智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的復(fù)雜性特征分析及啟示

劉喜梅，睢 杰

（華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，北京 102206）

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)與電力市場改革的逐步推進，電網(wǎng)規(guī)模將迅速擴張，電網(wǎng)需要處理和分析的信息以及環(huán)境知識將更趨多元和龐雜，電網(wǎng)的信息化特征日趨明顯，這就對電網(wǎng)信息管理提出了更高要求。與傳統(tǒng)信息管理不同，新型電網(wǎng)信息管理必須是一個具備智能化運作特點的動態(tài)適應(yīng)性系統(tǒng)，需要具有良好的柔性、可延展性與自適應(yīng)性等特征，能夠有效實現(xiàn)電網(wǎng)運行各環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)搜集、預(yù)測、計劃、自組織、自控制與輔助決策等智能化功能，為最優(yōu)化完成智能電網(wǎng)環(huán)境下的電力生產(chǎn)運營與交易提供全新的信息平臺支持?？梢?，未來的智能電網(wǎng)信息管理將是一個具備復(fù)雜性特征的綜合管理系統(tǒng)。

然后，由于目前智能電網(wǎng)建設(shè)在我國還處于初期階段，對其信息管理系統(tǒng)的復(fù)雜性特征認識還不明確，這將不利于智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃、有序推進和科學管理。因此，需要采用新型的科學管理理論與方法，對其展開深入研究。基于此，本文的研究思路是：結(jié)合復(fù)雜科學理論，針對我國智能電網(wǎng)的發(fā)展和初步規(guī)劃，深入分析智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性特征，并為我國智能電網(wǎng)的信息化建設(shè)提出科學管理思路。

一、智能電網(wǎng)及其信息化特征

（一）智能電網(wǎng)的含義以及我國的發(fā)展

隨著全球經(jīng)濟虛擬化與能源市場化趨勢，以及對能源可持續(xù)與清潔安全供應(yīng)的迫切要求，使得電力產(chǎn)業(yè)必須在技術(shù)、經(jīng)濟與管理上需做出較大變革，發(fā)展智能電網(wǎng)的愿景應(yīng)運而生。

2003年6月，美國“未來能源聯(lián)盟智能電網(wǎng)工作組”首先提出智能電網(wǎng)（smart grid）概念，認為它是一個“集成了傳統(tǒng)現(xiàn)代電力工程技術(shù)、高級傳感和監(jiān)視技術(shù)、信息與通信技術(shù)，并具備更加完善的性能，能夠為用戶提高系列增值服務(wù)的電網(wǎng)系統(tǒng)”。

雖然目前對智能電網(wǎng)的認識還存有不同，各國發(fā)展方向和技術(shù)重點也有所側(cè)重，但基本含義趨于一致，即智能電網(wǎng)是在新型智能技術(shù)支持下，資源－經(jīng)濟－環(huán)境互動的電網(wǎng)與相關(guān)服務(wù)的綜合集成系統(tǒng)。具體來講，就是將先進的現(xiàn)代傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和人工智能、自動控制技術(shù)高度集成到物理電網(wǎng)中，并能提供多元、互動的增值服務(wù)，具備智能化決策能力的新型電網(wǎng)系統(tǒng)。智能電網(wǎng)應(yīng)能夠在復(fù)雜環(huán)境下確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，互動性、持續(xù)性、清潔性，為用戶提供高附加值的服務(wù)。

2007年，我國的智能電網(wǎng)建設(shè)初見端倪，華東電網(wǎng)正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目。2009年形成一定的發(fā)展思路，2009年5月21日，國家電網(wǎng)公司提出我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)（strong smart grid）的發(fā)展規(guī)劃，其中特別強調(diào)了“堅強”一詞，凸顯了智能電網(wǎng)的技術(shù)特征，強調(diào)了電網(wǎng)運行的安全性。規(guī)劃的具體內(nèi)容如表1所示。2009年8月，國家電網(wǎng)公司啟動了智能化規(guī)劃編制、標準體系研究與制定、研究檢測中心建設(shè)、重大專項研究和試點工程等一系列工作。2010年1月，國家電網(wǎng)公司制定了《關(guān)于加快推進堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的意見》，確定了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標。2010年全國“兩會”上，溫家寶總理在《政府工作報告》中強調(diào)：“大力發(fā)展低碳經(jīng)濟，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設(shè)”。這標志著智能電網(wǎng)建設(shè)已成為國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。

表1 我國建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃

（二）智能電網(wǎng)的信息化特征

毫無疑問，智能電網(wǎng)是對傳統(tǒng)電網(wǎng)的一次技術(shù)與管理革命。根據(jù)我國智能電網(wǎng)規(guī)劃和實踐，智能電網(wǎng)重點發(fā)展方向可表述為：堅強、自愈、清潔、經(jīng)濟、交互、優(yōu)質(zhì)。這是一個以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)。其具體含義見表2。

我國智能電網(wǎng)要實現(xiàn)以上這些特征，均需要復(fù)雜的信息采集、分析、處理集成技術(shù)和科學系統(tǒng)化的信息管理作為支持，電力流、業(yè)務(wù)流與資金流實際上是信息流的集合，貫穿于電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)。即在智能電網(wǎng)的每種特征描述上與每個環(huán)節(jié)的運行上，都需要大量的信息采集、整理、預(yù)測和監(jiān)控，其信息化和數(shù)字化特征非常明顯。如圖1所示。

表2 我國智能電網(wǎng)的主要特征

因此，在各種高科技技術(shù)包括儀器設(shè)備制造、電路電子、通信工程與導(dǎo)航、遙測、遙控與遙感等技術(shù)支持下，集成新型的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，對電網(wǎng)運行實施全面系統(tǒng)科學的信息化管理，是構(gòu)建堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、互聯(lián)互動的智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。顯然，建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，首先需要加強對智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的建設(shè)，這是一項復(fù)雜的系統(tǒng)科學管理工程。

二、智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的復(fù)雜性特征

（一）復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)以及基本特征

一般來說，系統(tǒng)是指為實現(xiàn)規(guī)定功能以達到某一目標而構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的一個集合體或裝置（部件）。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)（complex Agent system，CAS）是一類很有代表性的復(fù)雜系統(tǒng)，它是由美國計算機科學家霍蘭（J.H.Holland）教授于1994年提出。但目前還沒有一個嚴格的定義。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的基本思想是：CAS是由大量能動的個體（Active Agent）組成的，個體之間存在復(fù)雜的相互作用，并且個體的相互作用和行為影響著系統(tǒng)賴以生存的環(huán)境，而個體和環(huán)境相互不間斷的影響，又改變著較高層次的系統(tǒng)。這種主動性以及相互作用，即“適應(yīng)性”是系統(tǒng)發(fā)展和進化的基本動因，這就是CAS理論的基本思想——適應(yīng)產(chǎn)生復(fù)雜性。

不同領(lǐng)域的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)具有一些相同屬性。一般來說，應(yīng)包括：智能性、多層次性、非線性交互、涌現(xiàn)性、非平衡有序、分散控制、自適應(yīng)性、自組織性、動態(tài)性等特點。如表3所示：

表3 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的特征

（二）智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性特征分析

一般而言，智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)是由人（具有創(chuàng)造性思維的各層管理者與員工）、資金（能源金融領(lǐng)域的投融資）、物（智能化的電力通信設(shè)備與信息技術(shù)）、信息（電網(wǎng)各層面的經(jīng)驗知識與數(shù)據(jù)）等資源構(gòu)成的具有管理屬性的人機綜合系統(tǒng)。以下參照復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的特點，考察智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性特征。具體描述見表4。

表4 智能電網(wǎng)信息系統(tǒng)的復(fù)雜性特征

對照復(fù)雜性適應(yīng)系統(tǒng)特點，不難看出，智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)具備典型的復(fù)雜性特征，屬于一個復(fù)雜性適應(yīng)系統(tǒng)，它與傳統(tǒng)電力信息管理系統(tǒng)存在著根本區(qū)別不同，主要體現(xiàn)在：

1.處理對象不同。不僅有電力數(shù)據(jù)，還有知識。獲取、存取和處理知識的能力是智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的主要區(qū)別。知識包括專家經(jīng)驗與歷史處理經(jīng)驗和訣竅等。所以智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)也是一個基于知識處理的系統(tǒng)。

2.求解模式不同。智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)往往采用人工智能求解模式來獲得結(jié)果。有三個明顯特征，即求解算法具有復(fù)雜性，往往是非確定型的或啟發(fā)式的；求解在很大程度上依賴知識；求解方法大致分為搜索、推理和規(guī)劃三類。

3.執(zhí)行與控制模式不同。智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)具有現(xiàn)場感應(yīng)（環(huán)境適應(yīng)）能力，即自組織性與自適應(yīng)性，具有智能化執(zhí)行命令和自動控制性極強的特點。

該系統(tǒng)的構(gòu)建需要全面使用現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、運籌學、統(tǒng)計學、模型論和人工智能等各種最優(yōu)化技術(shù)。

三、對我國智能電網(wǎng)信息化管理的啟示

（一）智能電網(wǎng)的信息化管理，需要借鑒復(fù)雜科學管理思維

復(fù)雜科學管理的研究對象是社會層面上的復(fù)雜系統(tǒng)，如社會經(jīng)濟系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、企業(yè)系統(tǒng)等。其思維模式包括：系統(tǒng)思維——研究復(fù)雜問題的思考方式；環(huán)狀因果思維——觀察復(fù)雜問題的角度；模塊化思維——分析復(fù)雜問題的思維過程；可視化思維——研究復(fù)雜問題的思維方法。

智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)是一個具有高度復(fù)雜性、多元性和綜合性的人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)既屬于技術(shù)系統(tǒng)，也屬于社會系統(tǒng)，因此，智能電網(wǎng)的信息化管理也可采取復(fù)雜科學管理思維模式。

1.系統(tǒng)思維。結(jié)合智能電網(wǎng)信息管理的復(fù)雜特征，根據(jù)系統(tǒng)目標（優(yōu)化電力資源、提高智能信息管理效率，實時預(yù)測電網(wǎng)運行等），將各類現(xiàn)實與潛在資源（包括各種顯性與隱性知識）進行整合與優(yōu)化，發(fā)揮其涌現(xiàn)性作用，該系統(tǒng)需要資源－組織－個體的協(xié)調(diào)配合和有效運作；

2.環(huán)狀因果思維。電網(wǎng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的信息管理具動態(tài)性、非線性、交互性的復(fù)雜環(huán)狀因果關(guān)系。如用戶信息改變將導(dǎo)致發(fā)電配電生產(chǎn)行為信息改變，電價與電量信息改變，又會影響用電信息。系統(tǒng)中各種因素的變化，將會導(dǎo)致其他因素甚至系統(tǒng)與環(huán)境發(fā)生變化，所以需要謹慎處理智能電網(wǎng)信息管理系統(tǒng)流程各環(huán)節(jié)的關(guān)系。

3.模塊化思維。按照智能電網(wǎng)發(fā)展要求，可構(gòu)建不同層次的智能化信息模塊，如電力再生產(chǎn)層、區(qū)域?qū)?、管理層、資源層與電源層信息模塊等等，

4.可視化思維。在智能電網(wǎng)信息管理中，各種資源、供求、管理等復(fù)雜關(guān)系可通過循環(huán)圖、結(jié)構(gòu)圖、流程圖等加以解釋，充分調(diào)動管理人員的想象力，創(chuàng)造性解決智能電網(wǎng)信息管理問題

（二）智能電網(wǎng)的信息化管理，需要加快實施智能電網(wǎng)信息技術(shù)的創(chuàng)新

堅強的智能電網(wǎng)需要堅強的智能信息化技術(shù)，信息技術(shù)硬件建設(shè)是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵，這是一項系統(tǒng)信息技術(shù)工程建設(shè)，包括輸電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、變電站設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)、配電網(wǎng)智能化通信組網(wǎng)、智能饋線的自動化與信息技術(shù)、微網(wǎng)控制信息技術(shù)、智能調(diào)度的可視化技術(shù)、互動智能電表與需求側(cè)管理的信息技術(shù)等等，涉及到智能電網(wǎng)建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，這些技術(shù)不僅需要借鑒國外的引進技術(shù)，更需要國內(nèi)相關(guān)技術(shù)部門的研發(fā)，應(yīng)充分利用國內(nèi)高新產(chǎn)業(yè)群及電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的技術(shù)研發(fā)部門的合作創(chuàng)新機制，加快其創(chuàng)新與應(yīng)用。

（三）智能電網(wǎng)的信息化管理，需要加強對電網(wǎng)信息技術(shù)管理人才的培養(yǎng)

堅強的智能信息化管理除了需要加強信息技術(shù)硬件建設(shè)，突破技術(shù)瓶頸外，信息管理人才隊伍的培養(yǎng)和建設(shè)也十分重要。智能電網(wǎng)信息管理的復(fù)雜性特點，包括智能化、非線性行為、自適應(yīng)性與自組織性、涌現(xiàn)性等，不僅需要提高目前電網(wǎng)設(shè)備的人工智能水平，更需要提高信息管理人員的智能決策水平和科學管理水平，以適應(yīng)電網(wǎng)運行的高標準要求，提高人機界面的開發(fā)、操作與應(yīng)對環(huán)境變化和意外風險的能力。在人才隊伍建設(shè)上，要結(jié)合智能電網(wǎng)信息管理規(guī)劃，加強對專業(yè)信息管理人才的培養(yǎng)，以及各層級管理人員的信息管理水平培訓。

（四）智能電網(wǎng)的信息化管理，在微觀上需要加強企業(yè)管理制度建設(shè)

由于智能電網(wǎng)的信息化管理可以根據(jù)環(huán)境、資源與目標的不同，可采用多層面多環(huán)節(jié)的信息智能體模塊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各分散控制系統(tǒng)的目標訴求，所以智能電網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)的動態(tài)性、非均衡演化性等復(fù)雜性特點，對其管理組織建設(shè)與其他制度提出了更高要求，要求有相應(yīng)的柔性組織結(jié)構(gòu)與制度體系的配套支持，包括組織戰(zhàn)略、組織目標、組織結(jié)構(gòu)、組織過程和組織文化等。因此，電網(wǎng)企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)該建立并健全適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展的科學、明確的管理制度。

（五）智能電網(wǎng)的信息化管理，在宏觀上需要相關(guān)政府部門的政策支持

智能電網(wǎng)建設(shè)是一項適合我國國情的基礎(chǔ)能源系統(tǒng)建設(shè)項目，該項目不僅促進了電網(wǎng)系統(tǒng)運行的技術(shù)經(jīng)濟效率，而且將帶動能源與相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)進步，為我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供堅強有力的能源安全保障，應(yīng)該從國家戰(zhàn)略層面上予以支持與保障。因此，智能電網(wǎng)建設(shè)不僅需要電網(wǎng)企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的技術(shù)、制度與人才支持，更應(yīng)該國家宏觀層面的政策支持與制度保障，如設(shè)立智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新基金，提出促進智能電網(wǎng)技術(shù)引進與研發(fā)的優(yōu)惠財稅政策與信貸政策，建立智能電網(wǎng)設(shè)備與信息技術(shù)標準化體系，為促進我國智能電網(wǎng)科學發(fā)展的宏觀政策與保障制度體系。

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