我國智能電網的建設具有中國特色, 主要包括發電、輸電、變電、配電等環節, 擔負著電力系統運行和管理的任務。作為電網運行管理的指揮中心, 電力調度重心, 更是起著核心作用, 負責對電力系統的輸電、配電設備運行等進行指導, 對系統的操作和事故進行處理。形象的比喻就是調度重心是電力系統的神經中樞, 性能高低決定了電網運行的安全。

傳統的電網調度運行, 運用的是能量管理系統, 適用分布式獨立計算, 需要人工進行計算分析, 根據經驗進行決策和處理。隨著電力市場的規模不斷擴大, 結構和運行方式都日趨復雜, 因此, 僅僅憑借人工經驗進行電力系統的運行和調度是無法滿足當前需要的。

例如, 當電網出現故障的時候, 短時間內進行信息處理和分析并做出正確的故障處理決策, 調度員的人為反應速度是不能滿足電網運行要求的。因此, 需要強大的智能化的調度自動化系統, 才能夠幫助調度人員完成調度任務。因此, 未來電網的發展是智能電網, 而智能電網的核心內容就是智能調度, 這是國內外電網運行的共同發展目標。

▌目前智能電網調度的發展背景

隨著電力市場的發展, 在市場條件下, 電力系統的安全可靠運行, 成為調度運營部門的工作目標。由于電力需求的增大, 電力系統內部的輸變電設備運行已經處在極限的狀態, 要保證系統的安全運行, 調度中心要面對的任務非常艱巨。但是系統運行的結構非常復雜, 傳統的電網調度, 不能對發電的經濟性進行充分的考慮。

大規模間歇性電源的接入, 給電網調度和控制帶來很大的難度。能源危機和環境的壓力都要求電網調度要面對新的技術條件。例如風能和電能等可再生資源的運用, 給發電資源帶來了眾多的不可預測性和間歇性。這是由于綠色能源具有間歇性和大容量的特點, 電網的控制和調度都要維持穩定, 因此挑戰十分巨大。

智能電網的發展, 需要智能調度系統的智慧, 因為其功能更加強大, 更加智能化。物理電網為基礎的傳感技術、通訊技術、計算機控制技術等, 形成了新型的電網在SCADA基礎上增加了經濟調度、自動發電控制、調度員培訓模擬等高級應用軟件, 實現了SCADA基礎上的調度自動化, 成為新的能力管理系統, 提高了電力系統的穩定性和經濟型。

傳統的EMS系統已經無法具有對智能電網的自動化系統進行駕馭的能力, 很多結構和功能必須加以擴充和完善, 否則是難以應付當前電網的運行要求的。隨著電力市場的發展, 調度重心不但要負責電網的穩定和運行, 還要負責市場的運營和交易, 這個指揮決策中心, 是要完成調度、管理、運行, 具備高度信息化和自動化的特征的。

▌智能電網的調度系統發展研究現狀

1   ▏人工智能在電力系統中的運用

人工智能是數理邏輯、計算機科學、信息論、神經生物學等學科相互滲透發展起來的綜合性學科, 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中的運用, 開啟了嶄新的研究領域。使得電力系統這一超大規模的動態復雜的系統, 其中的問題雖然不斷地增加了規模和復雜程度, 但是能夠在人工智能的幫助下, 運用計算機系統, 建立精確的數學模型, 用數學形式解決問題的實質。而且, 很多人類無法解決的問題, 通過人工智能, 能夠用精確的數學形式加以描述。人工智能帶來的是對傳統數學方法的彌補, 是對傳統計算方法的革新。

2   ▏專家系統在電力系統中的運用

專家系統，是建立在專門領域上, 專門用于解決特定問題的計算機程序系統, 類似人類專家的思維, 能夠進行專業的推理和判斷, 這是基于經驗的判斷和數值分析方法進行問題解決的技術, 是電力系統中應用十分廣泛而且技術相對成熟的技術。主要應用在電網調度操作指導、電網監測和故障診斷、故障恢復等上。

3   ▏人工神經網絡在電力系統中的運用

人工神經網絡, 是一種進行信息處理的分布式數學模型算法, 通過對生物神經網絡進行模擬, 依靠系統的復雜程序, 對大量節點進行聯結, 達到對信息進行處理的目的。其具有自適應和自學習的能力, 通過相互對應的數據輸入和輸出, 將二者的潛在規律等, 進行推算, 然后得到精確的結論。這是一種訓練的過程, 能夠讓系統具有良好的問題處理能力, 廣泛應用在電力系統的監測、控制和故障診斷等領域中。目前電力系統運用最為成功的就是神經網絡的負荷預測技術。

4   ▏遺傳算法電力系統中的運用

遺傳算法指的是模擬生物進化中適者生存的進化過程, 然后利用遺傳算法求解問題, 初始的系統計算的時候, 將編碼解釋為染色體, 根據預定的目標函數評估個體, 然后選擇出擁有適度值的個體將下一代進行賦值。適者生存理念在其中是指導思想, 個體被選擇出來進行交叉和變異, 形成新的下一代, 個體繼承了上一代的優良特性, 向著更優的方向進化。其具有自適應搜索能力, 具有較強的并行計算特性, 能在系統規劃、無功優化等領域應用。

5   ▏AGENT技術在電力系統中的運用

AGENT技術, 也被成為智能代理, 是一個運行在動態環境的具有自制能力的實體。這是一個計算機軟件, 通過預先的協議與外部進行通信, 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進行調度的軟件。

隨著研究的深入, 人工智能技術在電力系統中被各個領域加以運用, 應用效果與傳統的分析方法進行結合之后, 效果十分好。電力調度本身是一項系統的工程, 環境十分復雜, 依靠人工智能, 決策才能更加精確, 例如, 電力系統的操作指導一直是專家經驗求解的, 在人工智能的幫助下, 動態分析和控制更加實時和快捷, 對于電力系統的控制, 與傳統的分析計算技術相結合之后, 可謂如虎添翼。近年來, 通過知識推力來對求解系統進行操控, 取得了前所未有的結構和推理機制, 在計算速度方面有了明顯的提高, 群體智能研究領域更是為智能調度系統的發展奠定了堅實的基礎。

▌智能電網建設

智能電網的核心體現是調度的智能化, 建設智能電網, 首要的就是要進行智能調度的建設, 這是神經中樞, 也是智能電網建設的方向。調度系統擁有數據采集系統、智能安全預警功能, 注重系統經濟和安全, 能夠快速診斷故障, 提供故障恢復決策, 擁有可視化技術。

以某地供電局進行的配網自動化建設為例, 建設工程中智能調度的建設結合網架優化開展了自動化改造, 實行同步設計、同步施工、同步驗收、同步投運。新建線路應根據其在規劃目標網格中的位置、接入用戶性質、負荷等因素, 同步開展配網自動化建設。

5min區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 （包括聯絡點）均選為自動化節點。自動化節點電房的主設備采用“10k V斷路器柜自動化成套設備”。存量線路一次設備已配置斷路器柜且具備電動操作機構、電流互感器等配置的, 配網自動化改造可選用10k V饋線 (網絡) 保護測控裝置 （站所終端型式）。實現網絡備自投的聯絡開關兩側應配置電壓互感器 （進線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。電房內獨立設置通信綜合配線柜, 安裝光纖配線架ODF、光纖交換機等設備。直流系統統一按48V/50AH直流柜進行配置。“10k V斷路器柜自動化成套設備”的綜合測控通信單元機箱拼裝于直流柜上。

2   ▏優化資源配置

智能調度在已有的調度技術的基礎上, 實行大范圍優化資源的配置, 對風能等綠色能源的接入繼續寧控制, 以節能減排為目的, 實現環境的保護。智能調度支持系統具有應急指揮控制中心的功能, 在進行通信數據網絡的建設的時候, 逐步形成智能調度決策支持系統；對各種應用功能進行監控、預警、安全校核以及調度管理, 通過對電網調度教育能力和資源優化配置能力的提升, 對電網的安全穩定運行起到保障作用 。

多AGENT系統是一個智能化的開放式的分布系統, 各種協作不僅提高了系統的性能, 而且具備很好的靈活性, 保證共同任務的完成。完善的交互機制, 使得AGENT系統中各個角色之間能夠完美的協調和合作, 建立在AGENT通信語言基礎上的交互極致, 使得不同于傳統的句法層, 能夠增強自身的行為能力, 了解環境的變化。解決電力系統需要運用新技術和新理論, 多AGENT系統使用條件與電力系統的特征一致, 在電力系統中的多個領域, 如故障診斷等都能夠加以應用。

▌小結

隨著智能電網的建設不斷加大投入, 不久的將來, 電力系統中進行神經中樞調度中心的革命性變革是勢在必行的。這是電網運行的需求, 也是未來電力系統發展的新方向。

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