智能電網(wǎng)與配電管理信息系統(tǒng)

智能電網(wǎng)與 配電 管理信息系統(tǒng) 摘要： 論述了 配電 管理 系統(tǒng) 作為電力配電系統(tǒng)智能環(huán)節(jié)在 電力 配電系統(tǒng) 中的重要作用，分析了其主要 架構(gòu)與當(dāng)前配電管理 系統(tǒng)的不足，提出 了智能電網(wǎng)理論在配電管理 系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)框架。 關(guān)鍵詞： 配電 管理 系統(tǒng) ， 智能電網(wǎng)， Agent 系統(tǒng) Smart Grid and The Power Distribution Management system Abstract: The importance of power distribution management system as smart component in power distribution system was discussed， its main structure and its drawback was analysised, smart grid s realized structure in power distribution system was brought forth. Key words: power distribution management system, smart grid, Agent System 0 引言 電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電三大系統(tǒng)組成， 近年來隨著計 算機(jī)技術(shù)與自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化的智能程度越來越高 ， 發(fā)電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的上游單位，相對獨(dú)立， 處于主導(dǎo)地位，因此對于電力系統(tǒng)自動化的研究主要集中在發(fā)電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)，而處于配電用電環(huán)節(jié)的電力系統(tǒng)智能化則成果較少。 事實(shí)上， 作為電力系統(tǒng)末端的供配電 系統(tǒng) ，其運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性以及其供電效能直接影響著整個電力系統(tǒng)的 電網(wǎng) 品質(zhì)和供 電 性能， 而其電網(wǎng)品質(zhì)和供電性能，則由其配電自動化系統(tǒng)的性能決 定，該配電自動化系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)中 占據(jù)著非常重要的地位。 配電自動化是指利用現(xiàn)代計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)的監(jiān)測、保護(hù)、計量、控制以及管理等 有機(jī)的結(jié)合在一起，改進(jìn)供用電質(zhì)量、滿足用戶需求。 在企業(yè)供配電智能化方面，也有一些成果出現(xiàn)，如 文獻(xiàn) 1把 Lonworks 技術(shù)應(yīng)用于配電自動化中的遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)采集與控制，文獻(xiàn) 2利用高級語言開發(fā)了變配電站監(jiān)控軟件，文獻(xiàn) 3則設(shè)計了由負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)架規(guī)劃以及決策知識庫組成的半結(jié)構(gòu)化 的配電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)，文獻(xiàn) 4建立了多智能體的電網(wǎng)監(jiān)控與指揮調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)上大量運(yùn)行設(shè)備的工作狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，文獻(xiàn) 5給出了配電網(wǎng)電力生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計思路和MIS+GIS 的應(yīng)用，文獻(xiàn) 6在配電管理系統(tǒng)中引入了智能 Agent。這些研究從配電網(wǎng)的監(jiān)控、保護(hù)、計量、控制以及管理等方面進(jìn)行了積極的探索，總得趨勢是智能因素的引入與管理控制一體化。 從電網(wǎng)的整體性能出發(fā)，近些年來 ，智能電網(wǎng)的研究在國內(nèi)外受到廣泛的關(guān)注 ，如何在智能電網(wǎng)的框架內(nèi)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)配電智能化，是一個有益的課題，本文就是從智能電網(wǎng) 的核心思想出發(fā)，構(gòu)建企業(yè)配電決策支持系統(tǒng)。 1 智能電網(wǎng) 智能電網(wǎng)是在近些年來信息技術(shù)、通信技術(shù)等發(fā)生了深刻變革，用戶對電力供應(yīng)的可靠性與運(yùn)行效率等要求越來越高的背景下，由美國電力行業(yè)率先提出，以期建成一個高效低耗、低投資、安全靈活的電力系統(tǒng)。歐盟也迅速開始了對于智能電網(wǎng)的技術(shù)研究。 1.1 智能電網(wǎng)的定義 智能電網(wǎng)是在 2001 年由美國電科院 (EPRI)提出來的，其核心定義為：一個由眾多自動化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成的電力系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式實(shí)現(xiàn)所有的電網(wǎng)運(yùn)作：具有自愈功能；快速響應(yīng)電力市場和企 業(yè)業(yè)務(wù)需求；具有智能化的通信架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟(jì)的電力服務(wù)。 歐洲在 2005 年成立了“智能電網(wǎng)歐洲技術(shù)論壇”，對歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了研討，其對智能電網(wǎng)的定義為：一個可整合所有連接到電網(wǎng)用戶所有行為的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，以有效提供持續(xù)、經(jīng)濟(jì)和安全電能。 其特性表現(xiàn)為以客戶為中心、支持分布式和可再生能源的接入；通過面向服務(wù)的架構(gòu)、高級自動化和分布式智能，實(shí)現(xiàn)更可靠、安全的電力供應(yīng)、 負(fù)荷和電源的本地交互與靈活的電網(wǎng)運(yùn)用。 1.2 智能電網(wǎng)的主要特征 美國智能電網(wǎng)的主要特征 根據(jù)美國 電力科學(xué)院對于智能電網(wǎng)的定義描述為： （ 1） 自愈能力：智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能預(yù)測系統(tǒng)問題并進(jìn)行即時應(yīng)對，以避免或者減少斷電和電壓不穩(wěn)定等供電質(zhì)量問題。 （ 2） 安全識別與自我保護(hù)能力：智能電網(wǎng)對于人為或者外來因素的侵害能自動識別并進(jìn)行自我保護(hù)。 （ 3） 子系統(tǒng)即時并網(wǎng)能力：智能電網(wǎng)支持分散的各種類型的子系統(tǒng)以“即插即用”的方式接入。 （ 4） 用電設(shè)備智能化管理： 智能電網(wǎng) 將使得用戶通過能源管理系統(tǒng)更好的管理其用電設(shè)備或者裝置。 （ 5） 低成本高效能： 最低成本發(fā)電，最高效能輸電，最優(yōu)結(jié)構(gòu)配電一起構(gòu)成一個低成本高效能的系統(tǒng)。 歐盟智能電網(wǎng)的主要 特征 則表現(xiàn)在三個方面： （ 1） 靈活性：滿足用戶多樣化的電力需求； （ 2） 易接入性：保證所有用戶都可接入電網(wǎng)，特別是可再生能源和高效、清潔的本地發(fā)電； （ 3） 可靠性：提高電力供應(yīng)的可靠性與安全性； （ 4） 經(jīng)濟(jì)型：對能源管理進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，以提高電網(wǎng)品質(zhì)。 1.3 我國對于智能電網(wǎng)的研究 我國電力界對于智能電網(wǎng)的認(rèn)識更傾向于美國國家電網(wǎng)的定義，認(rèn)為智能電網(wǎng)是以包括發(fā)電、輸電、配電和用電各環(huán)節(jié)的電力系統(tǒng)為對象，把新型的電網(wǎng)控制技術(shù) 、信息技術(shù)和管理技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從發(fā)電到用電全系統(tǒng)信息的智能交流，系統(tǒng)地優(yōu)化電力生產(chǎn)、輸送和使用。其特征主要表現(xiàn)為：自愈、安全，經(jīng)濟(jì)，清潔，能適應(yīng)未來經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要。 1.4 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù) 智能電網(wǎng)的建設(shè)涉及到 6 個技術(shù)領(lǐng)域： （ 1） 靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； （ 2） 開放、標(biāo)準(zhǔn)、集成的通信系統(tǒng)； （ 3） 高級計量體系和需求側(cè)管理； （ 4） 高級電力電子設(shè)備、超導(dǎo)和儲能技術(shù)； （ 5） 先進(jìn)的 決策輔助系統(tǒng)。 在智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)中， 決策輔助系統(tǒng)定義了配電自動化與智能電網(wǎng)的關(guān)系，其內(nèi)容包含智能調(diào)度技術(shù)、廣域防護(hù)系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)以及高級的配電自 動化系統(tǒng)。 2 配電管理系統(tǒng) 配電管理系統(tǒng) (Power distribution management system(DMS)是從變電、配電到用戶用電的配電監(jiān)視、控制和管理的綜合自動化系統(tǒng)。 DMS 一般來說，由配電 SCADA 系統(tǒng)、饋線自動化（ FA）、設(shè)備管理（ AM/FM/GIS）等功能子系統(tǒng)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中運(yùn)行的性質(zhì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分為實(shí)時數(shù)據(jù)、非實(shí)時數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，一個傳統(tǒng)的 DMS 結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示 配 電 S C A D A 自 動 化 電網(wǎng) 分 析設(shè) 備 管 理（ A M / F M / G I S )配 電 管 理 / 用 電 管理 / 故 障 管 理實(shí) 時 數(shù) 據(jù) 空 間 數(shù) 據(jù) 非 實(shí) 時 數(shù) 據(jù)網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 平 臺 + 系 統(tǒng) 操 作 平 臺圖 1 傳統(tǒng) DMS 結(jié)構(gòu)模型 傳統(tǒng) DMS 的各個子 系統(tǒng)彼此獨(dú)立，為了把這些子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互集成，文獻(xiàn) 6提出了多 Agent 系統(tǒng) DMS 模型， 在該系統(tǒng)中， DMS 的多 Agent 系統(tǒng)模型分為實(shí)時 Agent 模型與非實(shí)時 Agent 模型，實(shí)時 Agent 模型采用分布式結(jié)構(gòu)，包括：采集 Agent、工況 Agent、控制 Agent；非實(shí)時 Agent 模型涉及到的應(yīng)用內(nèi)容復(fù)雜，信息量大，因此采用智能 Agent，具體包括：工作管理 Agent、輔助決策 Agent、客戶服務(wù) Agent、故障管理 Agent、設(shè)備管理Agent、地理信息 Agent。實(shí)時 Agent 的數(shù)據(jù)來源于 SCADA 系 統(tǒng)和部分饋線自動化系統(tǒng)；任務(wù)管理 Agent 實(shí)現(xiàn)各 Agent 之間的協(xié)調(diào)，并與外界進(jìn)行交互。 全 局 數(shù) 據(jù) 處 理A g e n t采 集 A g e n t工 況 A g e n t控 制 A g e n t管 理 A g e n t工 作 管 理 A g e n t輔 助 決 策 A g e n t客 戶 服 務(wù) A g e n t故 障 管 理 A g e n t設(shè) 備 管 理 A g e n t地 理 信 息 A g e n t任 務(wù) 管理A g e n t人 機(jī) 接 口 A g e n t圖 2 多 Agent 系統(tǒng) DMS 模型 多 Agent 系統(tǒng) DMS 模型 中，由于智能 Agent 的引入，使得配電系統(tǒng)具有了智能的特點(diǎn)，但從智能電網(wǎng)的定義角度分析，多 Agent 系統(tǒng) DMS 模型中僅僅實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備智能化管理，電網(wǎng)的自愈能力、安全識別與自我保護(hù)能力以及子系統(tǒng)即時并網(wǎng)能力并未實(shí)現(xiàn)。 3 基于智能電網(wǎng)的配電管理系統(tǒng) 未來智能配電管理系統(tǒng)應(yīng)該是智能電網(wǎng)的重要組成 部分，該系統(tǒng)可以通過自愈技術(shù)在系統(tǒng)故障情況下快 速恢復(fù)對停電區(qū)域的供電，同時保證供電質(zhì)量滿足要求。這樣的系統(tǒng)首先需要大量智能電表與快速可靠的繼電保護(hù)、雙向通信網(wǎng)絡(luò)、故障隔離與供電恢復(fù)、安全穩(wěn)定控制等系統(tǒng)的支持。智能電表不局限于終端用戶，可以支持系統(tǒng)監(jiān)測、故障響應(yīng)等功能 ；雙向通訊網(wǎng)絡(luò)能把近于實(shí)時的電表信息與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行信息交換、故障隔離與供電恢復(fù)系統(tǒng)也就是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)系統(tǒng)，它與安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)融合成為統(tǒng)一的自動化系統(tǒng)。 基于以上硬件以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，一個功能完善的智能配電信息系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上就成為可能，其功能主要表現(xiàn) 在：首先能滿足由用戶直接參與的智能需求側(cè)管理方面的要求；其次能夠滿足用戶與配電系統(tǒng)運(yùn)營間雙向營銷的需求；再就是 具有配電系統(tǒng)監(jiān)測、預(yù)警、自愈等智能決策功能 ，具有 知識庫與推理機(jī) 的 多 Agent 系統(tǒng) DMS 模型接口如圖 3 所示。 知 識 獲 取 器推 理 器知 識 庫多 A g e n t 系 統(tǒng) D M S 模 型綜 合 數(shù) 據(jù) 庫解 釋 器圖 3 多 Agent 系統(tǒng) DMS 智能模型 4 結(jié)論 智能化是電力系統(tǒng)未來建網(wǎng)的必然趨勢，采用多智能體 Agent 技術(shù)，建立配電管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的集中監(jiān)控，在故障情況下迅速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，是當(dāng)前電網(wǎng)設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)的功能，本文在傳統(tǒng) DMS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，論述了配電管理系統(tǒng)的智能模型 ，該模型對于當(dāng)前電網(wǎng)改造升級設(shè)計具有重要的意義。 參考文獻(xiàn) 1 周長勇，張曉冬 .Lonworks 技術(shù)在配電自動化應(yīng)用 J.信息技術(shù)， 2004， 28(4).21-23 2 王志平，劉紅東，余松森，毛娟 .Delphi 在變配電監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 J.2004,1:47-49 3 周新娟，吳捷 .配電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā) J.廣東電力， 2007,20(6):37-40 4 王勇，陳新，王瑛，崔洪剛 .基于多智能體的電網(wǎng)監(jiān)控與指揮調(diào)度集成系統(tǒng) J，