決策支持系統(tǒng)在電力調(diào)度管理中的應用

陳蓉珺,何永秀

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院，北京 102206)

近年來隨著可再生能源的快速發(fā)展，具有間歇性特點的風電光伏接入電網(wǎng)，新能源發(fā)電技術(shù)和分布式電源、柔性輸變電設備的應用越來越廣泛，且隨著新一輪電改的深入，未來電力系統(tǒng)的運行模式將發(fā)生巨大變化。未來電網(wǎng)的發(fā)展將以大規(guī)模集中式電源與分布式電源相結(jié)合、主網(wǎng)與地方輸配電網(wǎng)、微電網(wǎng)相結(jié)合為趨勢[1-2]。電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要一環(huán)，由于需求側(cè)用戶的用電行為的不確定性及發(fā)電側(cè)間歇性電源的大規(guī)模接入，電力調(diào)度的難度日益增加，現(xiàn)階段的電力調(diào)度正在由按照指令完全響應向多方互動調(diào)度發(fā)展。

信息技術(shù)的發(fā)展為電力調(diào)度提供了新思路，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，可以通過信息共享，實現(xiàn)電力調(diào)度的經(jīng)濟性及效率。因此，建設完備的電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)(Decision Support System，DSS)可以輔助調(diào)度人員決策，以免信息冗余、能力不足等因素帶來的決策時間長、決策策略不佳等結(jié)果，進而保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行[3]。

1 理論分析

1.1 決策支持系統(tǒng)

利用計算機軟硬件、網(wǎng)絡通信設備等，可以加速信息的收集、傳輸、加工、存儲、更新和維護，幫助決策管理者實現(xiàn)目標。信息系統(tǒng)一般包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)(Management Information Systems， MIS)、決策支持系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)等。

決策支持系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，還能結(jié)合外部環(huán)境因素，給管理決策人員提供關鍵信息并輔助最終決策。DSS的概念在20世紀70年代由美國麻省理工學院的M.S Morton教授在《管理決策系統(tǒng)》一文中首先提出。隨后，由于其實用與高效性，DSS系統(tǒng)在管理信息系統(tǒng)和運籌學的基礎上迅速發(fā)展起來。DSS將眾多輔助決策的模型有效地組織和存儲，通過人機交互功能，將模型庫和數(shù)據(jù)庫有機結(jié)合起來[4]。

信息管理系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)的特點對比如圖1所示，從圖1中可以看出，MIS與DSS的目標一致，均能提供相應的輔助信息，而DSS比MIS處理的信息更為復雜，輔助決策的級別相對更高，且對決策的準確度要求更高。

圖1 MIS與DSS的特點對比

1.2 電網(wǎng)調(diào)度

調(diào)度的目的是保持發(fā)配電平衡，從而使電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定運行。電網(wǎng)的智能調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)輸配電設備的運行進行實時監(jiān)控，并保證其不受外界影響。智能調(diào)度系統(tǒng)功能豐富，包括遠程監(jiān)控、遠程控制以及智能決策等，可以指揮配電網(wǎng)中的多項設備，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。將智能配電網(wǎng)與地理信息平臺(Geographic Information System，GIS)結(jié)合將區(qū)域配電網(wǎng)直觀反映，當區(qū)域中某處配電網(wǎng)設備出現(xiàn)故障時，能夠通過GPS信息迅速定位，及時對故障進行處理。智能調(diào)度中還結(jié)合了云計算功能，可以實現(xiàn)實時在線分析與計算，并實現(xiàn)信息共享。

電網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。第一階段是20世紀70年代，只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理功能，還不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析。第二階段是基于通用計算機的調(diào)度系統(tǒng)，出現(xiàn)在20世紀80年代，可以實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)功能，具備初步的分析功能。第三階段產(chǎn)生于20世紀90年代，采用大量關系型數(shù)據(jù)庫和可視化用戶界面技術(shù)，可分析的內(nèi)容也越來越豐富，數(shù)據(jù)的收集和整理也更為精確。目前，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)多處于第三階段，可以實現(xiàn)較為廣泛的分析和應用，但還需要人為操作來調(diào)用分析功能，這使電網(wǎng)的調(diào)度決策變得滯后。

1.3 關鍵技術(shù)

a. 數(shù)據(jù)庫和模型庫

數(shù)據(jù)庫作為DSS中最基礎的部分，可以頻繁向其他模塊提供數(shù)據(jù)，需要保證數(shù)據(jù)的快速調(diào)用；模型庫通過構(gòu)建輔助決策的復雜模型，結(jié)合從數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù)保證決策的精度，數(shù)據(jù)庫和模型庫決定著決策者的精準決策。

b. 知識庫

知識庫是概念、事實與規(guī)則的集合，在電網(wǎng)調(diào)度管理的知識庫中，存儲著電力調(diào)度問題的形式化和模型化問題，可以通過調(diào)用SCADA系統(tǒng)的實時信息，結(jié)合知識庫中的大量信息，判斷電力系統(tǒng)的狀態(tài)(一般包括正常、警戒、緊急、極端和恢復)，知識庫通常與數(shù)據(jù)庫和模型庫結(jié)合輔助決策。

c. 支持技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度決策管理中的關鍵技術(shù)有很多，如智能控制技術(shù)、事故診斷處理技術(shù)等，這些技術(shù)保證了電網(wǎng)調(diào)度的智能化和準確性。在事故發(fā)生后，智能控制技術(shù)可以深入分析電網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)，并制定如改變機組出力、減負荷等調(diào)整策略，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。事故診斷技術(shù)通過結(jié)合錯誤信息冗余技術(shù)、事故恢復技術(shù)等，采用分組手段對信息流中的開關狀態(tài)、保護狀態(tài)及診斷信息進行展示及關聯(lián)重組，可以有效診斷故障并提供恢復策略[5]。

d. Agent技術(shù)基礎

傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠓椒ɑ趩翁幚砥骱图惺接嬎銠C，對象和它的調(diào)用者之間只是一種單線的、被動的主從式關系，缺乏靈活性和主動性。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，許多應用系統(tǒng)變得越來越復雜，智能化、自動化以及廣泛分布和合作已經(jīng)成為人類對應用的普遍要求，為了滿足這些要求，Agent的概念被引入，繼而得到迅猛發(fā)展。

Agent是計算機軟/硬件系統(tǒng)，它能夠從外界環(huán)境變化中主動學習知識并積累經(jīng)驗，為其他的實體提供服務，具有主動性、反應性、社會性、自主性、交互性等特征。Agent技術(shù)為決策支持系統(tǒng)的發(fā)展提供強有力的智能支持，用戶只需向代表用戶的提交任務，最后系統(tǒng)將向用戶顯示結(jié)果。在這一過程中，各類的協(xié)作交互，用戶不需要參與決策任務的分解和調(diào)度、用戶之間的信息交互以及知識庫系統(tǒng)與任務系統(tǒng)的協(xié)作，系統(tǒng)的智能化水平較高。

2 基于Agent的電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)的設計

2.1 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設計原則

電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)的設計、實現(xiàn)要綜合考慮可操作性、決策精度、決策及時等多方面因素，一般設計原則如圖2所示[6]。

圖2 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設計原則

2.2 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)的邏輯與結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)調(diào)度管理的決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，決策資源層是系統(tǒng)的基礎，數(shù)據(jù)源來自系統(tǒng)和故障信息系統(tǒng)，操作員通過人機交互層獲取決策信息，該決策支持系統(tǒng)提供了高級軟件分析、故障處理、信息發(fā)布、報表管理四大模塊，這些功能主要由數(shù)據(jù)庫、模型庫與知識庫實現(xiàn)。

每個Agent包含感知、行動、反應、建模、規(guī)劃、通信和決策生成等模塊。Agent之間使用ACL進行通信，使用通信雙方都能理解的格式來描述信息或者消息。當一個向另一個提出服務要求時，接到請求方要通知請求服務方采用合適的方式、提供相應的信息，并以消息的方式返回，在請求方收到消息后再決定是不是接受它的服務[7]。

2.3 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)功能模塊

a. 高級軟件分析

高級軟件分析模塊可以進一步細分，包括狀態(tài)估計、潮流測算、負荷預測、無功優(yōu)化等功能，通過一系列模型及輸入數(shù)據(jù)，可以輸出系統(tǒng)狀態(tài)，并提供提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的建議供電力調(diào)度人員參考。

高級軟件分析模塊可以實現(xiàn)只能觸發(fā)，根據(jù)觸發(fā)的方式不同，分為3類：①實時觸發(fā)，通過計算機不停地評估實現(xiàn)，但由于計算機功能有限，這種方式應用較少；②由事件觸發(fā)，通過預設事件的發(fā)生觸發(fā)分析模塊；③定時觸發(fā)，每隔一段時間對系統(tǒng)進行評估。調(diào)度員也可以根據(jù)實際情況隨時調(diào)整定時觸發(fā)的時間間隔，也可以隨時停止自動模塊，調(diào)整為手動調(diào)度[8]。

圖3 基于Agent的電網(wǎng)調(diào)度管理決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

b. 故障處理

該模塊中，首先接收從SCADA上傳的信息，根據(jù)一定的約束條件對信息進行粗辨識，若信息通過粗辨識，則開啟故障診斷程序判斷是否發(fā)生故障，若診斷結(jié)果為故障，則開啟故障恢復程序，若診斷結(jié)果無故障，則進行靜態(tài)安全分析。該模塊的具體流程如圖4所示[9]。

圖4 故障處理邏輯

c. 信息發(fā)布

信息發(fā)布模塊可以將內(nèi)部的關鍵數(shù)據(jù)、信息發(fā)布至外網(wǎng)，根據(jù)不同信息對系統(tǒng)的影響程度進行分級，對于重要信息通過聲音警報等方式提醒決策者，保證在第一時間反饋緊急信息并及時處理，可以有效提升決策速度。

d. 報表管理

該模塊定時記錄電力系統(tǒng)的運行情況，并基于決策者的需求提供相應的統(tǒng)計分析服務，定期生成重要信息報表，體現(xiàn)了決策支持系統(tǒng)的人性化、智能化。

e. 操作票

主要負責對電力系統(tǒng)設備檢修、故障處理等操作開票，傳統(tǒng)的操作票都是由工作人員手工處理，很容易受外界和自身的影響而造成失誤引起事故。操作票除了手工開票的方式，還提供自動、點圖和短語3種開票方式，這樣不僅可以提高效率，也能提高開票的準確度。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

基于Agent的電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)通過利用智能調(diào)度控制技術(shù)、事故診斷處理技術(shù)等可以降低電網(wǎng)安全風險，實現(xiàn)在線防控，可以實現(xiàn)許多功能。

a. 利用人工智能方法建立數(shù)據(jù)挖掘模型可以實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務的分析預測功能，利用決策樹算法作為數(shù)據(jù)挖掘模型算法，大大提高了負荷預測精度，同時還可以對預測結(jié)果進行說明。

b. 設計智能化調(diào)度決策支持系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)。基于電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設計原則，設計了多層次的調(diào)度決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以通過通信技術(shù)協(xié)調(diào)各部分運行，實現(xiàn)智能化調(diào)度。

c. 提供多種業(yè)務實現(xiàn)平臺及友好用戶交互界面。該系統(tǒng)具有用戶按要求搭建分析平臺的功能，豐富模塊化特性增強了系統(tǒng)的靈活性。同時用戶界面圖形化、直觀化，建立分析平臺只要按構(gòu)成組合，只需簡單操作，利用多種曲線和多維圖形表示更容易讓用戶理解。

4 結(jié)束語

隨著該系統(tǒng)的開發(fā)實施，電網(wǎng)調(diào)度的決策支持系統(tǒng)尋求、擴展了信息與知識，強化了規(guī)則推理過程，通過“自學習”增強知識深度，必將大大提高調(diào)度運行人員應對電網(wǎng)復雜多變的運行方式和電網(wǎng)嚴重突發(fā)事件的能力，有助于提高電網(wǎng)運行調(diào)度的安全可靠性、經(jīng)濟效益以及生產(chǎn)管理水平，同時大大減輕操作人員工作強度，提高工作效率，培育與增強應急預控與處理恢復能力。

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