決策支持系統在電力調度管理中的應用

陳蓉珺,何永秀

(華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206)

近年來隨著可再生能源的快速發展，具有間歇性特點的風電光伏接入電網，新能源發電技術和分布式電源、柔性輸變電設備的應用越來越廣泛，且隨著新一輪電改的深入，未來電力系統的運行模式將發生巨大變化。未來電網的發展將以大規模集中式電源與分布式電源相結合、主網與地方輸配電網、微電網相結合為趨勢[1-2]。電力系統優化調度是電網安全穩定運行的重要一環，由于需求側用戶的用電行為的不確定性及發電側間歇性電源的大規模接入，電力調度的難度日益增加，現階段的電力調度正在由按照指令完全響應向多方互動調度發展。

信息技術的發展為電力調度提供了新思路，通過“互聯網+”智慧能源，可以通過信息共享，實現電力調度的經濟性及效率。因此，建設完備的電網調度決策支持系統(Decision Support System，DSS)可以輔助調度人員決策，以免信息冗余、能力不足等因素帶來的決策時間長、決策策略不佳等結果，進而保障電網安全穩定運行[3]。

1 理論分析

1.1 決策支持系統

利用計算機軟硬件、網絡通信設備等，可以加速信息的收集、傳輸、加工、存儲、更新和維護，幫助決策管理者實現目標。信息系統一般包括數據處理系統、管理信息系統(Management Information Systems， MIS)、決策支持系統和辦公自動化系統等。

決策支持系統不僅可以實現數據處理，還能結合外部環境因素，給管理決策人員提供關鍵信息并輔助最終決策。DSS的概念在20世紀70年代由美國麻省理工學院的M.S Morton教授在《管理決策系統》一文中首先提出。隨后，由于其實用與高效性，DSS系統在管理信息系統和運籌學的基礎上迅速發展起來。DSS將眾多輔助決策的模型有效地組織和存儲，通過人機交互功能，將模型庫和數據庫有機結合起來[4]。

信息管理系統與決策支持系統的特點對比如圖1所示，從圖1中可以看出，MIS與DSS的目標一致，均能提供相應的輔助信息，而DSS比MIS處理的信息更為復雜，輔助決策的級別相對更高，且對決策的準確度要求更高。

圖1 MIS與DSS的特點對比

1.2 電網調度

調度的目的是保持發配電平衡，從而使電網能夠安全穩定運行。電網的智能調度系統能夠對發輸配電設備的運行進行實時監控，并保證其不受外界影響。智能調度系統功能豐富，包括遠程監控、遠程控制以及智能決策等，可以指揮配電網中的多項設備，保證電網穩定運行。將智能配電網與地理信息平臺(Geographic Information System，GIS)結合將區域配電網直觀反映，當區域中某處配電網設備出現故障時，能夠通過GPS信息迅速定位，及時對故障進行處理。智能調度中還結合了云計算功能，可以實現實時在線分析與計算，并實現信息共享。

電網調度的發展經歷了三個階段。第一階段是20世紀70年代，只能實現數據采集和處理功能，還不能實現數據分析。第二階段是基于通用計算機的調度系統，出現在20世紀80年代，可以實現完整的數據采集和監視控制(SCADA)功能，具備初步的分析功能。第三階段產生于20世紀90年代，采用大量關系型數據庫和可視化用戶界面技術，可分析的內容也越來越豐富，數據的收集和整理也更為精確。目前，電網調度系統多處于第三階段，可以實現較為廣泛的分析和應用，但還需要人為操作來調用分析功能，這使電網的調度決策變得滯后。

1.3 關鍵技術

a. 數據庫和模型庫

數據庫作為DSS中最基礎的部分，可以頻繁向其他模塊提供數據，需要保證數據的快速調用；模型庫通過構建輔助決策的復雜模型，結合從數據庫中獲取的數據保證決策的精度，數據庫和模型庫決定著決策者的精準決策。

b. 知識庫

知識庫是概念、事實與規則的集合，在電網調度管理的知識庫中，存儲著電力調度問題的形式化和模型化問題，可以通過調用SCADA系統的實時信息，結合知識庫中的大量信息，判斷電力系統的狀態(一般包括正常、警戒、緊急、極端和恢復)，知識庫通常與數據庫和模型庫結合輔助決策。

c. 支持技術

電網調度決策管理中的關鍵技術有很多，如智能控制技術、事故診斷處理技術等，這些技術保證了電網調度的智能化和準確性。在事故發生后，智能控制技術可以深入分析電網運行的薄弱環節，并制定如改變機組出力、減負荷等調整策略，以保證電網安全穩定運行。事故診斷技術通過結合錯誤信息冗余技術、事故恢復技術等，采用分組手段對信息流中的開關狀態、保護狀態及診斷信息進行展示及關聯重組，可以有效診斷故障并提供恢復策略[5]。

d. Agent技術基礎

傳統的面向對象方法基于單處理器和集中式計算機，對象和它的調用者之間只是一種單線的、被動的主從式關系，缺乏靈活性和主動性。隨著信息技術的快速發展，許多應用系統變得越來越復雜，智能化、自動化以及廣泛分布和合作已經成為人類對應用的普遍要求，為了滿足這些要求，Agent的概念被引入，繼而得到迅猛發展。

Agent是計算機軟/硬件系統，它能夠從外界環境變化中主動學習知識并積累經驗，為其他的實體提供服務，具有主動性、反應性、社會性、自主性、交互性等特征。Agent技術為決策支持系統的發展提供強有力的智能支持，用戶只需向代表用戶的提交任務，最后系統將向用戶顯示結果。在這一過程中，各類的協作交互，用戶不需要參與決策任務的分解和調度、用戶之間的信息交互以及知識庫系統與任務系統的協作，系統的智能化水平較高。

2 基于Agent的電網調度決策支持系統的設計

2.1 電網調度決策支持系統設計原則

電網調度決策支持系統的設計、實現要綜合考慮可操作性、決策精度、決策及時等多方面因素，一般設計原則如圖2所示[6]。

圖2 電網調度決策支持系統設計原則

2.2 電網調度決策支持系統的邏輯與結構

電網調度管理的決策支持系統結構如圖3所示，決策資源層是系統的基礎，數據源來自系統和故障信息系統，操作員通過人機交互層獲取決策信息，該決策支持系統提供了高級軟件分析、故障處理、信息發布、報表管理四大模塊，這些功能主要由數據庫、模型庫與知識庫實現。

每個Agent包含感知、行動、反應、建模、規劃、通信和決策生成等模塊。Agent之間使用ACL進行通信，使用通信雙方都能理解的格式來描述信息或者消息。當一個向另一個提出服務要求時，接到請求方要通知請求服務方采用合適的方式、提供相應的信息，并以消息的方式返回，在請求方收到消息后再決定是不是接受它的服務[7]。

2.3 電網調度決策支持系統功能模塊

a. 高級軟件分析

高級軟件分析模塊可以進一步細分，包括狀態估計、潮流測算、負荷預測、無功優化等功能，通過一系列模型及輸入數據，可以輸出系統狀態，并提供提升系統穩定性的建議供電力調度人員參考。

高級軟件分析模塊可以實現只能觸發，根據觸發的方式不同，分為3類：①實時觸發，通過計算機不停地評估實現，但由于計算機功能有限，這種方式應用較少；②由事件觸發，通過預設事件的發生觸發分析模塊；③定時觸發，每隔一段時間對系統進行評估。調度員也可以根據實際情況隨時調整定時觸發的時間間隔，也可以隨時停止自動模塊，調整為手動調度[8]。

圖3 基于Agent的電網調度管理決策支持系統結構

b. 故障處理

該模塊中，首先接收從SCADA上傳的信息，根據一定的約束條件對信息進行粗辨識，若信息通過粗辨識，則開啟故障診斷程序判斷是否發生故障，若診斷結果為故障，則開啟故障恢復程序，若診斷結果無故障，則進行靜態安全分析。該模塊的具體流程如圖4所示[9]。

圖4 故障處理邏輯

c. 信息發布

信息發布模塊可以將內部的關鍵數據、信息發布至外網，根據不同信息對系統的影響程度進行分級，對于重要信息通過聲音警報等方式提醒決策者，保證在第一時間反饋緊急信息并及時處理，可以有效提升決策速度。

d. 報表管理

該模塊定時記錄電力系統的運行情況，并基于決策者的需求提供相應的統計分析服務，定期生成重要信息報表，體現了決策支持系統的人性化、智能化。

e. 操作票

主要負責對電力系統設備檢修、故障處理等操作開票，傳統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。操作票除了手工開票的方式，還提供自動、點圖和短語3種開票方式，這樣不僅可以提高效率，也能提高開票的準確度。

3 系統實現功能

基于Agent的電網調度決策支持系統通過利用智能調度控制技術、事故診斷處理技術等可以降低電網安全風險，實現在線防控，可以實現許多功能。

a. 利用人工智能方法建立數據挖掘模型可以實現電網調度業務的分析預測功能，利用決策樹算法作為數據挖掘模型算法，大大提高了負荷預測精度，同時還可以對預測結果進行說明。

b. 設計智能化調度決策支持系統及結構?；陔娋W調度決策支持系統設計原則，設計了多層次的調度決策支持系統結構，可以通過通信技術協調各部分運行，實現智能化調度。

c. 提供多種業務實現平臺及友好用戶交互界面。該系統具有用戶按要求搭建分析平臺的功能，豐富模塊化特性增強了系統的靈活性。同時用戶界面圖形化、直觀化，建立分析平臺只要按構成組合，只需簡單操作，利用多種曲線和多維圖形表示更容易讓用戶理解。

4 結束語

隨著該系統的開發實施，電網調度的決策支持系統尋求、擴展了信息與知識，強化了規則推理過程，通過“自學習”增強知識深度，必將大大提高調度運行人員應對電網復雜多變的運行方式和電網嚴重突發事件的能力，有助于提高電網運行調度的安全可靠性、經濟效益以及生產管理水平，同時大大減輕操作人員工作強度，提高工作效率，培育與增強應急預控與處理恢復能力。

參考文獻：

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[9] 錢奕蘭. 基于多Agent的智能電網調度決策支持系統的研究與應用[D]. 長沙：中南大學, 2011.