智慧能源的电网智能调度总体框架

我国智能电网的建设具有中国特色, 主要包括发电、输电、变电、配电等环节, 担负着电力系统运行和管理的任务。作为电网运行管理的指挥中心, 电力调度重心, 更是起着核心作用, 负责对电力系统的输电、配电设备运行等进行指导, 对系统的操作和事故进行处理。形象的比喻就是调度重心是电力系统的神经中枢, 性能高低决定了电网运行的安全。

传统的电网调度运行, 运用的是能量管理系统, 适用分布式独立计算, 需要人工进行计算分析, 根据经验进行决策和处理。随着电力市场的规模不断扩大, 结构和运行方式都日趋复杂, 因此, 仅仅凭借人工经验进行电力系统的运行和调度是无法满足当前需要的。

例如, 当电网出现故障的时候, 短时间内进行信息处理和分析并做出正确的故障处理决策, 调度员的人为反应速度是不能满足电网运行要求的。因此, 需要强大的智能化的调度自动化系统, 才能够帮助调度人员完成调度任务。因此, 未来电网的发展是智能电网, 而智能电网的核心内容就是智能调度, 这是国内外电网运行的共同发展目标。

▌目前智能电网调度的发展背景

随着电力市场的发展, 在市场条件下, 电力系统的安全可靠运行, 成为调度运营部门的工作目标。由于电力需求的增大, 电力系统内部的输变电设备运行已经处在极限的状态, 要保证系统的安全运行, 调度中心要面对的任务非常艰巨。但是系统运行的结构非常复杂, 传统的电网调度, 不能对发电的经济性进行充分的考虑。

大规模间歇性电源的接入, 给电网调度和控制带来很大的难度。能源危机和环境的压力都要求电网调度要面对新的技术条件。例如风能和电能等可再生资源的运用, 给发电资源带来了众多的不可预测性和间歇性。这是由于绿色能源具有间歇性和大容量的特点, 电网的控制和调度都要维持稳定, 因此挑战十分巨大。

智能电网的发展, 需要智能调度系统的智慧, 因为其功能更加强大, 更加智能化。物理电网为基础的传感技术、通讯技术、计算机控制技术等, 形成了新型的电网在SCADA基础上增加了经济调度、自动发电控制、调度员培训模拟等高级应用软件, 实现了SCADA基础上的调度自动化, 成为新的能力管理系统, 提高了电力系统的稳定性和经济型。

传统的EMS系统已经无法具有对智能电网的自动化系统进行驾驭的能力, 很多结构和功能必须加以扩充和完善, 否则是难以应付当前电网的运行要求的。随着电力市场的发展, 调度重心不但要负责电网的稳定和运行, 还要负责市场的运营和交易, 这个指挥决策中心, 是要完成调度、管理、运行, 具备高度信息化和自动化的特征的。

▌智能电网的调度系统发展研究现状

1   ▏人工智能在电力系统中的运用

人工智能是数理逻辑、计算机科学、信息论、神经生物学等学科相互渗透发展起来的综合性学科, 其建立在智能信息处理理论智商, 类似于人类的智能行为。人工智能在电力系统中的运用, 开启了崭新的研究领域。使得电力系统这一超大规模的动态复杂的系统, 其中的问题虽然不断地增加了规模和复杂程度, 但是能够在人工智能的帮助下, 运用计算机系统, 建立精确的数学模型, 用数学形式解决问题的实质。而且, 很多人类无法解决的问题, 通过人工智能, 能够用精确的数学形式加以描述。人工智能带来的是对传统数学方法的弥补, 是对传统计算方法的革新。

2   ▏专家系统在电力系统中的运用

专家系统，是建立在专门领域上, 专门用于解决特定问题的计算机程序系统, 类似人类专家的思维, 能够进行专业的推理和判断, 这是基于经验的判断和数值分析方法进行问题解决的技术, 是电力系统中应用十分广泛而且技术相对成熟的技术。主要应用在电网调度操作指导、电网监测和故障诊断、故障恢复等上。

3   ▏人工神经网络在电力系统中的运用

人工神经网络, 是一种进行信息处理的分布式数学模型算法, 通过对生物神经网络进行模拟, 依靠系统的复杂程序, 对大量节点进行联结, 达到对信息进行处理的目的。其具有自适应和自学习的能力, 通过相互对应的数据输入和输出, 将二者的潜在规律等, 进行推算, 然后得到精确的结论。这是一种训练的过程, 能够让系统具有良好的问题处理能力, 广泛应用在电力系统的监测、控制和故障诊断等领域中。目前电力系统运用最为成功的就是神经网络的负荷预测技术。

4   ▏遗传算法电力系统中的运用

遗传算法指的是模拟生物进化中适者生存的进化过程, 然后利用遗传算法求解问题, 初始的系统计算的时候, 将编码解释为染色体, 根据预定的目标函数评估个体, 然后选择出拥有适度值的个体将下一代进行赋值。适者生存理念在其中是指导思想, 个体被选择出来进行交叉和变异, 形成新的下一代, 个体继承了上一代的优良特性, 向着更优的方向进化。其具有自适应搜索能力, 具有较强的并行计算特性, 能在系统规划、无功优化等领域应用。

5   ▏AGENT技术在电力系统中的运用

AGENT技术, 也被成为智能代理, 是一个运行在动态环境的具有自制能力的实体。这是一个计算机软件, 通过预先的协议与外部进行通信, 形成分布式的智能求解, 具有自主工作和具有语义互操作和交互能力, 是能够开放性对自动化系统进行调度的软件。

随着研究的深入, 人工智能技术在电力系统中被各个领域加以运用, 应用效果与传统的分析方法进行结合之后, 效果十分好。电力调度本身是一项系统的工程, 环境十分复杂, 依靠人工智能, 决策才能更加精确, 例如, 电力系统的操作指导一直是专家经验求解的, 在人工智能的帮助下, 动态分析和控制更加实时和快捷, 对于电力系统的控制, 与传统的分析计算技术相结合之后, 可谓如虎添翼。近年来, 通过知识推力来对求解系统进行操控, 取得了前所未有的结构和推理机制, 在计算速度方面有了明显的提高, 群体智能研究领域更是为智能调度系统的发展奠定了坚实的基础。

▌智能电网建设

智能电网的核心体现是调度的智能化, 建设智能电网, 首要的就是要进行智能调度的建设, 这是神经中枢, 也是智能电网建设的方向。调度系统拥有数据采集系统、智能安全预警功能, 注重系统经济和安全, 能够快速诊断故障, 提供故障恢复决策, 拥有可视化技术。

以某地供电局进行的配网自动化建设为例, 建设工程中智能调度的建设结合网架优化开展了自动化改造, 实行同步设计、同步施工、同步验收、同步投运。新建线路应根据其在规划目标网格中的位置、接入用户性质、负荷等因素, 同步开展配网自动化建设。

5min区域按智能分布式就地馈线自动化方案实施：原则上主干线所有电房 （包括联络点）均选为自动化节点。自动化节点电房的主设备采用“10k V断路器柜自动化成套设备”。存量线路一次设备已配置断路器柜且具备电动操作机构、电流互感器等配置的, 配网自动化改造可选用10k V馈线 (网络) 保护测控装置 （站所终端型式）。实现网络备自投的联络开关两侧应配置电压互感器 （进线PT和母线PT）。自动化终端之间以及自动化终端与主站之间采用光纤通信方式。电房内独立设置通信综合配线柜, 安装光纤配线架ODF、光纤交换机等设备。直流系统统一按48V/50AH直流柜进行配置。“10k V断路器柜自动化成套设备”的综合测控通信单元机箱拼装于直流柜上。

2   ▏优化资源配置

智能调度在已有的调度技术的基础上, 实行大范围优化资源的配置, 对风能等绿色能源的接入继续宁控制, 以节能减排为目的, 实现环境的保护。智能调度支持系统具有应急指挥控制中心的功能, 在进行通信数据网络的建设的时候, 逐步形成智能调度决策支持系统；对各种应用功能进行监控、预警、安全校核以及调度管理, 通过对电网调度教育能力和资源优化配置能力的提升, 对电网的安全稳定运行起到保障作用 。

多AGENT系统是一个智能化的开放式的分布系统, 各种协作不仅提高了系统的性能, 而且具备很好的灵活性, 保证共同任务的完成。完善的交互机制, 使得AGENT系统中各个角色之间能够完美的协调和合作, 建立在AGENT通信语言基础上的交互极致, 使得不同于传统的句法层, 能够增强自身的行为能力, 了解环境的变化。解决电力系统需要运用新技术和新理论, 多AGENT系统使用条件与电力系统的特征一致, 在电力系统中的多个领域, 如故障诊断等都能够加以应用。

▌小结

随着智能电网的建设不断加大投入, 不久的将来, 电力系统中进行神经中枢调度中心的革命性变革是势在必行的。这是电网运行的需求, 也是未来电力系统发展的新方向。

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