智能配電網(wǎng)研發(fā)路線探討

圖中，高級(jí)量測(cè)體系A(chǔ)MI：繼承與發(fā)展傳統(tǒng)AMR的各種應(yīng)用，通過(guò)智能電表和通信、信息集成，實(shí)現(xiàn)供需之間電力和信息的雙向流動(dòng)，支持表前電網(wǎng)側(cè)和表后用戶側(cè)的各種應(yīng)用。

高級(jí)配電運(yùn)行ADO：繼承與發(fā)展傳統(tǒng)SCADA/DMS的各種應(yīng)用，支持分布能源和電動(dòng)汽車充放電的入網(wǎng)管理和市場(chǎng)交易，電網(wǎng)的安全自愈和優(yōu)質(zhì)高效運(yùn)行，和供需互動(dòng)的雙向服務(wù)。

高級(jí)輸電運(yùn)行ATO：繼承與發(fā)展傳統(tǒng)SCADA/EMS的各種應(yīng)用，支持接入靈活交流輸電、高溫超導(dǎo)輸電等新系統(tǒng)元件，高壓集中發(fā)電和低壓分散發(fā)電的協(xié)調(diào)優(yōu)化，事件啟動(dòng)快速仿真決策、靈活分區(qū)故障隔離，避免或縮小大面積停電。

此外，智能電網(wǎng)中的高級(jí)資產(chǎn)管理AAM，與AMI、ADO、ATO相集成，使用有關(guān)信息和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等全生命周期的優(yōu)化管理。

可見(jiàn)，智能電網(wǎng)研發(fā)領(lǐng)域中，和傳統(tǒng)電網(wǎng)重大不同且量大面廣的，都集中在配用電領(lǐng)域。即：用電領(lǐng)域智能電表與通信信息結(jié)合組成的先進(jìn)量測(cè)體系A(chǔ)MI、及其表前表后各種應(yīng)用，應(yīng)對(duì)簡(jiǎn)單受電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型為復(fù)雜有源網(wǎng)絡(luò)、大量分布能源和電動(dòng)汽車充放電入網(wǎng)管理和市場(chǎng)交易的ADO，以及兩者共同支持的供需互動(dòng)雙向服務(wù)等。

考慮到智能電網(wǎng)是從傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)展而來(lái)，因此，研發(fā)智能配電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分利用傳統(tǒng)電網(wǎng)的現(xiàn)有基礎(chǔ)，最大限度地優(yōu)化投資，避免重復(fù)建設(shè)。為此，本文將智能配電網(wǎng)的研發(fā)內(nèi)容劃分為實(shí)現(xiàn)電力和信息的雙向流動(dòng)、支持各種應(yīng)用的支撐系統(tǒng)，表前表后、當(dāng)前今后的各種應(yīng)用，以及支撐應(yīng)用一體化的智能設(shè)備三個(gè)層次，在充分發(fā)揮傳統(tǒng)電網(wǎng)現(xiàn)有系統(tǒng)作用的同時(shí)，跟蹤技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

但這些增效應(yīng)用，都以當(dāng)前單向的供需關(guān)系為前提，即使接入少量的可再生能源發(fā)電和電動(dòng)汽 車充電樁或充電站，也是按負(fù)荷效應(yīng)處理，不涉及供需互動(dòng)的雙向服務(wù)問(wèn)題。 表前電網(wǎng)側(cè)當(dāng)前的這些增效應(yīng)用，如支撐系統(tǒng)的水平不低，對(duì)集中控制系統(tǒng)(SCADA/DMS、 負(fù)荷管理、營(yíng)銷管理等)而言，并無(wú)突出的難點(diǎn)。但對(duì)于分布控制系統(tǒng)(繼電保護(hù)、就地?zé)o供補(bǔ)償 等) 卻存在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后的再整定或自適應(yīng)難點(diǎn)問(wèn)題。 ， 對(duì)此， 將在下節(jié)的潛在應(yīng)用中， 一并加以討論。

3電網(wǎng)側(cè)今后的潛在應(yīng)用表前電網(wǎng)側(cè)今后的潛在應(yīng)用，主要是解決配電系統(tǒng)接入大量的系統(tǒng)新元件(包括可再生能源發(fā) 電和電動(dòng)汽車充放電)后，所引發(fā)的雙向服務(wù)、入網(wǎng)管理和市場(chǎng)交易問(wèn)題，研發(fā)和實(shí)施工作量較大。

間歇性、功率不穩(wěn)的可再生能源分布式發(fā)電大量并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，將改變傳統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使配電 系統(tǒng)從簡(jiǎn)單的受電網(wǎng)絡(luò)變成復(fù)雜的有源網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前配網(wǎng)的保護(hù)和控制配置方案不適應(yīng)多分布發(fā)電源 的接入，已成為廣泛采用分布式發(fā)電的技術(shù)瓶頸，更不用說(shuō)由于通過(guò)逆變裝置并網(wǎng)而帶來(lái)的諸多電 能質(zhì)量問(wèn)題了。

電動(dòng)汽車充放電的入網(wǎng)管理，技術(shù)上雖較可再生能源發(fā)電簡(jiǎn)單。但由于更加量大面廣，存在大 量用戶、中間服務(wù)商和電力公司之間的單獨(dú)組網(wǎng)和營(yíng)銷管理等復(fù)雜問(wèn)題。

盡管可再生能源發(fā)電和電動(dòng)汽車充放電的入網(wǎng)管理和市場(chǎng)交易，提出了許多難題。但主要的難 點(diǎn)，還在于供需互動(dòng)后接入的這些用電設(shè)備和系統(tǒng)，將以千位數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，并需解決與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn) 行后的系統(tǒng)優(yōu)化、協(xié)調(diào)和控制等問(wèn)題。此時(shí)，傳統(tǒng)的 SCADA/DMS 系統(tǒng)已不可能監(jiān)視控制到每個(gè)單獨(dú) 設(shè)備，只能監(jiān)視控制到運(yùn)行工況的邊界，而通過(guò)設(shè)置在邊界的分布式的智能控制來(lái)解決問(wèn)題，這才是實(shí)施智能配電網(wǎng)所面臨的一個(gè)研發(fā)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

和靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合的精確解不同，分布式的智能控制必須與知識(shí)工程的智能解相結(jié) 合，當(dāng)前分布式智能的研發(fā)方向，幾乎毫無(wú)例外地采用多智能體(multi-agent)技術(shù)。面向 Agent (AO， agent-oriented)是繼面向過(guò)程和面向?qū)ο?OO，objeci-oriented)之后、新一代的軟件系統(tǒng)工程技術(shù)。 Agent 是將知識(shí)和使用它的一組操作或過(guò)程封裝在一起得到的一個(gè)實(shí)體，具有結(jié)構(gòu)和屬性，并 可通過(guò)消息互相通信。Agent 特有的自治性和主動(dòng)性，可獨(dú)立地完成其目標(biāo)而不需要外界的指令、 或感知環(huán)境變化時(shí)通過(guò)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。因此，Agent 又有“主動(dòng)的對(duì)象”之稱，知識(shí)工程界均將 Agent 意譯為“主體”或 “智能體” ，而不采用概念易于混淆的“代理” 。單個(gè)的 Agent 擁有解決問(wèn) 題的不完全的信息或能力，沒(méi)有系統(tǒng)全局控制能力。但可通過(guò)相關(guān) Agent 間的協(xié)調(diào)和協(xié)作組成 Multi-Agent 系統(tǒng)，來(lái)解決復(fù)雜的全局性問(wèn)題。 包括反應(yīng)、協(xié)作和認(rèn)知三層結(jié)構(gòu)的 Multi -Agent 系統(tǒng)，

無(wú)通信能力的反應(yīng)式 Agent，相當(dāng)于傳統(tǒng)上“事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”的繼電保護(hù)和就地?zé)o功補(bǔ)償裝置，根據(jù)程序安排自主作出反應(yīng)，而無(wú)須外部指令控制。但保護(hù)和補(bǔ)償定值的設(shè)定和修改 只能離線進(jìn)行。加上具有通信能力的協(xié)作層后，當(dāng)事件響應(yīng)的快速仿真決策需對(duì)有關(guān)保護(hù)定值或穩(wěn) 定補(bǔ)救方案進(jìn)行修改和調(diào)整時(shí)，就可依靠外部知識(shí)協(xié)作、對(duì)反應(yīng)參數(shù)或程序進(jìn)行修改和調(diào)整，以提 高裝置的適應(yīng)性水平。這種通過(guò)不斷修改系統(tǒng)控制參數(shù)來(lái)改進(jìn)系統(tǒng)執(zhí)行能力的感知型學(xué)習(xí)，不涉及 與具體任務(wù)有關(guān)的知識(shí)，但對(duì)外部知識(shí)依賴性強(qiáng)，在通信中斷的情況下難于達(dá)到自適應(yīng)的水平。如 進(jìn)一步加上具有與具體任務(wù)有關(guān)的內(nèi)部知識(shí)組成認(rèn)知式 Agent，即使通信中斷或情況緊急來(lái)不及協(xié) 調(diào)時(shí)，也可根據(jù)內(nèi)部積累的知識(shí)作出自適應(yīng)反應(yīng)，充分體現(xiàn) Agent 的自主性。

三層結(jié)構(gòu)的 AO 系統(tǒng)，既可用以解決上節(jié)所述分布控制系統(tǒng)的再整定或自適應(yīng)、和本節(jié)集中控制 系統(tǒng)作為遠(yuǎn)方終端的分布智能控制問(wèn)題，也可用以解決下節(jié)用戶側(cè)應(yīng)用的分布智能體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

用戶側(cè)當(dāng)前的增效應(yīng)用不言而喻，作為在用戶和電網(wǎng)之間反映電力和信息雙向流動(dòng)的智能電表，除作為電網(wǎng)側(cè)現(xiàn)有調(diào) 度管理、需求側(cè)管理、營(yíng)銷管理系統(tǒng)、停電管理、以及用戶信息等系統(tǒng)的終端外;對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，由 于增加了電網(wǎng)側(cè)電力和市場(chǎng)、用戶側(cè)設(shè)備和用電信息的可視化和透明度，大大有利于用戶主動(dòng)選擇 和優(yōu)化用電方式，節(jié)約用電和減少電費(fèi)支出。一般可減少 15%以上的峰荷和10%以上的總需求。

早期，這些增效應(yīng)用，都以當(dāng)前單向的供需關(guān)系為前提，即使接入少量的可再生能源發(fā)電和電 動(dòng)汽車充電樁或充電站，也是按負(fù)荷效應(yīng)處理，不涉及供需互動(dòng)的雙向服務(wù)問(wèn)題。因此，智能電表 對(duì)用戶設(shè)備的監(jiān)控比較簡(jiǎn)單，可按類似繼電保護(hù)“離線整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作”原則，按預(yù)定程序進(jìn)行反 應(yīng)處理。 隨著再生能源發(fā)電、電動(dòng)汽車充放電、以及其他用戶設(shè)備的大量并網(wǎng)運(yùn)行、和供需互動(dòng)雙向服 務(wù)的實(shí)現(xiàn)，單向的“離線整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作” ，已不能實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)后的系統(tǒng)優(yōu)化、協(xié)調(diào)和控制。而現(xiàn) 有的 SCADA 系統(tǒng)，又不可能直接接入千位數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)的系統(tǒng)新元件。因此，必須采用上節(jié)所述的分 布式智能控制技術(shù)，組成如圖 3 所示的分布式智能體系結(jié)構(gòu)，以解決“量大面廣”的分區(qū)控制問(wèn)題。