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第8章 电力产业智能化的发展与创新(4)

智能电网技术将提高电网企业的劳动生产率、降低消耗、降低成本,从而提高效益;智能电网技术将会改善电力输送的方式,加大分布式能源的入网份额,真正实现可持续能源资源的合理配置;改善用户的用电习惯,疏通绿色的、可持续的电能的畅通渠道,为节能、减排和应对气候变化,提供新的技术平台和电力供需双方响应电价、相机(Discretion)抉择的空间与自觉性;智能电网技术将有效地提升电网及相关产业劳动者的素质,无论技术多么完善,劳动者的素质是决定效益的根本因素。

根据生产函数原理可知,电网产出的增长来源于资本和劳动的增加和技术进步。

3.4开放复杂的智能巨系统与电网进化

当代科学技术、社会与经济的演进与发展已经进入智能系统研制与开发的阶段。这其中,电网也不例外,智能电网意味着更加精简而高能效的电网时代即将到来。智能电网将提高电网的生产效率、提高电网运营部门和整个电力工业之间的可视性、可控性,为电力供应链提供经济、有效的整合办法,为电网业务的优化奠定智能决策的基础。

现代智能电网的重要标志是在市场价格杠杆调控下建设富于能效、智能决策、需方响应和精简灵活的系统,并且它应当是一个开放的复杂的巨系统。

智能电网复杂巨系统所具有的特征包括综合集成性、层次性、社会性、人机互动性等。

3.4.1智能电网是复杂巨系统

智能电网的复杂巨系统特性表现及其在时间和空间上的分布与社会性特点密切相关,系统的复杂性超越了主流的关于智能和思维模拟的设计思想和理论解释,需要发挥人们的常识和经验,通过多学科协商、交叉、融合才能有效解决。简言之就是它的综合集成性。这一特性说明智能电网的构造是非常复杂的,它必然具有多种智能的融合性的开放、互动、共轭的特征。这一巨系统通过人的知识和智能等学习和思维过程,使决策者在个体、群体和社会思维的广度上获得决策方案和选择。其次,机器智能是通过机器面向对象的学习、认知模拟的高性能计算系统和理论分析,获取高效率的专家决策判断方案,如电网故障智能系统。再次,网络智能是智能电网必须具备面向广域的网格计算、知识搜索能力和发现能力,才可能支持智能电网中诸如智能表计所带来的数据和信息的巨型计算规模,并快速作出相应的预测、交易、应急、自愈、响应等决策;数据智能是要求智能电网具备隐含的内在知识、规则和模式,提供决策程序的选择;语义智能是问题领域的所有相关信息等。

3.4.2智能电网的自愈性

过去40年我们的传统电网发生过多次停电(Blackouts)和电压不稳(Brownouts),究其原因是电网运营者面对机械性的开关、刀闸、计量和计价的响应时间太慢;这些电网关键设备缺乏自动化的分析功能;可视化程度低;电网管理人员缺乏可持续的自我警觉。

电网大停电的理由是电网大范围的牵制而无法自愈。因此用户的电灯只好简单地等待下去,易腐食品在冰箱变坏、交通管制系统瘫痪、信用卡传递系统失效、手术无法进行,这些现代社会的大混乱都会因短暂的停电而发生。

所以智能电网将通过信息管理、实施监控和建立自愈功能而避免上述事故的发生。为了达到自愈,智能电网必须建立智能化的可靠性决策支持功能——其自愈功能至少应当包括以下几个方面:

(1)电网预防维修;

(2)可靠性和事故的预评估;

(3)事故区域定位和响应;

(4)电网的应急、重构及恢复管理等基本的系统。

然而,这一切功能的实现,是作为商品的电能、公用事业的电网在价值上得到认可,才有可能积累足够的资金、获得足够的投资,用在正确的电网建设、扩张和发展之上。

3.4.3智能电网巨系统的非常规层次性

智能电网这一复杂巨系统不是简单的系统堆砌。它无法通过常用的人工智能、专家系统等处理方式进行优选。这种非常规特性可以通过常规的层次性进行研判,表现为两个方面:其一是由电力市场决定的电网的层次性;其二是智能电网决策支持系统中从子系统到复杂的整体系统之间具有多个复杂的拓扑层,由此形成的平行型、矩阵型、链型等数据结构使得智能电网的决策支持系统具有差异、融合交错的层次特性。例如,在决策问题分析的语义判别的范畴,形成一个具有清晰层次性的相对数据网络。

所以,智能电网决策支持系统的设计首先建立在问题分析的层次性;其次,按照电力市场的分层,决策支持系统也要在不同的电力市场层面达到其“解决方案”的功能。

无疑,智能电网首先要保证在我国国家级、区域级和省级这三级电力市场的各个层面,并支持各市场参与方的复杂智能决策。

3.4.4智能电网的社会属性

智能电网的社会性也可以称为开放性。智能电网是一个开放型系统。它表现在与电力市场环境进行的信息、能量、物质的大批量交换。这种交换表现为以下几个方面。

电网中的各子系统分别与外部有各种信息、能量和物质的交换。例如,低压智能电网中的地理信息系统,在采集、转换、分析、决策过程中完成了电力用户与电网之间在电力配送和零售过程中的信息交换。

如前所述,智能电网是多种智能子系统的复杂构件。它在和外界进行信息、能量和物质的交换过程中将表现出巨量访问、不确定、动态、分布式的、连续或间断的;展现于时间与空间之范围;人机之间的交互;市场与资源之间的呼应;环境与供应链之间的扩散;电网与社会之间的沟通等。智能电网将会走出传统电网的封闭性,逐渐与经济社会的深层实施对接,表现出相对的开放性和社会性,这是我们要把握的未来智能电网的基本属性之一。

智能电网的规划与设计是在环境压力的前提下实施的面向对象的简约化而并非是初级的设计。所以,其社会性主要表现在对分布式能源的接纳与整合上;同时,智能电网的社会性表现为电网所在的市场交易场所可以为消费者提供最大的选择空间,消费者可以在电力市场中有选择性地优化购电、可再生电源电网收购电。这是智能电网意义下所表现的真正的可持续发展和优质服务。智能电网所完成的主要功能是运用电力市场机制,实现电能的存储、分布式电源和电力需求侧管理。

【案例】

日本国会2009年7月1日通过《能源供应结构高度化法》,规定电力公司有义务以现行价格的两倍收购家庭太阳能设备生产的剩余电力。政府将制定具体实施办法,在2009年底开始实行这项制度。

这项制度将有助于太阳能发电的普及,不过太阳能电力的收购费用将计入向企业和家庭供电的成本。目前提供太阳能发电,其所剩余的电力是由电网公司自助收购,价格与面向普通家庭的电价一样,平均每度电24日元左右。新制度实施后,电力公司将不得不以每度电50日元的价格进行收购。

家庭购置一套太阳能发电设备一般需要200万日元左右,按照现行价格向电力公司出售剩余电力需要20年才能收回成本。据经济产业省推算,如果实行新的收购价格,那么一套新的设备就可以在10年内收回成本。

日本经产省希望到2020年将太阳能发电规模扩大到现有的20倍,同时,太阳能发电设备的价格也可望在今后三五年内降低至目前的一半。

3.4.5智能电网的灵活性

电力系统内部各子系统通过自学习获取自适应功能。智能电网是针对能源效率提出的一个电网新构想,它是在能源成本的边际效率上做到的一种灵活响应——越计量才能使电越便宜,能效才会越高。

智能电网的灵活性是建立在信息及时性基础之上的。这样的及时信息的好处是企业的库存量大幅降低,并且不需要再花如此多的时间做预测,尤其是短期负荷预测,可以通过及时的数据采集提升电网的灵活性。

3.4.6智能电网催生电力工业进化

进入21世纪的全球金融危机给我国电力产业带来许多本质性的变化。从国际贸易转向内需市场的中国企业已经面临人民币国际化和升值的压力,我国投资、消费和出口的格局发生着根本的变化,利润率将会有所降低,迫使国内企业进行“生产方式的变革”,将目标锁定在劳动力成本较低的地区去追求产业规模经济、范围经济和网络经济以降低成本、保持优势。这种建立在传统电网中的发电机、变电站等硬件资产的直接管理基础上的、更为高级的基于电力资本的市场,将与现行发电集团的运作一样,更具自由度的市场运营幅度的生产性和金融性决策,通过资本和信用进行公开的竞争的高难度决策也都不可避免地会在电网企业中络绎不绝地发生。智能电网技术的应用将迫使电网企业的经营重组、服务外包、精益管理、效率提升、人员更迭和功能提升。智能电网可能终将改变电力产业的行业格局,随着就业率降低,将对各级政府产生一定压力,电网企业将会在价格、税收和员工福利方面争取到有利的条件,衍生出更多的就业机会。

随着信息经济、社会文化、时间窗以及电网技术进步的全面推进,来自电力市场、巨额成本、气候变化、信息文化的压力必将改变电网企业反竞争的习惯,那些因垄断带来的旱涝保收的低电价将随着能源短缺和气候变化逐渐淡去,电网企业原来较高的管理成本将部分地转化到软件、控制系统、管理信息系统、智能决策支持、规则设计的新投资之中,而这些业务领域是对电网企业人才和管理能力的新考验,如果当今建设中国智能电网的决策者不退缩,智能电网的建成将是一项与完成三峡工程、奥运工程和载人航天工程并肩的、备受赞誉的工程。

3.5智能电网带动电网技术与管理创新

面对全球化和信息化的时代,每个企业都将面临改变,有些是以渐进式方式、有些是以惊人的“彻底的”的方式改变,如英国的电力市场形成过程就是一个电力工业管理体制的根本性变革。智能电网作为新时期的国家战略,学习企业变革,掌握信息技术,包括企业软件和面向对象技术,有时根本的变革不是技术本身,可能是如何运用技术跟上社会发展的潮流,实现组织的变革才是最为关键的。我们正处在信息化、网络化的电力经济时代,各种各样的电力信息的电子化传递都将成为电力生产方式、供应链商业模式、电能商品价值评估和工艺革新的起点。

智能电网运营是以大量的信息处理为前提的。这些信息大致分为以下几类:

(1)电力技术信息;

(2)电力企业管理信息;

(3)电力市场交易信息;

(4)用户用电负荷信息。

建立一个孤立的电力决策支持系统难以达到智能化的效果,使现行电力工业的管理信息系统(MIS)、能量管理系统技术(EMS)、数据采集技术(SCADA)等常规电力系统信息化技术,以及电力市场技术支持系统等其他专用信息系统结合,获取丰富的数据、知识,建立增强型信息库,才能更好地支持电网的智能决策。为了更好地进行电网技术与管理的决策,更需要整合人工智能技术、仿真技术、地理信息系统及其他增强决策支持水平的信息管理技术,实现智能专家决策支持系统(IDSS)企业综合资源规划(ERP)之间的集成。

【案例】智能电网如何作出智能化决策

0.6秒

如果发电机G1突然发生故障,变电站B的调控计算机一般会关闭L3号线,以减少供电需求。但是现在G1发电机是系统有意停止运转的,因此整个1号地区的计算机便发出通知,决定让一家大型工厂停止生产,大大降低供电需求。这一措施减少了发电量与用电量之间供不应求的状况,以保证诸如路灯照明和医院之类的重要职能部门的供电。

10秒

几秒钟以后,由于供不应求的状况仍然十分严重,变电站的计算机检测到整个1号地区的电压开始波动,波动值超过安全允许的范围,有可能给L3、L4号地区和L7号线上的设备造成损坏。这时的应对措施就不再是关闭几条线路,而是由该地区的计算机将发电机G2的控制改为人工操控,并建议1号地区调度中心的调度人员增加发电量减少用电负荷,调度员会采取其中一项措施。

60秒

L3、L4和L7号线路已处于空载状态,而L4号线开始出现过载,该调度中心调度人员通过卫星通信与2号地区的调度员联系,请求帮助。2号地区调度员通过L8号线路发送电力;他们还命令其部门的调控计算机稍微调整供电电流,以平衡因突然借电而带来的电力失衡。一旦线路维修人员修复了受损坏的L5号和L7号线路,计算机便让L1号线路和发电厂G1马上投入正常运行。至此,三个地区的电力供应全面恢复正常。

这一切智能决策都在瞬间完成。本案例也说明了智能电网决策支持系统的效率。

3.6用商务智能打造新时代智能电网

从电网运营角度看,我国电网目前基本属于一个物理系统而远非一个商业运营系统。因此,其智能化主要体现在物理结构、物理特性、技术性能、装置联结和人员活动等方面的数字化特征,这基本上是一些自成体系的信息孤岛。然而,智能电网将是整个贯穿于电网的商务智能系统。它给客户以选择、价格与电力需求侧的及时响应。

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