基于軟科學(xué)哲學(xué)思想的電網(wǎng)工程創(chuàng)新發(fā)展

李喜來(lái) 俞登科 李正良

軟科學(xué)蘊(yùn)含的哲學(xué)思想

軟科學(xué)的“軟”是相對(duì)于硬科學(xué)的“硬”而言的。硬科學(xué)即自然科學(xué)，主要研究客觀物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而軟科學(xué)則是自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)相互結(jié)合的交叉科學(xué)，是一門(mén)立足實(shí)踐、面向決策并為決策提供支撐依據(jù)的綜合性系統(tǒng)學(xué)科。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多錯(cuò)綜復(fù)雜的決策問(wèn)題亟待解決，軟科學(xué)研究的重要性日益凸顯，已經(jīng)逐漸成為科學(xué)技術(shù)體系中的重要部分。盡管軟科學(xué)的發(fā)展受到重視，但是目前在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究仍十分欠缺。

與硬科學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)是“決定論”不同，軟科學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)是“選擇論”，強(qiáng)調(diào)了人的主動(dòng)選擇和創(chuàng)造，因此軟科學(xué)的研究對(duì)象是“人—事物”系統(tǒng)，人作為系統(tǒng)的一部分，是包含在系統(tǒng)之中的。同時(shí)，為了給決策提供更好的支撐依據(jù)，我們就需要對(duì)該系統(tǒng)優(yōu)化控制的理論和方法進(jìn)行研究。

“人—事物”系統(tǒng)主要分為“人”“事物”和“人對(duì)事物的作用”三部分。“人”是主體，指人的參與和經(jīng)驗(yàn)，可以認(rèn)為“人”代表著專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；“事物”是客體，分為“事”和“物”，從哲學(xué)的角度看，“事”具有時(shí)間屬性，“物”具有空間屬性，合二為一構(gòu)成了事物的時(shí)空屬性。對(duì)“事物”時(shí)空屬性的邏輯歸納可以用數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)經(jīng)加工后可成為信息，是信息的表現(xiàn)形式和載體。“人對(duì)事物的作用”指的是人對(duì)事物所產(chǎn)生的干預(yù)和組織，是人對(duì)事物組織方式的一種重構(gòu)和再創(chuàng)造。系統(tǒng)的優(yōu)化控制則是從全局角度對(duì)系統(tǒng)的主動(dòng)把握，它是為了使系統(tǒng)能發(fā)揮更好的性能，對(duì)其進(jìn)行的優(yōu)化控制，從而維持長(zhǎng)期高效的性能。

綜上所言，專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和信息、事物組織方式的重構(gòu)、性能控制和運(yùn)行維護(hù)這四個(gè)方面構(gòu)成了軟科學(xué)哲學(xué)思想的核心。

電網(wǎng)工程的創(chuàng)新發(fā)展

時(shí)至今日，業(yè)界對(duì)電網(wǎng)工程本質(zhì)屬性和內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)日趨加深，從電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行維護(hù)，無(wú)不包含著人的主動(dòng)參與和決策。而隨著信息處理、組織架構(gòu)等一系列新理論、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，電網(wǎng)工程也將進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。筆者認(rèn)為，以軟科學(xué)所蘊(yùn)含的哲學(xué)思想為指引，電網(wǎng)工程將會(huì)在以下四個(gè)方面得到更進(jìn)一步的創(chuàng)新發(fā)展。

專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)：專家輔助決策系統(tǒng)

專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是稀缺資源，是長(zhǎng)期實(shí)踐積累的寶貴財(cái)富，我們可以對(duì)其進(jìn)行整合和深度挖掘，這對(duì)電網(wǎng)工程的決策尤為重要，專家輔助決策系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。專家輔助決策系統(tǒng)主要有兩大功能：一是工程量預(yù)測(cè)，二是工程評(píng)價(jià)。

對(duì)于工程量預(yù)測(cè)而言，合理的預(yù)測(cè)方法至關(guān)重要，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的研究為此提供了可能。然而針對(duì)多輸入、多輸出的非線性特征，仍需進(jìn)一步對(duì)非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加大研究力度，以期得到更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

工程評(píng)價(jià)往往是定性的，如好、較好、一般等，均屬于模糊概念，人類智慧可以高效地分析和處理這些模糊信息，用數(shù)學(xué)形式表達(dá)本質(zhì)上就是模糊數(shù)學(xué)。工程評(píng)價(jià)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展，并將其融合應(yīng)用于專家輔助決策系統(tǒng)，或?qū)⒊蔀橐粋€(gè)較主流的發(fā)展方向。

數(shù)據(jù)和信息：全生命周期概念和大數(shù)據(jù)技術(shù)

事物的時(shí)空屬性決定了數(shù)據(jù)和信息具有隨機(jī)性和多樣性，并且均含有時(shí)間進(jìn)程。隨機(jī)性主要采用可靠度理論來(lái)描述，可靠度隨時(shí)間的變化即時(shí)變可靠度；多樣性則主要采用大數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)。

目前，對(duì)電網(wǎng)工程全生命周期的研究正逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)。時(shí)變可靠度作為一個(gè)較理想的協(xié)調(diào)和控制參數(shù)，其理論將從廣義和狹義上進(jìn)一步深度融入電網(wǎng)工程中，并為全生命周期的研究提供切實(shí)可行的有效途徑。同時(shí)，電網(wǎng)工程的復(fù)雜性必然將面對(duì)海量的數(shù)據(jù)和信息，對(duì)這些數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和處理就需要用到大數(shù)據(jù)技術(shù)，并由此建立有效的數(shù)據(jù)庫(kù)。

事物組織方式的重構(gòu)：區(qū)塊鏈和三維數(shù)字化設(shè)計(jì)

事物組織方式即事物之間的相對(duì)關(guān)系。對(duì)事物組織方式的重構(gòu)是一個(gè)事物相對(duì)關(guān)系再創(chuàng)造的過(guò)程，會(huì)形成多種變化形式，體現(xiàn)在電網(wǎng)工程中，將會(huì)有兩個(gè)新的發(fā)展方向。

第一個(gè)發(fā)展方向是分布式微電網(wǎng)中的區(qū)塊鏈技術(shù)。區(qū)塊鏈指的是一系列區(qū)塊按照時(shí)間歷程所構(gòu)成的鏈條，鏈條中每一個(gè)區(qū)塊包含數(shù)條交易記錄，且這些區(qū)塊是分布式、去中心化的。這正好與分布式微電網(wǎng)的特點(diǎn)相契合，將區(qū)塊鏈的思想和技術(shù)拓展應(yīng)用于微電網(wǎng)會(huì)成為一大研究熱點(diǎn)。

第二個(gè)發(fā)展方向是電網(wǎng)工程的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)。電網(wǎng)工程三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的設(shè)想來(lái)自建筑行業(yè)BIM技術(shù)的蓬勃發(fā)展，強(qiáng)調(diào)了數(shù)字化、信息化和協(xié)調(diào)性，其組織方式從二維過(guò)渡到三維，且在具體建模形式上采用了自下而上的分層式。構(gòu)建三維數(shù)字化設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，將其應(yīng)用于電網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)和管理是下一階段研究的重點(diǎn)。

性能控制和運(yùn)行維護(hù)：柔性直流、健康監(jiān)測(cè)和維修加固

電網(wǎng)工程除本質(zhì)安全以外，是否能有效調(diào)動(dòng)并控制其良好性能也是需要重點(diǎn)關(guān)注的。同時(shí)，電網(wǎng)工程本身的構(gòu)建不是目的，建成后的使用才是目的，這就離不開(kāi)在其服役期間的運(yùn)行維護(hù)。

柔性直流技術(shù)的發(fā)展就是性能控制的一個(gè)典型例子。與采用晶閘管的傳統(tǒng)直流輸電不同，柔性直流輸電采用了全控型（開(kāi)通與關(guān)斷均可控）電力電子器件IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），具有系統(tǒng)反應(yīng)速度快、可控性較好、運(yùn)行方式靈活的特點(diǎn)。然而高電壓、大功率和可靠性是其目前的掣肘和挑戰(zhàn)，也是未來(lái)的研究重點(diǎn)。

電網(wǎng)工程在服役期間，勢(shì)必會(huì)面臨性能老化、弱化的情況。為了保證安全性和可靠性，最大限度地發(fā)揮功效，對(duì)其進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)是很有必要的，且根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)結(jié)果，需要制定相應(yīng)的維修加固策略。隨著電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的日趨建成，未來(lái)所面對(duì)的更多問(wèn)題是對(duì)已建成電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)，而真正的核心難點(diǎn)在于選擇關(guān)鍵、合理的控制和決策參數(shù)，并以此制定相對(duì)較優(yōu)的維修加固策略。

結(jié)語(yǔ)

技術(shù)上的創(chuàng)新離不開(kāi)哲學(xué)層面戰(zhàn)略創(chuàng)新的宏觀指引。作為一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，電網(wǎng)工程尤其需要從系統(tǒng)角度高屋建瓴，以哲學(xué)思想、戰(zhàn)略思維推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。軟科學(xué)哲學(xué)思想所包含的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和信息、事物組織方式的重構(gòu)、性能控制和運(yùn)行維護(hù)四個(gè)方面對(duì)于促進(jìn)電網(wǎng)工程的創(chuàng)新發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。需要強(qiáng)調(diào)的是，這四個(gè)方面并不是相互獨(dú)立的，更多時(shí)候是相互耦合和相互作用的，因此會(huì)產(chǎn)生更多的變化形式。本文簡(jiǎn)單展望了電網(wǎng)工程中幾個(gè)重要的發(fā)展方向，更多的推陳出新并將電網(wǎng)工程的發(fā)展推向更高的高度有賴于業(yè)界同人們的共同努力。