浅析智能型调度在电力系统中的运用

2012-10-27黄晓光

中国科技信息 2012年8期

关键词：智能型调度电网

黄晓光

广东电网公司江门供电局

浅析智能型调度在电力系统中的运用

黄晓光

广东电网公司江门供电局

本文从课题研究的相关背景入手，首先智能型调度的定义与特点，然后阐述了电力系统中传统型调度、分析型调度、决策支持型调度、智能型调度的发展历史及其各个阶段的调度特点，说明了智能型调度的重要性。接着文章设计了电力系统智能型调度的集中－分布式框架，主体采用采用了执行Agent、监督Agent、寻优Agent、协调Agent、中央Agent的5层体系结构。文章最后重点的强调了智能型调度在保持电力系统安全、经济、灵活运行方面的作用与意义。

电力系统；调度；智能型

引言

现代电力系统的高速发展使传统的电力系统调度逐渐不能适应电力系统发展的要求，电力系统智能型调度的概念逐渐形成并受到了广泛的重视。现对电力系统智能型调度进行介绍。总结了电力系统调度的发展历史，比较了各个阶段的电力系统调度的特点，突出了智能型调度的优点。结合现代电力系统的特点，论述了实现电力系统智能调度的必然性和可行性。并且分析了智能型调度的功能以及采用的新原理与新技术。强调了智能型调度在保持电力系统安全、经济、灵活运行方面的作用与意义。最后，对电力系统智能型调度的发展前景进行了总结和展望。

1 智能型调度的定义与特点

本文给出了电力系统智能型调度的一种简洁的定义：所谓电力系统智能型调度是指调度计算机能够像人类调度员一样智能地感觉电力系统并且机敏地对电力系统出现的问题作出反应。随着电力系统的发展，从调度的任务和责任上来定义，电力系统调度先后经历了传统型调度、分析型调度、决策支持型调度与智能型调度4个阶段。目前，处于决策支持型调度向智能型调度发展的重要时期。传统型调度的功能主要是监视和控制，相当于调度人员的眼睛和手的功能。调度人员需要依靠自己的大脑进行分析判断，并主要通过电话等设备接受信息、发布命令，劳动强度大，自动化水平低。分析型调度的通信功能得到了进一步的加强，拥有了更多的系统信息，并且可以采用相应的算法对系统的安全性等指标进行计算，有的调度系统能够计算电力市场环境下的经济指标。但是，分析型调度给出的结果仍然需要调度人员结合自己的经验进行分析判断。决策支持型调度进一步扩展了分析型调度的功能，对分析型调度的结果进一步进行分析，为调度人员提供了分析结果的风险度、可信度等决策支持指标，调度人员得到的系统信息更加明了直观，其决策的时间相应减少，而合理性却得到了较大的提高。智能型调度进一步深化了信息技术、通信技术、人工智能技术等在电力系统中的应用，要达到的目标就是具有相当高的智能化水平，能够得出与调度人员相同或者基本相同的结果，较大程度地提高电力系统调度的自动化水平，减轻调度人员的工作强度，保证系统安全、经济、灵活运行。电力系统调度发展各个阶段的对比如表1所示。

通过对比分析可以看出，电力系统智能型调度概念的提出，使得电力系统调度在概念和功能上都得到了较大的扩展。电力系统调度将由一个简单的监控中心，发展成为一个高度信息化、智能化、功能强大的电力系统分析、预警、决策、操作、指挥中枢。

2 应用智能型调度的必然性和可行性

2.1 必然性

智能型调度作为一种全新的调度方式，其出现与快速发展是国家、社会、电力系统等各种因素综合作用的结果，其必然性表现在3个方面。

a.智能型调度在系统互联快速发展的情况下显得更加重要。随着我国特高压骨干电网的建设，西电东送、全国联网的规划正在逐渐实现，这将使我国的电力系统成为世界上少有的超大规模同步交流系统之一。大区域电网的互联使电力系统逐渐发展成为一个巨大的高维非线性系统，其运行方式越来越复杂，保证系统安全可靠运行的难度也越来越大，对电力系统的安全性提出了更高的要求。面对如此巨大复杂的系统，依靠调度人员自己的决策能力已经不能适应系统安全的要求，迫切需要调度系统能够智能自主地给出合理科学的调度方案。

b.智能型调度是电力市场发展的需要。厂网分开，竞价上网，打破垄断，引入竞争，这些是我国电力市场改革发展的必然趋势。在电力市场中，经济性受到了广泛的重视，在调度中不能不考虑系统的经济性。另一方面，在市场的环境下，原来垂直管理的系统体系分解成各个利益个体，为了实现个体利益目标的最大化，一些设备运行的安全裕度减少，并且系统运行状态的改变也比较频繁。这些都需要系统调度具有一定的预见性，并能够快速合理地进行调度，智能方法在这些方面显示其较好的趋势。

c.智能型调度是保证国家安全的需要。电力是国民经济的基础，是国家安全和社会稳定的重要保证。三峡工程投运后，东北电网、华北电网、华中电网和川渝电网互联成功，其装机容量超过1.4×108kW，南北距离超过4600km，覆盖14个省、市、自治区。如此巨大的交流系统，如果对一个局部的小扰动或异常运行调度不当，也可能引起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解，对人民生活及国民经济造成灾难性损失。在这种环境下，电力系统安全战略防御体系的概念一经提出，就受到了广泛的关注和重视，智能型调度就是电力系统安全战略防御体系中的一个重要环节。

2.2 可行性

先进理论的发展为电力系统智能型调度提供了外部条件，电力工作者和科研人员的不断努力为电力系统智能型调度打下了坚实的基础，电力系统智能型调度的可行性主要表现在5个方面。

a.材料工业的发展为智能型调度提供了必要的硬件基础。计算机处理速度和处理容量的迅速提高使得智能型调度迅速处理海量信息提供了可能。光纤等现代化通信材料的应用使电力系统的数据与操作指令能够正确快速地上传下达。

b.软件工业的发展为智能型调度提供了必要的软件基础。图形处理技术提供了可视化的图形界面，使得调度信息更加简洁直观。并行处理技术能够有效地提高系统的处理速度。

c.先进原理、技术与方法在电力系统的应用为智能型调度的实现提供了可能。FACTS技术的成熟与应用为电力系统智能型调度的灵活操作提供了条件。各种快速稳定算法、故障识别算法为智能型调度的分析评估提供了算法支持。风险评估、脆弱度分析等方法使智能型调度能够有效地平衡系统的安全性和经济性。Agent技术的应用使得智能型调度集中分散处理大系统成为可能。人工智能技术的发展不断提高智能型调度的智能化水平。

d.我国的电力系统调度运行积累了大量的数据、经验及软件成果，如EMS等。我国的电力工作者对与智能调度相关的研究工作开展较早，做了大量的研究工作，积累了一定的成功的原理和方法。并通过与电力系统的各级调度合作，进一步将原理和方法进行了实际验证与应用。

e.改革开放以来，我国国力的迅速增强，为电力系统智能型调度的发展提供坚实的经济后盾和技术基础以及充分的人才储备。

3 智能型调度基本框架

随着大区域联网的发展，电力系统将发展成为一个分布辽阔的巨型复杂系统，要求每一时刻发出的总电能等于系统消费的总电能，并且时刻受到干扰的影响。对于这样的超大型复杂系统，常规的集中式调度方法将不能满足电力系统安全、经济、灵活运行的要求，需要智能的分布式调度。作为计算机技术、网络技术和分布式人工智能相结合的产物，多代理系统（multi－Agent）的自适应和分布式处理的特点，能够满足这种要求。所谓Agent就是在一定环境下，具有一定的独立性和自主性以及推断能力，能够和系统中的其他Agent通信交互以及能够对周围的环境做出反应，从而完成一个或者多个功能目标的实体。一个多代理系统一般由3个部分组成：具有不同或者类似功能的Agent，提供各个Agent交互的友好环境，各个Agent之间的相互合作与相互竞争的关系。

表1 电力系统调度发展各个阶段的对比

图1表示了多代理系统集中－分布调度示意图，能够有效地解决智能调度的框架组织问题。下面对各层Agent分别论述。

图1 多代理系统集中－分布调度示意图

第1层是执行Agent。执行Agent从调度对象直接获取运行状态信息，并按照给定值或者给定的规律控制这些信息，进而达到直接控制系统的目的。

第2层是监督Agent。监督Agent具有对系统的监督功能，包括越限报警、紧急启动等，其整定值由规定或者各种算法来确定。

第3层是寻优Agent。寻优Agent的功能是自寻系统的最优运行方式。最优解的结果一般可以作为控制器的给定值。

第4层是协调Agent。协调Agent负责在给定的系统范围内进行协调。在经过前3层后，需要协调的内容大为减小，协调功能能够实时地进行，协调的结果可以作为寻优功能的依据。

第5层为中央Agent。中央Agent负责全系统的分析与决策。其他各层不能解决的Agent之间的争议，将由中央Agent解决，保证了系统运行统一性。

4 智能型调度基本功能

由电力系统智能型调度的基本概念可以看出智能型调度的基本功能基本上与调度运行人员的基本职责相对应。目前，智能型调度的功能还在不断的讨论和完善中，本文将对智能调度的几个基本的功能分别进行论述。这几个基本的功能分别是：系统在线监控、系统分析与评估、故障预警与处理、操作的形成与执行等功能。

系统在线监控是电力系统智能型调度的最基本功能之一。电力系统中各个重要节点的电压、电流以及绝缘设备老化程度等都对电力系统的安全运行起着关键作用，其监测一直受到电力系统调度的重视。由于计算的复杂性，电压稳态、暂态等在线监控一直没有较好地解决。在电力系统智能型调度中采用先进的算法，能够有效地缩短这些稳定方面的计算时间，实现了系统在线监控方面的扩充。

系统分析与评估是电力系统智能型调度的重要功能之一。确定性方法、概率方法以及风险方法是目前系统分析与评估的主要方法。在传统的分析与评估算法中，常常采用确定性的算法。该方法由于其较大的安全裕度以及简单实用性，在传统的电力系统中获得了较广泛的应用。但是，由于其采用“最严重事故标准”，得到的结果过于保守，造成了系统资源的闲置与浪费。概率方法在一定程度上克服了确定性方法的不足，但是大多数的概率方法缺少与经济性的联系。风险方法有效地把握了事件发生的可能性与严重性，因此能够准确地描述系统的状态特别是在电力市场环境下，有效地沟通了安全性与经济性之间的联系。

故障预警与处理是电力系统智能调度保证系统安全稳定运行的重要功能之一。近年来，电力系统发生灾难性连锁故障的次数明显增多。所谓连锁故障是指系统中某一元件故障导致一系列其他元件停运，这种连锁反应迅速蔓延，最终造成大规模停电事故。连锁故障发生的概率虽然不大，但危害极大，因此，故障的预警与初始故障的及时有效处理是防止系统发生崩溃的重要措施。沙堆模型理论、Cascading模型理论、小世界模型理论等为智能型调度的故障预警与处理提供了先进的理论算法。操作的形成与执行功能是电力系统智能型调度功能的实现形式，关系到其他功能能否得到最终的实现。其中，一个主要的部分就是在电网各种操作任务到来时，能够给出满足各级要求的操作票。