綜合智能控制技術在電網(wǎng)規(guī)劃中的應用

摘　要　廣東省的電力工業(yè)已步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代，如何合理地布局電網(wǎng)是廣東省電力工業(yè)的重要課題之一。電網(wǎng)規(guī)劃是一個受多種條件約束，以電網(wǎng)總效益為最終目標的多目標系統(tǒng)工程，因此，宜用綜合智能控制技術來研究電網(wǎng)規(guī)劃。在這方面較成功的例子是加拿大魁北克水電公司的直流／交流輸電網(wǎng)絡設計專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有目標和預期效益、領域?qū)＜液椭�識工程師的交互作用等特點。根據(jù)廣東省電網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展目標，電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)可分解為負荷預測、網(wǎng)架規(guī)劃、無功規(guī)劃、穩(wěn)定性分析等子問題，通過子問題的迭代進行協(xié)調(diào)，尋求最佳電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)。

　　廣東省電力系統(tǒng)包括21個地市電網(wǎng)，現(xiàn)有最高運行電壓等級為500kV，珠江三角洲地區(qū)已形成500kV環(huán)網(wǎng)，并以500kV電壓與廣西聯(lián)網(wǎng)，以400kV和110kV電壓分別與香港和澳門聯(lián)網(wǎng)。此外，廣東電網(wǎng)還向湖南宜章和臨武兩縣以及江西贛南地區(qū)供電。

　　粵中(珠江三角洲地區(qū))地網(wǎng)是廣東電網(wǎng)的核心，也是全省最大的負荷中心，該電網(wǎng)與廣西、香港等電網(wǎng)互聯(lián)，除了向珠江三角洲地區(qū)提供電力外，還擔負著電力交換任務。在粵中地區(qū)建設一個強大的500kV電網(wǎng)，對保證廣東電網(wǎng)乃至香港電網(wǎng)以及澳門電網(wǎng)的安全運行有著重大意義。目前廣東500kV電網(wǎng)東已延伸至汕頭西翼，江門——茂名500kV輸變電工程正加緊建設，2000年前可望投入使用。

　　廣東省的電力工業(yè)已經(jīng)步入了大電網(wǎng)、高電壓和大機組時代。隨著整個電網(wǎng)變得越來越復雜，電網(wǎng)規(guī)劃中以往那種人為臆斷和局部最優(yōu)的規(guī)劃方式會給電網(wǎng)運行、發(fā)展帶來隱患，資金盲目使用的可能性加大。結合目前理論的發(fā)展，我們認為電網(wǎng)規(guī)劃是一個受到多種條件約束的、以電網(wǎng)總效益為最終目標的多目標的系統(tǒng)工程。對于這樣一個系統(tǒng)，我們認為適宜以控制論為基礎，結合信息論、運籌學和系統(tǒng)工程等理論來研究。

　　從控制論角度來看，電網(wǎng)是一個巨維數(shù)的典型動態(tài)大系統(tǒng)，它具有強非線性、時變且參數(shù)不確切可知、含大量未建模動態(tài)部分的特征。另外，電力網(wǎng)絡地域分布廣闊，大部分元件具有延遲、磁滯、飽和等復雜的物理特性，對這樣的系統(tǒng)實現(xiàn)有效決策控制是極為困難的。另一方面，由于公眾對新建高壓線路的不滿日益增強，線路造價，特別是走廊使用權的費用日益昂貴，以及電力網(wǎng)的不斷增大，使得人們對電力網(wǎng)絡的決策控制提出了越來越高的要求。正是由于電網(wǎng)具有這樣的特征，一些先進的控制論思想和技術被不斷地引入到電網(wǎng)中來。下面將闡明綜合智能控制技術引入電網(wǎng)規(guī)劃中的必要性和可行性。

1　綜合智能控制技術

1.1　智能控制的概念

　　迄今為止，智能控制尚無統(tǒng)一的概念，文獻［1］有如下歸納：

　　a)最早提出智能控制概念當推傅京孫教授，他通過對人-機控制器和機器人方面的研究，將智能控制概括為自動控制和人工智能的結合。他認為在低層次控制中用常規(guī)的基本控制器，而在高層次的智能決策，應具有擬人化功能。

　　b)Saridis在傅京孫工作的基礎上，提出了三元結構的智能控制理論體系，他認為僅有二元結合無助于智能控制的有效和成功應用，必須引入運籌學，使其成為三元結合，并提出了其遞階智能控制的理論框架。

　　c)國內(nèi)蔡自興教授在研究了上述理論結構以后，從系統(tǒng)的整體性和目的性出發(fā)，于1986年提出了四元結構價格體系，將智能控制概括為控制理論、人工智能、運籌學和系統(tǒng)理論4學科交叉。

　　總之，智能控制是多學科知識的結合，除了從控制論出發(fā)來研究它，還可以從信息論、生物學以及社會科學角度來討論和研究。

1.2　綜合智能控制技術

　　綜合智能控制一方面包含了智能控制與傳統(tǒng)方法的結合，如模糊變結構控制，自適應模糊控制，自適應神經(jīng)網(wǎng)絡控制，神經(jīng)網(wǎng)絡變結構控制等；另一方面包含了各種智能控制方法之間的交叉綜合，如專家模糊控制，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制，專家神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。
　　
2　一個國外的電網(wǎng)規(guī)劃專家系統(tǒng)

　　目前為止，在電網(wǎng)規(guī)劃方面較成功的綜合智能控制技術系統(tǒng)不是很多，其中比較好的有加拿大魁北克水電公司(Hydro-Quebec)的“直流/交流輸電網(wǎng)絡設計專家系統(tǒng)”。

　　在80年代末期，隨著人員的退休和長期不用，一些60年代和70年代加拿大電網(wǎng)高速發(fā)展時期由工程師們獲得的大量有關電力系統(tǒng)規(guī)劃設計的專門知識逐漸被人遺忘，這引起了加拿大電力部門的關注，魁北克水電公司將專家系統(tǒng)技術看成是表達和保存某些目前在人類專家頭腦中的專門經(jīng)驗和知識的潛在方法。他們認為在電力系統(tǒng)規(guī)劃設計領域里，專門知識的損失非常明顯，尤其是在電力系統(tǒng)增長緩慢的時期。這些專門知識來自于各門學科，在多層次的電力系統(tǒng)設計決策過程中起著重要的作用。一些選擇決策，如發(fā)電類型、發(fā)電廠位置、輸電類型(交流/直流)、電壓等級、輸電線路的數(shù)量型號和補償設備的數(shù)量型號的選擇必須根據(jù)一些準則仔細權衡，包括可靠性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、費用和環(huán)境狀況的準則等�；�于此，魁北克水電公司的專家們開發(fā)了一個用于輸電網(wǎng)絡初步設計的專家系統(tǒng)，該專家系統(tǒng)具有以下特點。

2.1　目標和預期效益

　　主要目的是研究使用專家系統(tǒng)(ES)來模仿人類專家在AC/DC輸電網(wǎng)絡初步設計中的行為的可能性。系統(tǒng)地確定和表達進行一項合格設計所必須的知識，包括符號和數(shù)字數(shù)據(jù)，以及指導該項設計的原理、規(guī)則、準則折衷方法和數(shù)學模型。合格的設計基于費用、環(huán)境狀況、穩(wěn)定性、可靠性和設計靈敏度或魯棒性等準則。ES原型還應指導用戶通過完成設計所需的各步驟，使用戶與知識庫交互作用，并提供達到每一中間步驟后相應推理路徑的解釋。預期的主要效益是：

　　a)專家知識能夠保留和傳授給未來的工程師；

　　b)知識可以用更加具體的形式加以表達，而不是一些不明確的、沒有根據(jù)的判斷；

　　c)將獲得得更一致的結果；

　　d)與人類專家相比，ES可以檢查、比較更多的方案，得到更經(jīng)濟的設計；

　　e)借助于推理解釋功能，ES可以作為未來專家的教學和訓練工具；

　　f)作為一種“咨詢”手段或者一個對已有設計進行評價和改進的工具，ES對專家將很有幫助；

　　g)ES將充當進行各種電力系統(tǒng)設備設計的專家系統(tǒng)家族的先驅(qū)，作為一種模型，從中抽取更加一般的設計方法論；

　　h)ES起到收集常常分散在整個設計機構中的知識的作用。

2.2　領域?qū)＜液椭�識工程師的交互作用

　　知識工程師應當具有電力系統(tǒng)分析和設計領域以及人工智能(AI)領域的經(jīng)驗，已經(jīng)證明兩種知識的混合對于從領域?qū)＜姨幊槿『蜐饪s專家知識非常有效。專家知識來自于電力系統(tǒng)規(guī)劃工程師，他們具有多年的規(guī)劃、設計和調(diào)試大型工程項目的經(jīng)驗。

2.3　對設計的評價因素一個候選的設計必須滿足下述條件：

　　a)DC系統(tǒng)最小故障恢復特性；

　　b)容許的無線電和諧波干擾要求；

　　c)故障后的最小穩(wěn)定判據(jù)；

　　d)穩(wěn)定電壓和無功電源的極限；

　　e)甩負荷后的暫態(tài)過電壓極限；

　　f)可靠性所要求的最小設備冗余度；

　　g)必須對輸入數(shù)據(jù)變化不敏感(魯棒性)；

　　h)必須滿足某一最大費用要求；

　　i)必須適合現(xiàn)有技術。

　　魁北克水電公司的“直流/交流輸電網(wǎng)絡網(wǎng)絡設計專家系統(tǒng)”已經(jīng)成功地應用了近十年，并在不斷地發(fā)展、完善。隨著模糊技術和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等的迅速發(fā)展，綜合智能控制技術在電網(wǎng)規(guī)劃中的應用前景愈來愈廣闊。

3　電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)的分解及協(xié)調(diào)

　　電網(wǎng)的建設是資金和技術密集型的工程，線路和設備的經(jīng)濟使用壽命長達數(shù)十年之久，所以網(wǎng)絡的結構合理與否，對電網(wǎng)的技術性能和經(jīng)濟效益將產(chǎn)生長期的影響。一次規(guī)劃失誤的損失，若干年難以挽回。隨著廣東省電網(wǎng)的不斷發(fā)展，如何合理地布局電網(wǎng)已是當前電網(wǎng)乃至整個電力工業(yè)發(fā)展的重要課題之一。

　　電網(wǎng)規(guī)劃需要確定的決策是大量的，而這些決策在時間和空間上是相互影響的。目前，限于各方面條件，無法將其統(tǒng)一在一個模型中考慮。只能將其分解成相對簡單的子問題，再通過子問題間的迭代進行協(xié)調(diào)。按照問題劃分，電網(wǎng)規(guī)劃可分為：負荷預測，網(wǎng)架規(guī)劃，無功規(guī)劃，穩(wěn)定性分析，短路電流分析。

4　結束語

　　電網(wǎng)負擔著將電源與用戶連接起來的任務。此外為了得到最大的供電可靠性和經(jīng)濟性，它還擔負著與鄰近地區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)系起來的任務。由于電網(wǎng)設備投資需求大，并且設備壽命長達數(shù)十年，從而導致電力系統(tǒng)強烈地受“過去權重”的制約，因此，尋求最佳的電網(wǎng)投資決策以保證整個電力系統(tǒng)的長期優(yōu)化發(fā)展，是電網(wǎng)規(guī)劃所要達到的目標。

　　結合本文的論述可以看出，電網(wǎng)這一巨維數(shù)的典型動態(tài)大系數(shù)，具有強非線性、時變且參數(shù)不確切可知、含大量未建模動態(tài)部分的特征，而我們所要達到的控制效果是一種多目標、滾動優(yōu)化的動態(tài)非量化指標(電網(wǎng)的工程效益)，在這個過程中知識的表示和處理占了較大的比重。這樣就需要利用綜合智能控制技術去有效地組織有關電網(wǎng)規(guī)劃的大量知識，進行選優(yōu)運算，得到優(yōu)化的決策。目前廣東省電力工業(yè)局聯(lián)合華南理工大學電力學院共同開展了“電網(wǎng)規(guī)劃專家決策系統(tǒng)”的有關理論研究工作，并有望在2000年開發(fā)一個有效的基于綜合智能控制技術的電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)，它的使用將對廣東省電網(wǎng)的建設起到積極的促進作用。

參考文獻

1　黃蘇南，邵惠鶴，張鐘俊．智能控制的理論和方法［J］．控制理論與應用，1994(4)
2　王梅義，吳競昌，蒙定中．大電網(wǎng)系統(tǒng)技術．第2版［M］.北京：中國電力出版社，1995
3　周樂榮．電網(wǎng)規(guī)劃輔助決策系統(tǒng)中面向?qū)ο竽：龜?shù)據(jù)庫的研究：［學位論文］［D］．廣州：華南理工大學電力學院，1998


作者：周樂榮　伍力

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