淺析農村智能電網應用分布式優(yōu)化理論的意義

王萍

【摘? 要】隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，對能源的需求也在不斷增加。如今綠色可循環(huán)利用能源較少，綠色清潔科技不完備，因此不能全面滿足人民的需求，然而人們?yōu)榱藵M足自己，大肆使用化石等有害環(huán)境的稀缺能源，導致環(huán)境污染愈來愈嚴重的同時能源也逐漸稀缺。傳統農村的電網迂回倒送的線路多，造成供電線路交叉更加復雜，容易導致安全隱患發(fā)生事故。由于現在電網的復雜度越來越高，農村使用的傳統電網在配電輸電的過程中損耗大，用電時會出現斷電情況，根本不足以支撐現在人們的生活，因此這就需要在農村建設智能電網。智能電網這一經濟且清潔高效的新概念的提出無疑是為21世紀提供了新的發(fā)展點，全國各地發(fā)展智能電網也如追求新的時尚潮流一般，都在奮力的跟上腳步。

【關鍵詞】農村;智能電網;分布式

1 農村智能電網的現狀與發(fā)展

如今智能電網是電力系統發(fā)展變革的最新動向，近十年來各個國家都一直注意著電網的發(fā)展動向并且積極的推進。歐美國家早在2001年開始就設立了智能電網聯盟，為未來電網部署了Grid2030戰(zhàn)略。同樣中國也不甘落后，2007年華東電網公司啟動了智能電網可行性項目研究，可以說是國內在智能電網這方面第一個“吃螃蟹的人”。智能電網在農村的建設采取的是分階段措施，分為試點階段（2009～2010年）、全面建設階段（2011～2015年）和引領提升階段（2016～2020年），如今農村電網正處在提升階段。盡管我國在智能電網方面研究進展還是很緩慢但這并不妨礙我國研究者的積極性，一直在爭取智能電網建設方面的突破性發(fā)展。后又提出“更堅強的電網——智能電網”這一概念，認為堅強的電網是基礎，而智能是充分發(fā)揮作用的關鍵，只有這樣才能更好的去優(yōu)化和分配能源，同樣也保證了安全可靠的電力供應進一步實現清潔高效的目標。同樣作為一個農業(yè)大國，農民是國家的基礎，要想發(fā)展城鄉(xiāng)一體化，在農村建設智能電網是刻不容緩的事。農民生活水平的提高可以帶動農村經濟的發(fā)展，提高農民幸福度，整個國家才能富強穩(wěn)健的發(fā)展。

2 分布式優(yōu)化理論與應用

分布式優(yōu)化方法是多智能體之間互相協調合作完成優(yōu)化任務的有效途徑，面對繁瑣且大規(guī)模、復雜性較高的優(yōu)化問題，傳統的集中式算法是無法解決，甚至無從下手，而分布式優(yōu)化算法可以很好的解決這類問題。傳統的集中式算法主要依賴于一個控制中心，其中各個節(jié)點的信息都需要先用交互通信手段傳輸給控制中心，然后控制中心再利用集中化算法進行計算，分配給各個節(jié)點控制指令。而分布式優(yōu)化算法并不依賴控制中心，各個節(jié)點之間可以進行信息交流，相比集中式算法，分布式優(yōu)化算法可以更加快速有效的處理信息同時考慮通訊和調度在其中的重要作用。

分布式優(yōu)化理論主要研究的問題是優(yōu)化算法的設計，收斂性的證明以及復雜性分析，這些應用到實際問題中需要先建立相應的數學模型，再通過數學模型得出的算法收斂性去優(yōu)化分析實際事件中的問題。如我們平時生活中所能接觸到的計算機通訊，交通控制，人工智能，生物生態(tài)等這些都需要應用分布式優(yōu)化理論。分布式優(yōu)化理論在智能電網中的應用，首先就是要確保每個電力元件與調度中心都具備通信功能，再通過局部信息交互的方式來實現全局的優(yōu)化調度，這一點是傳統的集中式方法所做不到的，分布式優(yōu)化算法相對集中式算法來說具有更大的可擴展性，操作也更為靈活方便。

3 農村智能電網應用分布式優(yōu)化的意義

智能電網是傳統電網在安全性、可靠性、穩(wěn)定性上做出的提高，并且改善了電能的質量，真正做到了高效清潔便利。要想在農村建設堅強的智能電網，把分布式優(yōu)化實踐到其中，這不光可以改善農村時而出現跳電的情形還解決了能源損耗過大的問題，這對農村經濟的全面協調、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3.1 減少能量損耗

智能電網中存在多個發(fā)電單元，每個發(fā)電單元都承載著不同的可響應能量，其中考慮一般的有向連接網絡和傳輸損耗，可以將能量管理問題建模為一個社會福利最大化的優(yōu)化問題。利用分布式的能量管理算法，來證明其收斂值的最優(yōu)解，從而改善實際問題，避免農村用戶處在用電的情形時存在無意識的浪費電的形式。用電量變小的同時也減少了能量傳輸損耗，降低了電網能源損耗，智能電網相對于傳統電網更加節(jié)約能源，電網能源損耗減少，供電量會相對比較輕松，就不會出現電價逐漸增長的現象，用電量也相對較穩(wěn)定，讓農村用戶可以放心使用。農村電網能源的損耗減少，使得農村能源負擔減小，這更有利于農村能源經濟的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 規(guī)避網絡攻擊和隱私竊取風險

智能電網離不開網絡，網絡必然具有風險，農村的網絡未必有城市網絡那么完善，農民的防范意識也不夠高，因此會有一些人想要投機取巧，惡意攻擊或者竊取農村用戶信息，如農村用戶的用電量被惡意更改，從而導致電價的不一樣。農民會對電價產生懷疑，這種敏感程度直接導致農村用戶用電量的多少，從而對相關的電力企業(yè)造成一定的影響。利用分布式加密函數的隱私保護算法，使得每個節(jié)點的加密函數只可以被鄰居節(jié)點獲知，根據矩陣擾動理論，得出算法的收斂性和收斂終值，實際再加以調整，對農村用戶的信息進行加密使其受到保護。這在農村用戶信息受到惡意攻擊時，分布式優(yōu)化方法利用不同的加密函數，使農村用戶的用電量維持準確的信息，不會在因為受到惡意攻擊而斷電，讓農民用電更加放心。這樣也有利于在農村建立透明公開的智能用電服務和靈活便利的智能供電服務，從而幫助農村智能電網更加穩(wěn)健的發(fā)展，為實現堅強的智能電網打下基礎。

3.3 發(fā)揮更大的綜合效益

電力系統中存在必不可少的經濟因素和環(huán)境因素，經濟因素會因為智能電網多智能體之間信息傳遞延誤而造成一定的經濟誤差。利用分布式優(yōu)化針對通信系統拓撲結構的多變性進行研究，解決時延問題減少經濟誤差，讓農民可以擁有實時安全的信息流，相對減輕因時延誤差造成的經濟負擔。在建設農村智能電網時，農村的電力市場也在不斷的興起，每個投資者都在希望自己的利益最大化，利用分布式優(yōu)化的方法解決電力交易中進價決策和電力輸電成本分配問題。根據投資者目的的不同來考慮環(huán)境經濟的調度，分布式優(yōu)化確定發(fā)電量和碳排放交易量來實現自身的最大化利益?，F如今投資者希望在獲得利潤的同時注意到環(huán)保效益，兩者更好的結合有利于發(fā)揮更大的綜合性效益，促進農村電網上下游產業(yè)的健康發(fā)展。

4 結語

如今發(fā)展智能電網是必然趨勢，只有更好的去建設智能電網，才能讓智能電網更加全面的服務于大眾。智能電網中應用到分布式優(yōu)化理論不僅可以很好的優(yōu)化調整能源結構，還能使能源利用率變高。在農村建設智能電網可以滿足農民多元化用電，加快城鄉(xiāng)一體化的步伐，支撐新型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設，推動農村經濟更好的發(fā)展。在狠抓“三農”的當代社會，農村智能電網的建設為農村的發(fā)展打下了牢固的基礎，向國家實現能源經濟的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標又邁出了一大步。

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（作者單位：南京三新供電服務有限公司）