?基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的電網(wǎng)規(guī)劃教學(xué)探討

摘 "要 "從復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的角度，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行復(fù)雜性建模和演化分析，并探討其在教學(xué)中的可行性及要點(diǎn)。分析影響電網(wǎng)規(guī)劃的各種因素，尋找其復(fù)雜性根源，對(duì)電網(wǎng)投資建設(shè)、輸電價(jià)格及電網(wǎng)可靠性關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，通過(guò)構(gòu)建合理的演化機(jī)制，對(duì)電力市場(chǎng)的重要指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，提出規(guī)劃信號(hào)作用于電網(wǎng)投資建設(shè)的規(guī)律。

關(guān)鍵詞 "電網(wǎng)規(guī)劃；復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論；電力市場(chǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）02-0129-03

Study of Power Grid Planning Based on Complex Adap-tive System Theory//YOU Yigang， ZHANG Zhigang

Abstract "Based on the Complex Adaptive System Theory， this paper discusses the complexity modeling method and evolution analysis of power grid planning in the electricity market environment. And the feasibility and key points in tea-

ching are discussed. Firstly， we analyse the influence of various

factors of power grid planning， trying to find the complexity root. Through the dynamic analysis of grid investment con-struction and transmission price and grid reliability relations， we found the reasonable evolutionary mechanism of power grid planning in the electricity market.

Key words "power grid planning; complex adaptive system theory; electricity market

0 "引言

隨著電力市場(chǎng)化改革的日趨深入及電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，研究電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜性問(wèn)題越顯重要，其體制上也需要相應(yīng)轉(zhuǎn)變：研究的重點(diǎn)應(yīng)愈加重視電網(wǎng)規(guī)劃在宏觀層面的布局和發(fā)展戰(zhàn)略分析，以及科學(xué)合理的政策、決策分析。因此，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)投資規(guī)劃進(jìn)行深入研究，更具有顯著的理論意義和實(shí)用價(jià)值。如何在電力市場(chǎng)環(huán)境下，構(gòu)建一個(gè)合理的數(shù)學(xué)模型，使其既能反映電網(wǎng)自身的物理規(guī)律，又能反映電力市場(chǎng)特有的經(jīng)濟(jì)規(guī)律[1]，從而有效應(yīng)用于電網(wǎng)投資規(guī)劃及分析，成為當(dāng)務(wù)之急。

對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃復(fù)雜性問(wèn)題的教學(xué)中，首先應(yīng)探討復(fù)雜性的本質(zhì)，通過(guò)分析影響電網(wǎng)規(guī)劃的各要素之間的關(guān)聯(lián)，尋找復(fù)雜性問(wèn)題的根源[2]；然后提出對(duì)復(fù)雜性問(wèn)題研究的可行性手段，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)投資建設(shè)和輸電價(jià)格及電網(wǎng)可靠性關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并構(gòu)建合理的演化機(jī)制，對(duì)電力市場(chǎng)的重要指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)規(guī)劃信號(hào)作用于電網(wǎng)投資建設(shè)等內(nèi)在規(guī)律。

1 "電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜性

在市場(chǎng)環(huán)境下，電力系統(tǒng)的物理特性和電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)特性是導(dǎo)致電力系統(tǒng)復(fù)雜性問(wèn)題的主要根源 [3]。電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中重要的一環(huán)，不僅受到電力系統(tǒng)內(nèi)部各要素的影響，還受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、法規(guī)政策、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境、技術(shù)進(jìn)步、人口增長(zhǎng)等因素的影響[4]。因此，可將電網(wǎng)規(guī)劃視為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，從復(fù)雜性問(wèn)題的角度對(duì)其進(jìn)行深入研究。電網(wǎng)規(guī)劃各要素的關(guān)聯(lián)模型如圖1所示。從宏觀層面來(lái)看，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策法規(guī)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素是影響電網(wǎng)規(guī)劃的深層原因，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同階段，國(guó)家采取的宏觀調(diào)控政策有所不同，甚至產(chǎn)業(yè)政策也會(huì)不同，相應(yīng)的政策影響企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展，從而影響電力的需求。同時(shí)，電力投資材料的價(jià)格、電價(jià)的變動(dòng)對(duì)電廠的投資和資本回收影響很大，其他相關(guān)電力投資激勵(lì)措施的實(shí)施也會(huì)對(duì)電源、電網(wǎng)建設(shè)、電力供應(yīng)產(chǎn)生影響。因此，宏觀經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可作為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的根本動(dòng)能。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃研究，通常只考慮物理層面的安全穩(wěn)定約束。而基于電力市場(chǎng)環(huán)境的電網(wǎng)規(guī)劃，不僅要考慮電網(wǎng)高度時(shí)變的物理約束條件造成的影響，還要考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境帶來(lái)的新變化，如電網(wǎng)阻塞、市場(chǎng)力、柔性的可靠性準(zhǔn)則等。對(duì)于這樣一個(gè)多優(yōu)化目標(biāo)、多約束條件且具有高度不確定性的問(wèn)題，復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論為人們提供了研究方法，該理論的基本思想就是適應(yīng)性產(chǎn)生復(fù)雜性。依據(jù)該理論，可假定電力系統(tǒng)的各組成部分為主體單元（如電源系統(tǒng)、電網(wǎng)、電力需求等），將社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策法規(guī)等宏觀因素視為環(huán)境，將電能和資金作為交互手段。各主體單元會(huì)持續(xù)受到外部環(huán)境的影響，彼此之間也自發(fā)地發(fā)生交互作用。電力系統(tǒng)作為復(fù)雜系統(tǒng)，各主體單元會(huì)通過(guò)自主學(xué)習(xí)并積累經(jīng)驗(yàn)，不斷地更新自己的策略，并選擇優(yōu)化的行為方式，以適應(yīng)外部環(huán)境的變化，保持各單元之間的協(xié)調(diào)一致，實(shí)現(xiàn)整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的不斷發(fā)展和演化。

2 "電網(wǎng)投資規(guī)劃建模分析

本文主要討論電網(wǎng)投資規(guī)劃，立足于宏觀層面的問(wèn)題，通過(guò)定性和定量分析外界環(huán)境、法規(guī)政策等因素的影響，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較，研究電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略和投資的可行性[5-6]。從投資者的角度來(lái)看，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)投資規(guī)劃分析與建模，需要對(duì)不同政策環(huán)境下的不同決策方案進(jìn)行比較。國(guó)內(nèi)外的研究表明：對(duì)電力系統(tǒng)的仿真研究是電網(wǎng)運(yùn)行及規(guī)劃的重要組成部分。

對(duì)于電網(wǎng)投資規(guī)劃，同樣需要進(jìn)行建模仿真，探討電網(wǎng)規(guī)劃的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢(shì)，研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，為投資者制定決策提供科學(xué)的分析依據(jù)。復(fù)雜系統(tǒng)建模，首先要分析系統(tǒng)的基本演化規(guī)律。電網(wǎng)投資建設(shè)和輸電價(jià)格及電網(wǎng)可靠性的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，電網(wǎng)建設(shè)直接受到電力負(fù)荷的影響，負(fù)荷的增長(zhǎng)要求電網(wǎng)加強(qiáng)建設(shè)，而電網(wǎng)建設(shè)的增加則會(huì)通過(guò)投資渠道導(dǎo)致輸電價(jià)格的變化。同時(shí)，電網(wǎng)建設(shè)直接關(guān)系到電網(wǎng)的可靠性，電網(wǎng)可靠性的改變又影響到政府對(duì)價(jià)格調(diào)整的態(tài)度，從而影響到輸電價(jià)格的調(diào)整。最終，輸電價(jià)格的調(diào)整情況會(huì)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)資金和電網(wǎng)企業(yè)投資積極性產(chǎn)生影響，并影響下一輪的電網(wǎng)建設(shè)。

3 "電網(wǎng)投資規(guī)劃演化機(jī)制

穩(wěn)定的電力市場(chǎng)環(huán)境能夠正確引導(dǎo)對(duì)電網(wǎng)的投資和建設(shè)，從而保證電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，市場(chǎng)的供求平衡及分布決定電網(wǎng)的阻塞狀況；市場(chǎng)成員可通過(guò)制定策略獲得市場(chǎng)力；可靠性對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生約束。通過(guò)構(gòu)建合理的演化機(jī)制，對(duì)電力市場(chǎng)中的阻塞、市場(chǎng)力、可靠性和輸電價(jià)格進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)規(guī)劃信號(hào)作用于電網(wǎng)投資建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃和電力市場(chǎng)的均衡發(fā)展。其演化機(jī)制如圖3所示。

如果定義一個(gè)合理的指標(biāo)來(lái)反映環(huán)境因素對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃與市場(chǎng)環(huán)境的關(guān)聯(lián)。例如，電力市場(chǎng)環(huán)境下的阻塞反映了市場(chǎng)供求和平衡狀況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理程度，當(dāng)阻塞強(qiáng)度足夠大時(shí)，則會(huì)通過(guò)規(guī)劃信號(hào)反映到電網(wǎng)規(guī)劃環(huán)節(jié)，并驅(qū)使電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的投資建設(shè)。因此，兩者之間是相互制約、相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。

如果將電網(wǎng)投資規(guī)劃看作一個(gè)適應(yīng)性主體，它與電力市場(chǎng)環(huán)境不斷進(jìn)行交互作用，通過(guò)策略調(diào)整保持良好的外界環(huán)境，以保證電網(wǎng)建設(shè)處于穩(wěn)定發(fā)展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)外部因素導(dǎo)致電網(wǎng)可靠性發(fā)生改變時(shí)，這種變化會(huì)傳遞給電網(wǎng)建設(shè)主體，隨著電網(wǎng)規(guī)劃信號(hào)強(qiáng)度的不斷增大，電網(wǎng)主體單元采取策略改善環(huán)境的意愿也隨之加強(qiáng)，直至電網(wǎng)完成相應(yīng)的投資建設(shè)，并通過(guò)電網(wǎng)可靠性指標(biāo)反饋給電力市場(chǎng)，系統(tǒng)回復(fù)到一種均衡狀態(tài)。此外，電網(wǎng)建設(shè)還可通過(guò)投資渠道影響輸電價(jià)格的變化，而輸電價(jià)格的調(diào)整會(huì)通過(guò)電網(wǎng)建設(shè)資金和電網(wǎng)企業(yè)投資積極性等因素反饋回電網(wǎng)建設(shè)主體，影響其投資規(guī)劃策略的制定。

4 nbsp;結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論可從更廣的視野對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行建模和分析。本文著重觀察電力系統(tǒng)的宏觀特性，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境和電網(wǎng)規(guī)劃之間的交互關(guān)系進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)可將阻塞、市場(chǎng)力、可靠性和輸電價(jià)格等因素作為市場(chǎng)環(huán)境的重要指標(biāo)，以規(guī)劃信號(hào)作用于電網(wǎng)投資建設(shè)；同樣，電網(wǎng)規(guī)劃也會(huì)直接影響到外界環(huán)境的質(zhì)量，這構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)。通過(guò)構(gòu)建合理的演化機(jī)制，將電網(wǎng)規(guī)劃作為一個(gè)適應(yīng)性主體，在市場(chǎng)環(huán)境下不斷地學(xué)習(xí)和進(jìn)化，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃和電力市場(chǎng)的均衡發(fā)展。

本文主要從復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論建模的角度分析電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題，并提出其在教學(xué)中的可行性及要點(diǎn)。在將來(lái)的研究中，筆者將會(huì)以此作為理論基礎(chǔ)，繼續(xù)對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)建模進(jìn)行深入研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真方法探索電力市場(chǎng)環(huán)境下電網(wǎng)規(guī)劃的本質(zhì)規(guī)律，并對(duì)其在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行更深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛禹勝.電力市場(chǎng)穩(wěn)定性與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的相互

影響[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2020（22）：1-4，79.

[2] Weisbuch G， Ryckebusch S T. Complex systems

dynamics ： an introduction to automata net-

works[M].Addison-Wesley Pub. Co.， Advanced

Book Program，1991.

[3] 游義剛，周曉陽(yáng).電力市場(chǎng)的信息范式[J].電力系

統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2007（6）：88-92.

[4] 徐敏杰，吳俊勇，胡兆光，等.電力市場(chǎng)環(huán)境下基

于多智能體的多目標(biāo)電網(wǎng)規(guī)劃方法[J].電力自動(dòng)化

設(shè)備，2008（1）：33-37.

[5] 王偉，張粒子，舒雋，等. 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的宏觀

層電網(wǎng)規(guī)劃的仿真模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，

2008，28（4）：88-93.

[6] 丁偉，胡兆光.智能工程理論擴(kuò)展及其在電網(wǎng)規(guī)劃中

的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（16）：15-21.