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綜合智能控制技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

時(shí)間:2022-08-06 10:58:49 電子信息工程論文 我要投稿
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綜合智能控制技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)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(jī)組的時(shí)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(gè)受多種條件約束,以電網(wǎng)總效益為最終目標(biāo)的多目標(biāo)系統(tǒng)工程,因此,宜用綜合智能控制技術(shù)來(lái)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(luò)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng),該系統(tǒng)具有目標(biāo)和預(yù)期效益、領(lǐng)域?qū)<液椭R(shí)工程師的交互作用等特點(diǎn)。根據(jù)廣東省電網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展目標(biāo),電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng)可分解為負(fù)荷預(yù)測(cè)、網(wǎng)架規(guī)劃、無(wú)功規(guī)劃、穩(wěn)定性分析等子問(wèn)題,通過(guò)子問(wèn)題的迭代進(jìn)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(gè)地市電網(wǎng),現(xiàn)有最高運(yùn)行電壓等級(jí)為500 kV,珠江三角洲地區(qū)已形成500 kV環(huán)網(wǎng),并以500 kV電壓與廣西聯(lián)網(wǎng),以400 kV和110 kV電壓分別與香港和澳門(mén)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(fù)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(dān)負(fù)著電力交換任務(wù)。在粵中地區(qū)建設(shè)一個(gè)強(qiáng)大的500 kV電網(wǎng),對(duì)保證廣東電網(wǎng)乃至香港電網(wǎng)以及澳門(mén)電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重大意義。目前廣東500 kV電網(wǎng)東已延伸至汕頭西翼,江門(mén)——茂名500 kV輸變電工程正加緊建設(shè),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(jī)組時(shí)代。隨著整個(gè)電網(wǎng)變得越來(lái)越復(fù)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(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行、發(fā)展帶來(lái)隱患,資金盲目使用的可能性加大。結(jié)合目前理論的發(fā)展,我們認(rèn)為電網(wǎng)規(guī)劃是一個(gè)受到多種條件約束的、以電網(wǎng)總效益為最終目標(biāo)的多目標(biāo)的系統(tǒng)工程。對(duì)于這樣一個(gè)系統(tǒng),我們認(rèn)為適宜以控制論為基礎(chǔ),結(jié)合信息論、運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程等理論來(lái)研究。

  從控制論角度來(lái)看,電網(wǎng)是一個(gè)巨維數(shù)的典型動(dòng)態(tài)大系統(tǒng),它具有強(qiáng)非線性、時(shí)變且參數(shù)不確切可知、含大量未建模動(dòng)態(tài)部分的特征。另外,電力網(wǎng)絡(luò)地域分布廣闊,大部分元件具有延遲、磁滯、飽和等復(fù)雜的物理特性,對(duì)這樣的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效決策控制是極為困難的。另一方面,由于公眾對(duì)新建高壓線路的不滿日益增強(qiáng),線路造價(jià),特別是走廊使用權(quán)的費(fèi)用日益昂貴,以及電力網(wǎng)的不斷增大,使得人們對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的決策控制提出了越來(lái)越高的要求。正是由于電網(wǎng)具有這樣的特征,一些先進(jìn)的控制論思想和技術(shù)被不斷地引入到電網(wǎng)中來(lái)。下面將闡明綜合智能控制技術(shù)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(shù)

1.1 智能控制的概念

  迄今為止,智能控制尚無(wú)統(tǒng)一的概念,文獻(xiàn)[1]有如下歸納:

  a)最早提出智能控制概念當(dāng)推傅京孫教授,他通過(guò)對(duì)人-機(jī)控制器和機(jī)器人方面的研究,將智能控制概括為自動(dòng)控制和人工智能的結(jié)合。他認(rèn)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(yīng)具有擬人化功能。

  b)Saridis在傅京孫工作的基礎(chǔ)上,提出了三元結(jié)構(gòu)的智能控制理論體系,他認(rèn)為僅有二元結(jié)合無(wú)助于智能控制的有效和成功應(yīng)用,必須引入運(yùn)籌學(xué),使其成為三元結(jié)合,并提出了其遞階智能控制的理論框架。

  c)國(guó)內(nèi)蔡自興教授在研究了上述理論結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)價(jià)格體系,將智能控制概括為控制理論、人工智能、運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)理論4學(xué)科交叉。

  總之,智能控制是多學(xué)科知識(shí)的結(jié)合,除了從控制論出發(fā)來(lái)研究它,還可以從信息論、生物學(xué)以及社會(huì)科學(xué)角度來(lái)討論和研究。

1.2 綜合智能控制技術(shù)

  綜合智能控制一方面包含了智能控制與傳統(tǒng)方法的結(jié)合,如模糊變結(jié)構(gòu)控制,自適應(yīng)模糊控制,自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變結(jié)構(gòu)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(luò)控制,專家神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。
  
2 一個(gè)國(guó)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(shù)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(luò)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”。

  在80年代末期,隨著人員的退休和長(zhǎng)期不用,一些60年代和70年代加拿大電網(wǎng)高速發(fā)展時(shí)期由工程師們獲得的大量有關(guān)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的專門(mén)知識(shí)逐漸被人遺忘,這引起了加拿大電力部門(mén)的關(guān)注,魁北克水電公司將專家系統(tǒng)技術(shù)看成是表達(dá)和保存某些目前在人類專家頭腦中的專門(mén)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的潛在方法。他們認(rèn)為在電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域里,專門(mén)知識(shí)的損失非常明顯,尤其是在電力系統(tǒng)增長(zhǎng)緩慢的時(shí)期。這些專門(mén)知識(shí)來(lái)自于各門(mén)學(xué)科,在多層次的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策過(guò)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(jí)、輸電線路的數(shù)量型號(hào)和補(bǔ)償設(shè)備的數(shù)量型號(hào)的選擇必須根據(jù)一些準(zhǔn)則仔細(xì)權(quán)衡,包括可靠性、穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、費(fèi)用和環(huán)境狀況的準(zhǔn)則等;诖,魁北克水電公司的專家們開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于輸電網(wǎng)絡(luò)初步設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng),該專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。

2.1 目標(biāo)和預(yù)期效益

  主要目的是研究使用專家系統(tǒng)(ES)來(lái)模仿人類專家在AC/DC輸電網(wǎng)絡(luò)初步設(shè)計(jì)中的行為的可能性。系統(tǒng)地確定和表達(dá)進(jìn)行一項(xiàng)合格設(shè)計(jì)所必須的知識(shí),包括符號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),以及指導(dǎo)該項(xiàng)設(shè)計(jì)的原理、規(guī)則、準(zhǔn)則折衷方法和數(shù)學(xué)模型。合格的設(shè)計(jì)基于費(fèi)用、環(huán)境狀況、穩(wěn)定性、可靠性和設(shè)計(jì)靈敏度或魯棒性等準(zhǔn)則。ES原型還應(yīng)指導(dǎo)用戶通過(guò)完成設(shè)計(jì)所需的各步驟,使用戶與知識(shí)庫(kù)交互作用,并提供達(dá)到每一中間步驟后相應(yīng)推理路徑的解釋。預(yù)期的主要效益是:

  a)專家知識(shí)能夠保留和傳授給未來(lái)的工程師;

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

  c)將獲得得更一致的結(jié)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(jì)的設(shè)計(jì);

  e)借助于推理解釋功能,ES可以作為未來(lái)專家的教學(xué)和訓(xùn)練工具;

  f)作為一種“咨詢”手段或者一個(gè)對(duì)已有設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)的工具,ES對(duì)專家將很有幫助;

  g)ES將充當(dāng)進(jìn)行各種電力系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法論;

  h)ES起到收集常常分散在整個(gè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中的知識(shí)的作用。

2.2 領(lǐng)域?qū)<液椭R(shí)工程師的交互作用

  知識(shí)工程師應(yīng)當(dāng)具有電力系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域以及人工智能(AI)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),已經(jīng)證明兩種知識(shí)的混合對(duì)于從領(lǐng)域?qū)<姨幊槿『蜐饪s專家知識(shí)非常有效。專家知識(shí)來(lái)自于電力系統(tǒng)規(guī)劃工程師,他們具有多年的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和調(diào)試大型工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。

2.3 對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)因素一個(gè)候選的設(shè)計(jì)必須滿足下述條件:

  a)DC系統(tǒng)最小故障恢復(fù)特性;

  b)容許的無(wú)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(wú)功電源的極限;

  e)甩負(fù)荷后的暫態(tài)過(guò)電壓極限;

  f)可靠性所要求的最小設(shè)備冗余度;

  g)必須對(duì)輸入數(shù)據(jù)變化不敏感(魯棒性);

  h)必須滿足某一最大費(fèi)用要求;

  i)必須適合現(xiàn)有技術(shù)。

  魁北克水電公司的“直流/交流輸電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)”已經(jīng)成功地應(yīng)用了近十年,并在不斷地發(fā)展、完善。隨著模糊技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的迅速發(fā)展,綜合智能控制技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用前景愈來(lái)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(shè)是資金和技術(shù)密集型的工程,線路和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年之久,所以網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)合理與否,對(duì)電網(wǎng)的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益將產(chǎn)生長(zhǎng)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(dāng)前電網(wǎng)乃至整個(gè)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(shí)間和空間上是相互影響的。目前,限于各方面條件,無(wú)法將其統(tǒng)一在一個(gè)模型中考慮。只能將其分解成相對(duì)簡(jiǎn)單的子問(wèn)題,再通過(guò)子問(wèn)題間的迭代進(jìn)行協(xié)調(diào)。按照問(wèn)題劃分,電網(wǎng)規(guī)劃可分為:負(fù)荷預(yù)測(cè),網(wǎng)架規(guī)劃,無(wú)功規(guī)劃,穩(wěn)定性分析,短路電流分析。

4 結(jié)束語(yǔ)

  電網(wǎng)負(fù)擔(dān)著將電源與用戶連接起來(lái)的任務(wù)。此外為了得到最大的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性,它還擔(dān)負(fù)著與鄰近地區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的任務(wù)。由于電網(wǎng)設(shè)備投資需求大,并且設(shè)備壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年,從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)強(qiáng)烈地受“過(guò)去權(quán)重”的制約,因此,尋求最佳的電網(wǎng)投資決策以保證整個(gè)電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期優(yōu)化發(fā)展,是電網(wǎng)規(guī)劃所要達(dá)到的目標(biāo)。

  結(jié)合本文的論述可以看出,電網(wǎng)這一巨維數(shù)的典型動(dòng)態(tài)大系數(shù),具有強(qiáng)非線性、時(shí)變且參數(shù)不確切可知、含大量未建模動(dòng)態(tài)部分的特征,而我們所要達(dá)到的控制效果是一種多目標(biāo)、滾動(dòng)優(yōu)化的動(dòng)態(tài)非量化指標(biāo)(電網(wǎng)的工程效益),在這個(gè)過(guò)程中知識(shí)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(shù)去有效地組織有關(guān)電網(wǎng)規(guī)劃的大量知識(shí),進(jìn)行選優(yōu)運(yùn)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(xué)電力學(xué)院共同開(kāi)展了“電網(wǎng)規(guī)劃專家決策系統(tǒng)”的有關(guān)理論研究工作,并有望在2000年開(kāi)發(fā)一個(gè)有效的基于綜合智能控制技術(shù)的電網(wǎng)規(guī)劃決策系統(tǒng),它的使用將對(duì)廣東省電網(wǎng)的建設(shè)起到積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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2 王梅義,吳競(jìng)昌,蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù).第2版[M].北京:中國(guó)電力出版社,1995
3 周樂(lè)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(kù)的研究:[學(xué)位論文][D].廣州:華南理工大學(xué)電力學(xué)院,1998
 

作者:周樂(lè)榮 伍力 


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