我國智能電網(wǎng)的建設(shè)具有中國特色, 主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電等環(huán)節(jié), 擔(dān)負(fù)著電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理的任務(wù)。作為電網(wǎng)運(yùn)行管理的指揮中心, 電力調(diào)度重心, 更是起著核心作用, 負(fù)責(zé)對電力系統(tǒng)的輸電、配電設(shè)備運(yùn)行等進(jìn)行指導(dǎo), 對系統(tǒng)的操作和事故進(jìn)行處理。形象的比喻就是調(diào)度重心是電力系統(tǒng)的神經(jīng)中樞, 性能高低決定了電網(wǎng)運(yùn)行的安全。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行, 運(yùn)用的是能量管理系統(tǒng), 適用分布式獨(dú)立計算, 需要人工進(jìn)行計算分析, 根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行決策和處理。隨著電力市場的規(guī)模不斷擴(kuò)大, 結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式都日趨復(fù)雜, 因此, 僅僅憑借人工經(jīng)驗進(jìn)行電力系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)度是無法滿足當(dāng)前需要的。

例如, 當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障的時候, 短時間內(nèi)進(jìn)行信息處理和分析并做出正確的故障處理決策, 調(diào)度員的人為反應(yīng)速度是不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求的。因此, 需要強(qiáng)大的智能化的調(diào)度自動化系統(tǒng), 才能夠幫助調(diào)度人員完成調(diào)度任務(wù)。因此, 未來電網(wǎng)的發(fā)展是智能電網(wǎng), 而智能電網(wǎng)的核心內(nèi)容就是智能調(diào)度, 這是國內(nèi)外電網(wǎng)運(yùn)行的共同發(fā)展目標(biāo)。

▌目前智能電網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展背景

隨著電力市場的發(fā)展, 在市場條件下, 電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行, 成為調(diào)度運(yùn)營部門的工作目標(biāo)。由于電力需求的增大, 電力系統(tǒng)內(nèi)部的輸變電設(shè)備運(yùn)行已經(jīng)處在極限的狀態(tài), 要保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行, 調(diào)度中心要面對的任務(wù)非常艱巨。但是系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜, 傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)度, 不能對發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行充分的考慮。

大規(guī)模間歇性電源的接入, 給電網(wǎng)調(diào)度和控制帶來很大的難度。能源危機(jī)和環(huán)境的壓力都要求電網(wǎng)調(diào)度要面對新的技術(shù)條件。例如風(fēng)能和電能等可再生資源的運(yùn)用, 給發(fā)電資源帶來了眾多的不可預(yù)測性和間歇性。這是由于綠色能源具有間歇性和大容量的特點(diǎn), 電網(wǎng)的控制和調(diào)度都要維持穩(wěn)定, 因此挑戰(zhàn)十分巨大。

智能電網(wǎng)的發(fā)展, 需要智能調(diào)度系統(tǒng)的智慧, 因為其功能更加強(qiáng)大, 更加智能化。物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)的傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)等, 形成了新型的電網(wǎng)在SCADA基礎(chǔ)上增加了經(jīng)濟(jì)調(diào)度、自動發(fā)電控制、調(diào)度員培訓(xùn)模擬等高級應(yīng)用軟件, 實現(xiàn)了SCADA基礎(chǔ)上的調(diào)度自動化, 成為新的能力管理系統(tǒng), 提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)型。

傳統(tǒng)的EMS系統(tǒng)已經(jīng)無法具有對智能電網(wǎng)的自動化系統(tǒng)進(jìn)行駕馭的能力, 很多結(jié)構(gòu)和功能必須加以擴(kuò)充和完善, 否則是難以應(yīng)付當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行要求的。隨著電力市場的發(fā)展, 調(diào)度重心不但要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的穩(wěn)定和運(yùn)行, 還要負(fù)責(zé)市場的運(yùn)營和交易, 這個指揮決策中心, 是要完成調(diào)度、管理、運(yùn)行, 具備高度信息化和自動化的特征的。

▌智能電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展研究現(xiàn)狀

1   ▏人工智能在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

人工智能是數(shù)理邏輯、計算機(jī)科學(xué)、信息論、神經(jīng)生物學(xué)等學(xué)科相互滲透發(fā)展起來的綜合性學(xué)科, 其建立在智能信息處理理論智商, 類似于人類的智能行為。人工智能在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用, 開啟了嶄新的研究領(lǐng)域。使得電力系統(tǒng)這一超大規(guī)模的動態(tài)復(fù)雜的系統(tǒng), 其中的問題雖然不斷地增加了規(guī)模和復(fù)雜程度, 但是能夠在人工智能的幫助下, 運(yùn)用計算機(jī)系統(tǒng), 建立精確的數(shù)學(xué)模型, 用數(shù)學(xué)形式解決問題的實質(zhì)。而且, 很多人類無法解決的問題, 通過人工智能, 能夠用精確的數(shù)學(xué)形式加以描述。人工智能帶來的是對傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法的彌補(bǔ), 是對傳統(tǒng)計算方法的革新。

2   ▏專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

專家系統(tǒng)，是建立在專門領(lǐng)域上, 專門用于解決特定問題的計算機(jī)程序系統(tǒng), 類似人類專家的思維, 能夠進(jìn)行專業(yè)的推理和判斷, 這是基于經(jīng)驗的判斷和數(shù)值分析方法進(jìn)行問題解決的技術(shù), 是電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛而且技術(shù)相對成熟的技術(shù)。主要應(yīng)用在電網(wǎng)調(diào)度操作指導(dǎo)、電網(wǎng)監(jiān)測和故障診斷、故障恢復(fù)等上。

3   ▏人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò), 是一種進(jìn)行信息處理的分布式數(shù)學(xué)模型算法, 通過對生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬, 依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程序, 對大量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)結(jié), 達(dá)到對信息進(jìn)行處理的目的。其具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)的能力, 通過相互對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入和輸出, 將二者的潛在規(guī)律等, 進(jìn)行推算, 然后得到精確的結(jié)論。這是一種訓(xùn)練的過程, 能夠讓系統(tǒng)具有良好的問題處理能力, 廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和故障診斷等領(lǐng)域中。目前電力系統(tǒng)運(yùn)用最為成功的就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷預(yù)測技術(shù)。

4   ▏遺傳算法電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

遺傳算法指的是模擬生物進(jìn)化中適者生存的進(jìn)化過程, 然后利用遺傳算法求解問題, 初始的系統(tǒng)計算的時候, 將編碼解釋為染色體, 根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)函數(shù)評估個體, 然后選擇出擁有適度值的個體將下一代進(jìn)行賦值。適者生存理念在其中是指導(dǎo)思想, 個體被選擇出來進(jìn)行交叉和變異, 形成新的下一代, 個體繼承了上一代的優(yōu)良特性, 向著更優(yōu)的方向進(jìn)化。其具有自適應(yīng)搜索能力, 具有較強(qiáng)的并行計算特性, 能在系統(tǒng)規(guī)劃、無功優(yōu)化等領(lǐng)域應(yīng)用。

5   ▏AGENT技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用

AGENT技術(shù), 也被成為智能代理, 是一個運(yùn)行在動態(tài)環(huán)境的具有自制能力的實體。這是一個計算機(jī)軟件, 通過預(yù)先的協(xié)議與外部進(jìn)行通信, 形成分布式的智能求解, 具有自主工作和具有語義互操作和交互能力, 是能夠開放性對自動化系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度的軟件。

隨著研究的深入, 人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中被各個領(lǐng)域加以運(yùn)用, 應(yīng)用效果與傳統(tǒng)的分析方法進(jìn)行結(jié)合之后, 效果十分好。電力調(diào)度本身是一項系統(tǒng)的工程, 環(huán)境十分復(fù)雜, 依靠人工智能, 決策才能更加精確, 例如, 電力系統(tǒng)的操作指導(dǎo)一直是專家經(jīng)驗求解的, 在人工智能的幫助下, 動態(tài)分析和控制更加實時和快捷, 對于電力系統(tǒng)的控制, 與傳統(tǒng)的分析計算技術(shù)相結(jié)合之后, 可謂如虎添翼。近年來, 通過知識推力來對求解系統(tǒng)進(jìn)行操控, 取得了前所未有的結(jié)構(gòu)和推理機(jī)制, 在計算速度方面有了明顯的提高, 群體智能研究領(lǐng)域更是為智能調(diào)度系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

▌智能電網(wǎng)建設(shè)

智能電網(wǎng)的核心體現(xiàn)是調(diào)度的智能化, 建設(shè)智能電網(wǎng), 首要的就是要進(jìn)行智能調(diào)度的建設(shè), 這是神經(jīng)中樞, 也是智能電網(wǎng)建設(shè)的方向。調(diào)度系統(tǒng)擁有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能安全預(yù)警功能, 注重系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和安全, 能夠快速診斷故障, 提供故障恢復(fù)決策, 擁有可視化技術(shù)。

以某地供電局進(jìn)行的配網(wǎng)自動化建設(shè)為例, 建設(shè)工程中智能調(diào)度的建設(shè)結(jié)合網(wǎng)架優(yōu)化開展了自動化改造, 實行同步設(shè)計、同步施工、同步驗收、同步投運(yùn)。新建線路應(yīng)根據(jù)其在規(guī)劃目標(biāo)網(wǎng)格中的位置、接入用戶性質(zhì)、負(fù)荷等因素, 同步開展配網(wǎng)自動化建設(shè)。

5min區(qū)域按智能分布式就地饋線自動化方案實施：原則上主干線所有電房 （包括聯(lián)絡(luò)點(diǎn)）均選為自動化節(jié)點(diǎn)。自動化節(jié)點(diǎn)電房的主設(shè)備采用“10k V斷路器柜自動化成套設(shè)備”。存量線路一次設(shè)備已配置斷路器柜且具備電動操作機(jī)構(gòu)、電流互感器等配置的, 配網(wǎng)自動化改造可選用10k V饋線 (網(wǎng)絡(luò)) 保護(hù)測控裝置 （站所終端型式）。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)備自投的聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩側(cè)應(yīng)配置電壓互感器 （進(jìn)線PT和母線PT）。自動化終端之間以及自動化終端與主站之間采用光纖通信方式。電房內(nèi)獨(dú)立設(shè)置通信綜合配線柜, 安裝光纖配線架ODF、光纖交換機(jī)等設(shè)備。直流系統(tǒng)統(tǒng)一按48V/50AH直流柜進(jìn)行配置。“10k V斷路器柜自動化成套設(shè)備”的綜合測控通信單元機(jī)箱拼裝于直流柜上。

2   ▏優(yōu)化資源配置

智能調(diào)度在已有的調(diào)度技術(shù)的基礎(chǔ)上, 實行大范圍優(yōu)化資源的配置, 對風(fēng)能等綠色能源的接入繼續(xù)寧控制, 以節(jié)能減排為目的, 實現(xiàn)環(huán)境的保護(hù)。智能調(diào)度支持系統(tǒng)具有應(yīng)急指揮控制中心的功能, 在進(jìn)行通信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)的時候, 逐步形成智能調(diào)度決策支持系統(tǒng)；對各種應(yīng)用功能進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警、安全校核以及調(diào)度管理, 通過對電網(wǎng)調(diào)度教育能力和資源優(yōu)化配置能力的提升, 對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到保障作用 。

多AGENT系統(tǒng)是一個智能化的開放式的分布系統(tǒng), 各種協(xié)作不僅提高了系統(tǒng)的性能, 而且具備很好的靈活性, 保證共同任務(wù)的完成。完善的交互機(jī)制, 使得AGENT系統(tǒng)中各個角色之間能夠完美的協(xié)調(diào)和合作, 建立在AGENT通信語言基礎(chǔ)上的交互極致, 使得不同于傳統(tǒng)的句法層, 能夠增強(qiáng)自身的行為能力, 了解環(huán)境的變化。解決電力系統(tǒng)需要運(yùn)用新技術(shù)和新理論, 多AGENT系統(tǒng)使用條件與電力系統(tǒng)的特征一致, 在電力系統(tǒng)中的多個領(lǐng)域, 如故障診斷等都能夠加以應(yīng)用。

▌小結(jié)

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)不斷加大投入, 不久的將來, 電力系統(tǒng)中進(jìn)行神經(jīng)中樞調(diào)度中心的革命性變革是勢在必行的。這是電網(wǎng)運(yùn)行的需求, 也是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向。

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