系統(tǒng)控制的計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（11）：31～35.

[7]嚴(yán)登俊，鞠平，袁洪.網(wǎng)絡(luò)通信模式下電網(wǎng)相量的廣域測量與實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（4）：15～19.

[8]郭炳慶，孫元章，盧強(qiáng).電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制實(shí)時(shí)仿真決策系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24（18）：5～7.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.006