浅析农村智能电网应用分布式优化理论的意义

朱舒婷 金丽

[摘要]“智能电网”这一概念的提出，无疑是21世纪最伟大的科技创新之一。这不光是传统电力系统的延续，同样也是电力系统的改革创新，是当今世界发展的新趋势。但是如今农村智能电网建设不完善，存在通信时延，能源消耗过大，隐私被窃取等问题，分布式优化理论则能较好的解决这些问题，如今分布式优化理论在计算机通讯、人工智能、生物生态等很多领域有广泛的应用。将分布式优化理论应用于农村智能电网，可以实现农村智能电网的稳健运行，对一个农业大国的可持续繁荣发展具有重要意义。

[关键词]农村智能电网;分布式优化理论;意义

[中图分类号]TM727[文献标识码]A

1 农村智能电网的现状与发展

随着社会经济的不断发展，人民的生活水平不断提高，对能源的需求也在不断增加。如今绿色可循环利用能源较少，绿色清洁科技不完备，因此不能全面满足人民的需求，然而人们为了满足自己，大肆使用化石等有害环境的稀缺能源，导致环境污染愈来愈严重的同时能源也逐渐稀缺。传统农村的电网迂回倒送的线路多，造成供电线路交叉更加复杂，容易导致安全隐患发生事故。由于现在电网的复杂度越来越高，农村使用的传统电网在配电输电的过程中损耗大，用电时会出现断电情况，根本不足以支撑现在人们的生活，因此这就需要在农村建设智能电网。智能电网这一经济且清洁高效的新概念的提出无疑是为21世纪提供了新的发展点，全国各地发展智能电网也如追求新的时尚潮流一般，都在奋力的跟上脚步。

如今智能电网是电力系统发展变革的最新动向，近十年来各个国家都一直注意着电网的发展动向并且积极的推进。欧美国家早在2001年开始就设立了智能电网联盟，为未来电网部署了Grid2030战略。同样中国也不甘落后，2007年华东电网公司启动了智能电网可行性项目研究，可以说是国内在智能电网这方面第一个“吃螃蟹的人”。智能电网在农村的建设采取的是分阶段措施，分为试点阶段（2009～2010年）、全面建设阶段（2011～2015年）和引领提升阶段（2016～2020年），如今农村电网正处在提升阶段。尽管我国在智能电网方面研究进展还是很缓慢但这并不妨碍我国研究者的积极性，一直在争取智能电网建设方面的突破性发展。后又提出“更坚强的电网——智能电网”这一概念，认为坚强的电网是基础，而智能是充分发挥作用的关键，只有这样才能更好的去优化和分配能源，同样也保证了安全可靠的电力供应进一步实现清洁高效的目标。同样作为一个农业大国，农民是国家的基础，要想发展城乡一体化，在农村建设智能电网是刻不容缓的事。农民生活水平的提高可以带动农村经济的发展，提高农民幸福度，整个国家才能富强稳健的发展。

2 分布式优化理论与应用

分布式优化方法是多智能体之间互相协调合作完成优化任务的有效途径，面对繁琐且大规模、复杂性较高的优化问题，传统的集中式算法是无法解决，甚至无从下手，而分布式优化算法可以很好的解决这类问题。传统的集中式算法主要依赖于一个控制中心，其中各个节点的信息都需要先用交互通信手段传输给控制中心，然后控制中心再利用集中化算法进行计算，分配给各个节点控制指令。而分布式优化算法并不依赖控制中心，各个节点之间可以进行信息交流，相比集中式算法，分布式优化算法可以更加快速有效的处理信息同时考虑通讯和调度在其中的重要作用。

分布式优化理论主要研究的问题是优化算法的设计，收敛性的证明以及复杂性分析，这些应用到实际问题中需要先建立相应的数学模型，再通过数学模型得出的算法收敛性去优化分析实际事件中的问题。如我们平时生活中所能接触到的计算机通讯，交通控制，人工智能，生物生态等这些都需要应用分布式优化理论。分布式优化理论在智能电网中的应用，首先就是要确保每个电力元件与调度中心都具备通信功能，再通过局部信息交互的方式来实现全局的优化调度，这一点是传统的集中式方法所做不到的，分布式优化算法相对集中式算法来说具有更大的可扩展性，操作也更为灵活方便。

3 农村智能电网应用分布式优化的意义

智能电网是传统电网在安全性、可靠性、稳定性上做出的提高，并且改善了电能的质量，真正做到了高效清洁便利。要想在农村建设坚强的智能電网，把分布式优化实践到其中，这不光可以改善农村时而出现跳电的情形还解决了能源损耗过大的问题，这对农村经济的全面协调、可持续发展具有重要意义。

3.1 减少能量损耗

智能电网中存在多个发电单元，每个发电单元都承载着不同的可响应能量，其中考虑一般的有向连接网络和传输损耗，可以将能量管理问题建模为一个社会福利最大化的优化问题。利用分布式的能量管理算法，来证明其收敛值的最优解，从而改善实际问题，避免农村用户处在用电的情形时存在无意识的浪费电的形式。用电量变小的同时也减少了能量传输损耗，降低了电网能源损耗，智能电网相对于传统电网更加节约能源，电网能源损耗减少，供电量会相对比较轻松，就不会出现电价逐渐增长的现象，用电量也相对较稳定，让农村用户可以放心使用。农村电网能源的损耗减少，使得农村能源负担减小，这更有利于农村能源经济的可持续发展。

3.2 规避网络攻击和隐私窃取风险

智能电网离不开网络，网络必然具有风险，农村的网络未必有城市网络那么完善，农民的防范意识也不够高，因此会有一些人想要投机取巧，恶意攻击或者窃取农村用户信息，如农村用户的用电量被恶意更改，从而导致电价的不一样。农民会对电价产生怀疑，这种敏感程度直接导致农村用户用电量的多少，从而对相关的电力企业造成一定的影响。利用分布式加密函数的隐私保护算法，使得每个节点的加密函数只可以被邻居节点获知，根据矩阵扰动理论，得出算法的收敛性和收敛终值，实际再加以调整，对农村用户的信息进行加密使其受到保护。这在农村用户信息受到恶意攻击时，分布式优化方法利用不同的加密函数，使农村用户的用电量维持准确的信息，不会在因为受到恶意攻击而断电，让农民用电更加放心。这样也有利于在农村建立透明公开的智能用电服务和灵活便利的智能供电服务，从而帮助农村智能电网更加稳健的发展，为实现坚强的智能电网打下基础。

3.3 发挥更大的综合效益

电力系统中存在必不可少的经济因素和环境因素，经济因素会因为智能电网多智能体之间信息传递延误而造成一定的经济误差。利用分布式优化针对通信系统拓扑结构的多变性进行研究，解决时延问题减少经济误差，让农民可以拥有实时安全的信息流，相对减轻因时延误差造成的经济负担。在建设农村智能电网时，农村的电力市场也在不断的兴起，每个投资者都在希望自己的利益最大化，利用分布式优化的方法解决电力交易中进价决策和电力输电成本分配问题。根据投资者目的的不同来考虑环境经济的调度，分布式优化确定发电量和碳排放交易量来实现自身的最大化利益。现如今投资者希望在获得利润的同时注意到环保效益，两者更好的结合有利于发挥更大的综合性效益，促进农村电网上下游产业的健康发展。

4 结语

如今发展智能电网是必然趋势，只有更好的去建设智能电网，才能让智能电网更加全面的服务于大众。智能电网中应用到分布式优化理论不仅可以很好的优化调整能源结构，还能使能源利用率变高。在农村建设智能电网可以满足农民多元化用电，加快城乡一体化的步伐，支撑新型乡镇建设，推动农村经济更好的发展。在狠抓“三农”的当代社会，农村智能电网的建设为农村的发展打下了牢固的基础，向国家实现能源经济的可持续发展的战略目标又迈出了一大步。

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