決策支持系統(tǒng)在電力調(diào)度管理中的應(yīng)用

陳蓉珺,何永秀

(華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

近年來(lái)隨著可再生能源的快速發(fā)展，具有間歇性特點(diǎn)的風(fēng)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(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，且隨著新一輪電改的深入，未來(lái)電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式將發(fā)生巨大變化。未來(lái)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(shì)[1-2]。電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)向多方互動(dòng)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(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，可以通過(guò)信息共享，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性及效率。因此，建設(shè)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(lái)的決策時(shí)間長(zhǎng)、決策策略不佳等結(jié)果，進(jìn)而保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1 理論分析

1.1 決策支持系統(tǒng)

利用計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等，可以加速信息的收集、傳輸、加工、存儲(chǔ)、更新和維護(hù)，幫助決策管理者實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。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(dòng)化系統(tǒng)等。

決策支持系統(tǒng)不僅可以實(shí)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(guān)鍵信息并輔助最終決策。DSS的概念在20世紀(jì)70年代由美國(guó)麻省理工學(xué)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(shí)用與高效性，DSS系統(tǒng)在管理信息系統(tǒng)和運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來(lái)。DSS將眾多輔助決策的模型有效地組織和存儲(chǔ)，通過(guò)人機(jī)交互功能，將模型庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)[4]。

信息管理系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)比如圖1所示，從圖1中可以看出，MIS與DSS的目標(biāo)一致，均能提供相應(yīng)的輔助信息，而DSS比MIS處理的信息更為復(fù)雜，輔助決策的級(jí)別相對(duì)更高，且對(duì)決策的準(zhǔn)確度要求更高。

圖1 MIS與DSS的特點(diǎn)對(duì)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(yùn)行。電網(wǎng)的智能調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)輸配電設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)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(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制以及智能決策等，可以指揮配電網(wǎng)中的多項(xiàng)設(shè)備，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。將智能配電網(wǎng)與地理信息平臺(tái)(Geographic Information System，GIS)結(jié)合將區(qū)域配電網(wǎng)直觀反映，當(dāng)區(qū)域中某處配電網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，能夠通過(guò)GPS信息迅速定位，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行處理。智能調(diào)度中還結(jié)合了云計(jì)算功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線分析與計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)信息共享。

電網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是20世紀(jì)70年代，只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理功能，還不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析。第二階段是基于通用計(jì)算機(jī)的調(diào)度系統(tǒng)，出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，可以實(shí)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(jì)90年代，采用大量關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化用戶界面技術(shù)，可分析的內(nèi)容也越來(lái)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(shí)現(xiàn)較為廣泛的分析和應(yīng)用，但還需要人為操作來(lái)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(guān)鍵技術(shù)

a. 數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)作為DSS中最基礎(chǔ)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(kù)通過(guò)構(gòu)建輔助決策的復(fù)雜模型，結(jié)合從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的數(shù)據(jù)保證決策的精度，數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)決定著決策者的精準(zhǔn)決策。

b. 知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)是概念、事實(shí)與規(guī)則的集合，在電網(wǎng)調(diào)度管理的知識(shí)庫(kù)中，存儲(chǔ)著電力調(diào)度問(wèn)題的形式化和模型化問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)用SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，結(jié)合知識(shí)庫(kù)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(fù))，知識(shí)庫(kù)通常與數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)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(guān)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(zhǔn)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(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，并制定如改變機(jī)組出力、減負(fù)荷等調(diào)整策略，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。事故診斷技術(shù)通過(guò)結(jié)合錯(cuò)誤信息冗余技術(shù)、事故恢復(fù)技術(shù)等，采用分組手段對(duì)信息流中的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)及診斷信息進(jìn)行展示及關(guān)聯(lián)重組，可以有效診斷故障并提供恢復(fù)策略[5]。

d. Agent技術(shù)基礎(chǔ)

傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠓椒ɑ趩翁幚砥骱图惺接?jì)算機(jī)，對(duì)象和它的調(diào)用者之間只是一種單線的、被動(dòng)的主從式關(guān)系，缺乏靈活性和主動(dòng)性。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，許多應(yīng)用系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，智能化、自動(dòng)化以及廣泛分布和合作已經(jīng)成為人類(lèi)對(duì)應(yīng)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(jì)算機(jī)軟/硬件系統(tǒng)，它能夠從外界環(huán)境變化中主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)并積累經(jīng)驗(yàn)，為其他的實(shí)體提供服務(wù)，具有主動(dòng)性、反應(yīng)性、社會(huì)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(qiáng)有力的智能支持，用戶只需向代表用戶的提交任務(wù)，最后系統(tǒng)將向用戶顯示結(jié)果。在這一過(guò)程中，各類(lèi)的協(xié)作交互，用戶不需要參與決策任務(wù)的分解和調(diào)度、用戶之間的信息交互以及知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)與任務(wù)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(shè)計(jì)

2.1 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

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

圖2 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǔ)，數(shù)據(jù)源來(lái)自系統(tǒng)和故障信息系統(tǒng)，操作員通過(guò)人機(jī)交互層獲取決策信息，該決策支持系統(tǒng)提供了高級(jí)軟件分析、故障處理、信息發(fā)布、報(bào)表管理四大模塊，這些功能主要由數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)與知識(shí)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

每個(gè)Agent包含感知、行動(dòng)、反應(yīng)、建模、規(guī)劃、通信和決策生成等模塊。Agent之間使用ACL進(jìn)行通信，使用通信雙方都能理解的格式來(lái)描述信息或者消息。當(dāng)一個(gè)向另一個(gè)提出服務(wù)要求時(shí)，接到請(qǐng)求方要通知請(qǐng)求服務(wù)方采用合適的方式、提供相應(yīng)的信息，并以消息的方式返回，在請(qǐng)求方收到消息后再?zèng)Q定是不是接受它的服務(wù)[7]。

2.3 電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)功能模塊

a. 高級(jí)軟件分析

高級(jí)軟件分析模塊可以進(jìn)一步細(xì)分，包括狀態(tài)估計(jì)、潮流測(cè)算、負(fù)荷預(yù)測(cè)、無(wú)功優(yōu)化等功能，通過(guò)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(jí)軟件分析模塊可以實(shí)現(xiàn)只能觸發(fā)，根據(jù)觸發(fā)的方式不同，分為3類(lèi)：①實(shí)時(shí)觸發(fā)，通過(guò)計(jì)算機(jī)不停地評(píng)估實(shí)現(xiàn)，但由于計(jì)算機(jī)功能有限，這種方式應(yīng)用較少；②由事件觸發(fā)，通過(guò)預(yù)設(shè)事件的發(fā)生觸發(fā)分析模塊；③定時(shí)觸發(fā)，每隔一段時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。調(diào)度員也可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整定時(shí)觸發(fā)的時(shí)間間隔，也可以隨時(shí)停止自動(dòng)模塊，調(diào)整為手動(dòng)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(duì)信息進(jìn)行粗辨識(shí)，若信息通過(guò)粗辨識(shí)，則開(kāi)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(kāi)啟故障恢復(fù)程序，若診斷結(jié)果無(wú)故障，則進(jìn)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(guān)鍵數(shù)據(jù)、信息發(fā)布至外網(wǎng)，根據(jù)不同信息對(duì)系統(tǒng)的影響程度進(jìn)行分級(jí)，對(duì)于重要信息通過(guò)聲音警報(bào)等方式提醒決策者，保證在第一時(shí)間反饋緊急信息并及時(shí)處理，可以有效提升決策速度。

d. 報(bào)表管理

該模塊定時(shí)記錄電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并基于決策者的需求提供相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)，定期生成重要信息報(bào)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(fù)責(zé)對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備檢修、故障處理等操作開(kāi)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(kāi)票的方式，還提供自動(dòng)、點(diǎn)圖和短語(yǔ)3種開(kāi)票方式，這樣不僅可以提高效率，也能提高開(kāi)票的準(zhǔn)確度。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

基于Agent的電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)通過(guò)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(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)在線防控，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)的分析預(yù)測(cè)功能，利用決策樹(shù)算法作為數(shù)據(jù)挖掘模型算法，大大提高了負(fù)荷預(yù)測(cè)精度，同時(shí)還可以對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。

b. 設(shè)計(jì)智能化調(diào)度決策支持系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)?；陔娋W(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了多層次的調(diào)度決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)通信技術(shù)協(xié)調(diào)各部分運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度。

c. 提供多種業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)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(tái)的功能，豐富模塊化特性增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。同時(shí)用戶界面圖形化、直觀化，建立分析平臺(tái)只要按構(gòu)成組合，只需簡(jiǎn)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(yǔ)

隨著該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)施，電網(wǎng)調(diào)度的決策支持系統(tǒng)尋求、擴(kuò)展了信息與知識(shí)，強(qiáng)化了規(guī)則推理過(guò)程，通過(guò)“自學(xué)習(xí)”增強(qiáng)知識(shí)深度，必將大大提高調(diào)度運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)電網(wǎng)復(fù)雜多變的運(yùn)行方式和電網(wǎng)嚴(yán)重突發(fā)事件的能力，有助于提高電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的安全可靠性、經(jīng)濟(jì)效益以及生產(chǎn)管理水平，同時(shí)大大減輕操作人員工作強(qiáng)度，提高工作效率，培育與增強(qiáng)應(yīng)急預(yù)控與處理恢復(fù)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周孝信. 能源革命中電網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展預(yù)測(cè)和對(duì)策[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2015：20-30.

[2] 李碧君, 周曉寧, 劉 強(qiáng). 基于智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)在線防控[J]. 華東電力, 2014, 42(6):1 057-1 063.

[3] 陳文偉. 決策支持系統(tǒng)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2010： 1-13.

[4] 高洪深. 決策支持系統(tǒng)(DSS):理論·方法·案例[M].北京：清華大學(xué)出版社, 2004：25-36.

[5] 關(guān)守仲, 馬金輝, 戴長(zhǎng)春,等. 電網(wǎng)調(diào)度智能監(jiān)控與事故處理輔助決策系統(tǒng)的研究與實(shí)施[J]. 華東電力, 2009, 37(9):1 450-1 453.

[6] 溫旭霞. 淺談智能電網(wǎng)中電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)的研究[J]. 科技風(fēng), 2013(15):60-60.

[7] Yu K J, Yang Z L, Yang Y. Research Summary of Dispatching System Based on Multi-Agent Technology[J]. Applied Mechanics & Materials, 2013, 462: 217-224.

[8] 王明俊. 我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展——從SCADA到EMS[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2004, 28(4):43-46.

[9] 錢(qián)奕蘭. 基于多Agent的智能電網(wǎng)調(diào)度決策支持系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué), 2011.