综合智能控制技术在电网规划中的应用

由于广东电力工业已进入大电网、高电压、大机组时代，如何合理布局电网是广东电力工业的重要课题之一。电网规划是一项受各种条件约束，以电网总效益为最终目标的多目标系统工程。因此，采用综合智能控制技术来研究电网规划是可取的。这方面一个成功的例子是加拿大魁北克水电公司的DC/交流输电网设计专家系统，该系统具有目标和预期效益、领域专家与知识工程师的交互等特点。根据广东电网的现状和发展目标，电网规划决策系统可以分解为负荷预测、电网规划、无功规划、稳定性分析等子问题。通过子问题的迭代协调，寻求电网规划决策系统。

广东电网包括21个地方电网，现有运行电压等级为500 kV。珠三角已形成500千伏环网，分别与广西500千伏、香港澳门400千伏、110千伏联网。此外，广东电网还向湖南宜章、临武两县和江西赣南供电。

广东(珠三角)电网是广东电网的核心，也是全省的负荷中心。这个电网与广西、香港等电网互联，不仅向珠三角供电，还承担电力交换的任务。建设强大的广东中部500千伏电网，对保障广东电网、香港电网和澳门电网的安全运行具有重要意义。目前，广东500千伏电网已延伸至汕头西翼，江门至茂名500千伏输变电工程正在建设中，预计2000年前投入使用。

广东电力工业已进入大电网、高电压、大机组时代。随着整个电网越来越复杂，以往的人为假设和局部规划方法会给电网的运行和发展带来隐患，资金盲目使用的可能性增大。结合当前理论的发展，我们认为电网规划是一个以电网总效益为最终目标的多目标系统工程，受到各种条件的约束。对于这样一个系统，我们认为以控制论为基础，结合信息论、运筹学、系统工程来研究是合适的。

从控制论的角度来看，电网是一个典型的动态大系统，维数巨大，具有强非线性、时变性、参数不确定性和大量未建模动态部分的特点。此外，电力网络分布广泛，其元件大多具有延迟、迟滞、饱和等复杂的物理特性。对这样的系统实现有效的决策控制是极其困难的。另一方面，随着公众对新建高压线路的不满日益增加，线路成本尤其是走廊使用权越来越贵，电网越来越大，使得人们对电网的决策控制提出了越来越高的要求。由于电网的特点，一些先进的控制论思想和技术被不断引入电网。下面将说明在电网规划中引入综合智能控制技术的必要性和可行性。

1集成智能控制技术

1.1智能控制的概念

到目前为止，智能控制还没有一个统一的概念，文献[1]有如下总结:

a)智能控制的概念最早由傅教授提出，他通过对人机控制器和机器人的研究，把智能控制概括为自动控制和人工智能的结合。他认为底层控制应该使用常规的基本控制器，而高层的智能决策应该具有拟人功能。

B)Saridis在傅工作的基础上提出了三元结构智能控制理论体系。他认为只有二元组合不利于智能控制的有效和成功应用，因此有必要引入运筹学使之三元组合，并提出了其分层智能控制的理论框架。

c)我国蔡自兴教授在研究了上述理论结构后，于1986年从系统的整体性和目的性出发，提出了四组分价格系统，并将智能控制概括为控制理论、人工智能、运筹学和系统论的交叉。

简而言之，智能控制是多学科知识的结合。除了从控制论的角度研究，还可以从信息论、生物学、社会科学的角度进行探讨和研究。

1.2集成智能控制技术

一方面，集成控制包括智能控制与传统方法的结合，如模糊变结构控制、自适应模糊控制、自适应神经网络控制、神经网络变结构控制等。另一方面，它包含了多种智能控制方法的交叉综合，如专家模糊控制、模糊神经网络控制、专家神经网络控制等。国外电网规划专家系统

到目前为止，在电网规划中成功的集成智能控制技术系统并不多，加拿大Hydro-Quebec公司的“DC/交流输电网设计专家系统”就是一个很好的例子。

20世纪80年代末，随着人员的退休和长期不用，工程师在60-70年代加拿大电网快速发展过程中获得的大量电力系统规划和设计专业知识逐渐被遗忘，引起了加拿大电力部门的重视。魁北克水电公司认为专家系统技术是在人类专家的头脑中表达和保存一些专门技术和知识的潜在方法。他们认为，在电力系统规划设计领域，专业知识的流失非常明显，尤其是在电力系统缓慢增长的时期。这些专业知识来自各个学科，在电力系统设计的多层次决策过程中发挥着重要作用。一些选择决策，如发电类型、发电厂位置、输电类型(交流/DC)、电压水平、输电线路的数量和型号以及补偿设备的数量和型号，必须根据一些标准仔细权衡，包括可靠性、稳定性、稳态性能、成本和环境条件。基于此，魁北克水电公司的专家开发了输电网初步设计专家系统，该系统具有以下特点。

2.1目标和预期效益

主要目的是研究在交流/DC输电网的初步设计中，用专家系统模仿人类专家行为的可能性。系统地确定和表达合格设计所需的知识，包括符号和数字数据，以及指导设计的原则、规则、标准、折衷方法和数学模型。合格的设计基于成本、环境条件、稳定性、可靠性和设计灵敏度或鲁棒性的标准。ES原型还应通过完成设计所需的步骤来指导用户与知识库进行交互，并在到达每个中间步骤后提供相应推理路径的解释。预期的主要好处是:

a)专家知识可以保留并传递给未来的工程师；

b)知识可以用更具体的形式表达，而不是一些不明确的、没有根据的判断；

c)将获得更一致的结果；

d)与人类专家相比，ES可以检查和比较更多的方案，得到更经济的设计；

e)借助推理和解释，ES可以作为未来专家的教学和培训工具；

f)作为评估和改进现有设计的“咨询”手段或工具，专家系统将对专家非常有帮助；

G)ES将作为设计各种电力系统设备的专家系统家族的开创者，并作为模型，从中提取更通用的设计方法论；

H)ES在收集知识方面发挥作用，这些知识通常分散在整个设计组织中。

2.2领域专家和知识工程师之间的互动

知识工程师应具备电力系统分析与设计和人工智能(AI)领域的经验。实践证明，这两种知识的混合对于从领域专家中提取和浓缩专家知识是非常有效的。知识来源于具有多年大型工程项目规划、设计、调试经验的电力系统规划工程师。

2.3设计的评价因素候选设计必须满足以下条件:

a)DC系统的最小故障恢复特性；

b)允许的无线电和谐波干扰要求；

c)故障后的最小稳定性标准；

d)稳定电压和无功电源的极限；

e)甩负荷后的瞬态过电压限值；

f)可靠性要求的最小设备冗余；

g)必须对输入数据的变化不敏感(鲁棒);

h)必须满足一定的成本要求；

I)它必须适用于现有技术。

魁北克水电公司DC/交流输电网网络设计专家系统已成功应用近十年，并在不断发展和完善。随着模糊技术和人工神经网络的快速发展，综合智能控制技术在电网规划中的应用前景越来越广阔。

3电网规划决策系统的分解与协调

电网建设是一项资金和技术密集型工程，线路和设备的经济使用寿命长达几十年。因此，网络结构是否合理将对电网的技术性能和经济效益产生长远影响。一次规划失误的损失，几年都无法挽回。随着广东电网的不断发展，如何合理布局电网已成为当前电网乃至整个电力行业发展的重要问题之一。

电网规划中有大量的决策需要确定，这些决策在时间和空上相互影响。目前由于各种条件限制，无法在单一模式下考虑。只能分解成相对简单的子问题，然后通过子问题之间的迭代来协调。根据问题的划分，电网规划可分为:负荷预测、电网规划、无功规划、稳定性分析和短路电流分析。

4结束语

电网承担着连接供电和用户的任务。此外，为了获得供电的可靠性和经济性，它还承担着与邻近地区电力系统连接的任务。由于电网设备投资需求大，设备使用寿命长，电力系统受到“过去重量”的强烈制约。因此，寻求电网投资决策以保证整个电力系统的长期最优发展是电网规划的目标。

结合文中的讨论可以看出，典型的维数巨大的电网动态大系数具有强非线性、时变性、参数不确定性和大量未建模动态部分的特点，我们要达到的控制效果是一个多目标、滚动优化的动态非量化指标(电网工程效益)。在这个过程中，知识的表示和处理占了很大的比重。这样就需要利用综合智能控制技术，有效地组织大量关于电网规划的知识，进行优化运行，得到最优决策。目前，广东省电力工业局和华南理工大学电力学院已联合开展了“电网规划专家决策系统”的理论研究工作，预计2000年将开发出一套基于综合智能控制技术的有效的电网规划决策系统，其应用将对广东电网的建设起到积极的推动作用。

参考

1黄肃南、邵惠河、张。智能控制理论与方法[J].控制理论与应用，1994(4)
2，吴景昌，孟.电网系统技术。第二版[M]。周乐荣:中国电力出版社，1995
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