淺析智能型調度在電力系統中的運用

黃曉光

廣東電網公司江門供電局

淺析智能型調度在電力系統中的運用

黃曉光

廣東電網公司江門供電局

本文從課題研究的相關背景入手，首先智能型調度的定義與特點，然后闡述了電力系統中傳統型調度、分析型調度、決策支持型調度、智能型調度的發展歷史及其各個階段的調度特點，說明了智能型調度的重要性。接著文章設計了電力系統智能型調度的集中－分布式框架，主體采用采用了執行Agent、監督Agent、尋優Agent、協調Agent、中央Agent的5層體系結構。文章最后重點的強調了智能型調度在保持電力系統安全、經濟、靈活運行方面的作用與意義。

電力系統；調度；智能型

引言

現代電力系統的高速發展使傳統的電力系統調度逐漸不能適應電力系統發展的要求，電力系統智能型調度的概念逐漸形成并受到了廣泛的重視。現對電力系統智能型調度進行介紹。總結了電力系統調度的發展歷史，比較了各個階段的電力系統調度的特點，突出了智能型調度的優點。結合現代電力系統的特點，論述了實現電力系統智能調度的必然性和可行性。并且分析了智能型調度的功能以及采用的新原理與新技術。強調了智能型調度在保持電力系統安全、經濟、靈活運行方面的作用與意義。最后，對電力系統智能型調度的發展前景進行了總結和展望。

1 智能型調度的定義與特點

本文給出了電力系統智能型調度的一種簡潔的定義：所謂電力系統智能型調度是指調度計算機能夠像人類調度員一樣智能地感覺電力系統并且機敏地對電力系統出現的問題作出反應。隨著電力系統的發展，從調度的任務和責任上來定義，電力系統調度先后經歷了傳統型調度、分析型調度、決策支持型調度與智能型調度4個階段。目前，處于決策支持型調度向智能型調度發展的重要時期。傳統型調度的功能主要是監視和控制，相當于調度人員的眼睛和手的功能。調度人員需要依靠自己的大腦進行分析判斷，并主要通過電話等設備接受信息、發布命令，勞動強度大，自動化水平低。分析型調度的通信功能得到了進一步的加強，擁有了更多的系統信息，并且可以采用相應的算法對系統的安全性等指標進行計算，有的調度系統能夠計算電力市場環境下的經濟指標。但是，分析型調度給出的結果仍然需要調度人員結合自己的經驗進行分析判斷。決策支持型調度進一步擴展了分析型調度的功能，對分析型調度的結果進一步進行分析，為調度人員提供了分析結果的風險度、可信度等決策支持指標，調度人員得到的系統信息更加明了直觀，其決策的時間相應減少，而合理性卻得到了較大的提高。智能型調度進一步深化了信息技術、通信技術、人工智能技術等在電力系統中的應用，要達到的目標就是具有相當高的智能化水平，能夠得出與調度人員相同或者基本相同的結果，較大程度地提高電力系統調度的自動化水平，減輕調度人員的工作強度，保證系統安全、經濟、靈活運行。電力系統調度發展各個階段的對比如表1所示。

通過對比分析可以看出，電力系統智能型調度概念的提出，使得電力系統調度在概念和功能上都得到了較大的擴展。電力系統調度將由一個簡單的監控中心，發展成為一個高度信息化、智能化、功能強大的電力系統分析、預警、決策、操作、指揮中樞。

2 應用智能型調度的必然性和可行性

2.1 必然性

智能型調度作為一種全新的調度方式，其出現與快速發展是國家、社會、電力系統等各種因素綜合作用的結果，其必然性表現在3個方面。

a.智能型調度在系統互聯快速發展的情況下顯得更加重要。隨著我國特高壓骨干電網的建設，西電東送、全國聯網的規劃正在逐漸實現，這將使我國的電力系統成為世界上少有的超大規模同步交流系統之一。大區域電網的互聯使電力系統逐漸發展成為一個巨大的高維非線性系統，其運行方式越來越復雜，保證系統安全可靠運行的難度也越來越大，對電力系統的安全性提出了更高的要求。面對如此巨大復雜的系統，依靠調度人員自己的決策能力已經不能適應系統安全的要求，迫切需要調度系統能夠智能自主地給出合理科學的調度方案。

b.智能型調度是電力市場發展的需要。廠網分開，競價上網，打破壟斷，引入競爭，這些是我國電力市場改革發展的必然趨勢。在電力市場中，經濟性受到了廣泛的重視，在調度中不能不考慮系統的經濟性。另一方面，在市場的環境下，原來垂直管理的系統體系分解成各個利益個體，為了實現個體利益目標的最大化，一些設備運行的安全裕度減少，并且系統運行狀態的改變也比較頻繁。這些都需要系統調度具有一定的預見性，并能夠快速合理地進行調度，智能方法在這些方面顯示其較好的趨勢。

c.智能型調度是保證國家安全的需要。電力是國民經濟的基礎，是國家安全和社會穩定的重要保證。三峽工程投運后，東北電網、華北電網、華中電網和川渝電網互聯成功，其裝機容量超過1.4×108kW，南北距離超過4600km，覆蓋14個省、市、自治區。如此巨大的交流系統，如果對一個局部的小擾動或異常運行調度不當，也可能引起全系統的連鎖反應，甚至造成大面積的系統瓦解，對人民生活及國民經濟造成災難性損失。在這種環境下，電力系統安全戰略防御體系的概念一經提出，就受到了廣泛的關注和重視，智能型調度就是電力系統安全戰略防御體系中的一個重要環節。

2.2 可行性

先進理論的發展為電力系統智能型調度提供了外部條件，電力工作者和科研人員的不斷努力為電力系統智能型調度打下了堅實的基礎，電力系統智能型調度的可行性主要表現在5個方面。

a.材料工業的發展為智能型調度提供了必要的硬件基礎。計算機處理速度和處理容量的迅速提高使得智能型調度迅速處理海量信息提供了可能。光纖等現代化通信材料的應用使電力系統的數據與操作指令能夠正確快速地上傳下達。

b.軟件工業的發展為智能型調度提供了必要的軟件基礎。圖形處理技術提供了可視化的圖形界面，使得調度信息更加簡潔直觀。并行處理技術能夠有效地提高系統的處理速度。

c.先進原理、技術與方法在電力系統的應用為智能型調度的實現提供了可能。FACTS技術的成熟與應用為電力系統智能型調度的靈活操作提供了條件。各種快速穩定算法、故障識別算法為智能型調度的分析評估提供了算法支持。風險評估、脆弱度分析等方法使智能型調度能夠有效地平衡系統的安全性和經濟性。Agent技術的應用使得智能型調度集中分散處理大系統成為可能。人工智能技術的發展不斷提高智能型調度的智能化水平。

d.我國的電力系統調度運行積累了大量的數據、經驗及軟件成果，如EMS等。我國的電力工作者對與智能調度相關的研究工作開展較早，做了大量的研究工作，積累了一定的成功的原理和方法。并通過與電力系統的各級調度合作，進一步將原理和方法進行了實際驗證與應用。

e.改革開放以來，我國國力的迅速增強，為電力系統智能型調度的發展提供堅實的經濟后盾和技術基礎以及充分的人才儲備。

3 智能型調度基本框架

隨著大區域聯網的發展，電力系統將發展成為一個分布遼闊的巨型復雜系統，要求每一時刻發出的總電能等于系統消費的總電能，并且時刻受到干擾的影響。對于這樣的超大型復雜系統，常規的集中式調度方法將不能滿足電力系統安全、經濟、靈活運行的要求，需要智能的分布式調度。作為計算機技術、網絡技術和分布式人工智能相結合的產物，多代理系統（multi－Agent）的自適應和分布式處理的特點，能夠滿足這種要求。所謂Agent就是在一定環境下，具有一定的獨立性和自主性以及推斷能力，能夠和系統中的其他Agent通信交互以及能夠對周圍的環境做出反應，從而完成一個或者多個功能目標的實體。一個多代理系統一般由3個部分組成：具有不同或者類似功能的Agent，提供各個Agent交互的友好環境，各個Agent之間的相互合作與相互競爭的關系。

表1 電力系統調度發展各個階段的對比

圖1表示了多代理系統集中－分布調度示意圖，能夠有效地解決智能調度的框架組織問題。下面對各層Agent分別論述。

圖1 多代理系統集中－分布調度示意圖

第1層是執行Agent。執行Agent從調度對象直接獲取運行狀態信息，并按照給定值或者給定的規律控制這些信息，進而達到直接控制系統的目的。

第2層是監督Agent。監督Agent具有對系統的監督功能，包括越限報警、緊急啟動等，其整定值由規定或者各種算法來確定。

第3層是尋優Agent。尋優Agent的功能是自尋系統的最優運行方式。最優解的結果一般可以作為控制器的給定值。

第4層是協調Agent。協調Agent負責在給定的系統范圍內進行協調。在經過前3層后，需要協調的內容大為減小，協調功能能夠實時地進行，協調的結果可以作為尋優功能的依據。

第5層為中央Agent。中央Agent負責全系統的分析與決策。其他各層不能解決的Agent之間的爭議，將由中央Agent解決，保證了系統運行統一性。

4 智能型調度基本功能

由電力系統智能型調度的基本概念可以看出智能型調度的基本功能基本上與調度運行人員的基本職責相對應。目前，智能型調度的功能還在不斷的討論和完善中，本文將對智能調度的幾個基本的功能分別進行論述。這幾個基本的功能分別是：系統在線監控、系統分析與評估、故障預警與處理、操作的形成與執行等功能。

系統在線監控是電力系統智能型調度的最基本功能之一。電力系統中各個重要節點的電壓、電流以及絕緣設備老化程度等都對電力系統的安全運行起著關鍵作用，其監測一直受到電力系統調度的重視。由于計算的復雜性，電壓穩態、暫態等在線監控一直沒有較好地解決。在電力系統智能型調度中采用先進的算法，能夠有效地縮短這些穩定方面的計算時間，實現了系統在線監控方面的擴充。

系統分析與評估是電力系統智能型調度的重要功能之一。確定性方法、概率方法以及風險方法是目前系統分析與評估的主要方法。在傳統的分析與評估算法中，常常采用確定性的算法。該方法由于其較大的安全裕度以及簡單實用性，在傳統的電力系統中獲得了較廣泛的應用。但是，由于其采用“最嚴重事故標準”，得到的結果過于保守，造成了系統資源的閑置與浪費。概率方法在一定程度上克服了確定性方法的不足，但是大多數的概率方法缺少與經濟性的聯系。風險方法有效地把握了事件發生的可能性與嚴重性，因此能夠準確地描述系統的狀態特別是在電力市場環境下，有效地溝通了安全性與經濟性之間的聯系。

故障預警與處理是電力系統智能調度保證系統安全穩定運行的重要功能之一。近年來，電力系統發生災難性連鎖故障的次數明顯增多。所謂連鎖故障是指系統中某一元件故障導致一系列其他元件停運，這種連鎖反應迅速蔓延，最終造成大規模停電事故。連鎖故障發生的概率雖然不大，但危害極大，因此，故障的預警與初始故障的及時有效處理是防止系統發生崩潰的重要措施。沙堆模型理論、Cascading模型理論、小世界模型理論等為智能型調度的故障預警與處理提供了先進的理論算法。操作的形成與執行功能是電力系統智能型調度功能的實現形式，關系到其他功能能否得到最終的實現。其中，一個主要的部分就是在電網各種操作任務到來時，能夠給出滿足各級要求的操作票。

5 總結

本文對電力系統智能型調度進行了綜合闡述，通過以上分析可知：

5.1 電力系統智能調度具有其他傳統的調度不能比擬的優點，對于減輕調度運行人員勞動強度，減少調度決策時間，提高調度決策科學性具有重要意義；

5.2 電力系統實行智能型調度是國民經濟與電力系統快速發展的必然結果，目前的工業基礎、研究成果為實現智能型調度提供了可能性；

5.3 由于電力系統的規模巨大，智能型調度將采用集中－分散的形式，多代理技術將在構建這一結構中發揮重要作用；

5.4 智能型調度要實現的基本功能基本上與調度運行人員的基本職責相對應，隨著新技術、新方法的應用，智能調度的功能必將越來越完善。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.006