智能电网调度控制系统的发展现状与展望
智能电网调度控制系统的发展现状与展望发布时间：2017-01-12 来源：《电力技术》近年来，随着我国经济的不断发展，对于电能的需求不断增加，针对这种情况国家加大了对电网的建设规模，这也在很大程度上增加了电网结构的复杂性，并且随着信息汇集的不断增加，电网调度的有效开展成为当前最关键的工作，这就催生了智能电网调度控制系统。该系统的体系结构、基础平台和应用功能按照横向集成、纵向贯通的一体化思路设计，充分考虑各级调度的业务特点和相互之间的内在联系，实现一体化运行、一体化维护和一体化使用，能够满足各级调度机构及调度各专业的需要，满足一体化智能电网调度体系和备用调度体系的要求。
1.智能电网调度控制系统的总体结构
智能电网调度控制系统的组织者是国家电网公司总部，研制单位是中电科学院与国网电为科学院，参与智能电网调度控制系统设计的则是各级调度控制中心在进行智能电网调度控制系统的总体技术路线时，设计的基础是采用安全性较高的软硬件和计算机集群技术，以确保系统在运行中具有较高可靠性。这一控制系统的建立不仅满足了现阶段特大电网调度统一建模的需求，还解决了多级调度协同大电网智能告警等难题[1]。
2.智能电网调度控制的功能
在智能电网之中，设置智能调度方案以及控制系统功能等，能够有效强化数据信息的采集与分析，增强决策与控制的能力，具有安全性、准确性以及实用性的功能，能够给调度人员的智能化决策提供相应的支持，使得工作人员决策管理能力与调控能力得以有效的提高。一般而言，智能电网调度控制系统的功能主要包括：
第一，拉路自动控制功能。实现自动选择拉路负荷的对象，能够实现切除目标负荷的最小化。自动搜索出负荷对象的出线开关。进行构成一个能够遥控的开关，并且通过自动并列而进行操作，能够有效确保操作的精确。
第二，序列操作功能。按照相关的要求，对一些特殊类型的操作应该进行顺序控制，这样就可以有效的实现有效的实现各种顺序操作的有关要求，在实施过程中如果有一个步骤失败，能够自动的停止序列操作并进行报警。
3.智能电网调度控制系统的发展现状
3.1我国智能电网调度控制系统的发展
和其他行业的发展一样，我国的电网调度事业从开始学习和吸收到自主创新，经历了一段很长的历程，在改革开放以后，尤其是在最近几年发展神速。越来越趋向智能化发展。其发展简要介绍如下：
（1）国家电力调度中心开启了智能电网关于调度支持系统的开发研究
国家电力调度中心于2008年2月正式开启了智能电网关于调度支持系统的开发研究[2]，推出了智能化技术支持系统基础平台及高级应用功能。系统结构为中心调度、商用数据、系统管理和服务、消息总线及SCADA、实时数据库、数据的交换与采集、安全防护、人机界面等8组结构，而高级应用功能由调度管理及计划、实时监控与预警、安全调校等模块组成。
（2）国家电力科学研究院的大停电防御框架
为了预防电网的大面积停电，中国国家电网电力科学院开发了“时空协调”的大规模停电的防御性系统，此系统将EMS和SCADA集成到动态运行的DSCADA/DEMS中，以集中处理大量的动、静态信息，利用EEAC算法实现量化分析和欲决策的在线稳定，利用在线准确预算、实时精确匹配的手段达到稳定控制电网调度。
（3）南方电网的综合防御架构
南方电网公司，为了解决电网中交流电、直流电两种混合输电的复杂性，提出综合协调防御系统架构，通过七个功能子系统和一个广域综合信息平台实现对电网调度的智能控制。这七个功能子系统分别是在线预防控制与辅助决策子系统、安全稳定预警和实时监测子系统、电力交易计划安全校核子系统、实测数据离线综合应用研究子系统、超短期安全稳定态势预测与辅助决策子系统、基于在线数据的电网运行离线研究与辅助决策子系统、安全稳定控制在线协调与优化子系统。
（4）清华大学电网调度实验室开发的三维协调电网EMS
清华电网调度实验室研发了一种基于三维的电网EMS，此系统是实时闭环控制系统，可以在时间、空间、目标进行广泛地协调，达到全局智能调度控制的目的[3]。该系统的核心技术有：综合分析、预警、决策；有功优化闭环控制；无功电压优化闭环控制；电网模型重建；基于多智能代理和计算机集群的支撑平台；基于三维分解协调的体系设计等。
3.2国内外电网智能控制开发发展
国外的智能电网调度控制系统的发展经历了很长的一段时间，取得了很多先进的经验和成果。目前，国外科研人员提出AO（调度机器人）概念。即让机器人通过学习，掌握电力系统的运行规则。如美国华盛顿大学研发了logic-basedsystem和knowledge-basedsystem原理的智能系统，就是通过AO实施故障排查和安全性能评估，对电力系统进行维护。
（1）美国PJM公司的的AC2系统
advancedcontrolcenter，AC2是美国pjm公司开发的一种的先进智能电网调度控制系统，它集成了资产和资源，可以实现同步、模块化，可延伸的功能。保证了业务的连贯性和可后续操作，大大地提升了系统的安全性能。
（2）美国电力科学研究院智能控制中心
该中心研发的智能电网包括了智能化的控制中心、变电站和一次输电网。该电网的智能控制中心基于GIS，实现可视化、交互能力加强的优势，可以进行实时分析评估。
4.智能电网调度控制系统技术的发展展望
4.1可信计算与安全免疫技术
电力二次系统的安全防护体系主要有结构安全、物理安全、本体安全、安全管理等几方面共同构成。在整个安全防护体系中技术固然重要，但是单纯依靠技术是远远不够的，还要有管理的加入，这主要是考虑到现有技术不能完成部分操作，这就需要用安全管理弥补这些缺失此外，随着网络技术的发展，网络攻击能为也在增强，这就要求应不断提升安全防护技术，以使安全防护技术体系能够长久保护智能电网控制体系不受侵害。
4.2短期电力市场的多级多时段优化技术
我国电为市场的发展经历了几次大起大落，却一直达不到欧美电为市场水平。尽管我国智能电网调度控制系统已经加入了能够支持现阶段电为市场所需要的先进模块，省级以上的调度控制系统也可以满足电为市场运行需求，但这项技术并没有得到实际应用，又由于缺乏一定的市场规则，导致这项技术在实际电为市场中的运行受到了一定阻碍。
4.3运行方式自描述及动态解析技术
电网运行方式通常是指导调度运行控制技术的重要依据现阶段，电网运行方式主要有年度、月度以及特殊运行方式，这些运行方式具有同一特点就是都要按照纸质盖章运行控制管理规定，负责电网调度计划人员要根据此规定合理组织发电、交易以及检修等计划，负责电网调度运行的工作人员要根据此规定及时进行调度指挥及操作控制目前的运行方式基本都是给人看并由人执行操作的但随着电网规模的逐渐扩大，运行方式的约束条件也随之变得复杂，大量可再生能源的随机性也在增多，使得纸质运行方式难以适应电网调度需求这就需要使用电子运行方式，在确保人可读的同时，还要实现机器可读，之所以有这样的要求，主要是为实现电网动态识别能为，准确解析运行方式动态效果，保证电网调度安全运行。
关键词：智能电网,调度控制系统相关新闻：酒湖±800千伏特高压直流输电线路工程陕西段通过验收天津：2020年建设充电桩将超9.2万个引领新ICT助力智能电网——访华为企业业务BG中国区电力业务部部长郭浩一文看懂微电网技术发展现状河南省首座35千伏模块化智能变电站建成投运滴滴人工智能调度系统简单学习
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简论智能物流系统的四大元素
非原创,转载自:赵新华的知乎专栏-移动机器人
背景最近以下概念比较火:-智能仓储系统,代表:亚马逊,京东,其他()-智能运输系统:包括分拣中心,物流配送中心,美团外卖,-智能交通系统:包括智慧城市,其他()-自动驾驶系统:代表:百度,其他这些概念,都是在建立智能物流系统的过程,今天说一说智能物流系统的四大元素,以及每个元素与人工智能的关系.
物流系统物流系统,由货车仓路四大元素组成.货:运动的客体.车:运动的主体.仓:静止的客体.路:静止的主体.说人话,就是车主动动,货被动动,路假装静(实际相对车运动),仓真装静(静止是相对的,运动才是绝对的).在物流系统的概论课程中,对以上问题可以反复定义,本质上,就是要解决以上的数据结构的设计问题,并为未来的算法打下良好的基础.
物流系统管理.智能,不是体现在物流系统的静态资源(货车仓路)上,而是体现在动态过程上.智能物流系统,则由仓储,运输,交通,驾驶四个功能组成.(其中运输transport,是为了避免物流本身的歧义,在工厂内容易与工厂内物流,也叫后勤logistics,易混淆)
仓储管理:就是仓库保管员,他的核心任务只有一个,就是确保仓库静态状态(库存)与仓库的动态过程(建库+出入库+损溢+领用/消耗/归还+….)的结果一致.能够做到这一点的仓储系统就是好的仓储系统.在工业领域,通常是WMS(WarehouseManagementSystem)来实现该功能.
运输管理:就是运输车队队长,工厂内物流主管.他的核心任务也是只有一个,就是根据仓储的出入库任务,或者外部的运输任务,调遣车队中的车辆到指定地点接货,再到另外一个地点送货,再接货,再送货.在商业领域,原来的邮政公司,货运公司,大量的物流公司,现有的电商物流公司,快递公司都有一套这样的系统.在工业领域,工厂内部通常是用WCS(WarehouseControlSystem)来完成.(这个定义并不够精确,但是已经使用多年,暂且用之),工厂之间用SCM(SupplyChainManagement)的部分模块来管理.
交通管理:就是领航员的角色,同时也包括交通警察的角色.核心任务也是一个,就是解决车和路的关系问题.特别是各种路口,单行线,限行交通规则等.在工厂里,AGV或移动机器人,采用的是AGVS,开发LBS的群控调度算法.驾驶管理:就是驾驶员的角色.核心问题是解决车的问题,和车与车之间的关系问题.是在没有交通冲突的情况下,完成从一点到另一点的任务的事情.这里核心就是嵌入式软件开发,以及伴随着的AI功能,现在的云端TPU+设备端GPU/APU的模式力求解决这个问题.另外,比驾驶管理更低一个层面的是感知和控制,包括如何定位,感知障碍,避障,视觉获取环境信息,路面感知,以及车辆的姿态控制,速度控制,加速度控制等.这一部分是难点,但不是自动驾驶的全部,自动驾驶应该至少包括一个驾驶管理和交通管理的部分.有人说,我自己一个人开车全搞定了,因为你一个人扮演了以上四个角色.甚至在没有红绿灯的地方,你和另外一个人会车,你们连交通警察和交通灯的角色也兼任了.司机=驾驶员+领航员+交通协管员/交通灯/交通警察+车队队长+仓库主管/上下料搬运工/物流检验员.在继续之前,先向司机致敬!一个人做这么多事情,AI还要学些时日,–换标题党的说法,AI打败司机比AI打败柯洁难上百倍.
智能物流系统以上3已经实现了物流系统的管理,管得好不好,就是智能程度的高与低.
仓储智能:提高仓储效率-同样的仓库面积能装更多的货,-通过合理的货位码放,同样的吞吐量,货的运输总距离最短,总能耗最小,-对于高频物料,等待时间最短,响应速度最快.-立体仓库不必拘泥于分类堆放,可以最大自由度的实现以仓储效率,而不是人类管理方便为目标.-采用的手段,通常为:哈夫曼树优化(90%问题够用)
运输智能:提高运输效率-同样的车队能运更多的吨公里.-同样的车队能有更多的顺风货,缩短车的运输时间,-通过用小车运小货,大车规模化等方案实现货重/(货重+车重)的最优比例.-采用的手段和算法:JobShop算法,旅行商问题,背包问题,排队论….目前这里的效率优化,还大有可为,货车物流大数据项目确实能为货车省油,信息化系统1年回本不是难题,前提是至少省级的货运优化组织能力.
交通智能:提高交通效率(都快成套话了)-同样的道路,能跑更多的车-平均车速更高,红绿灯绿灯的比例更高.-车与车之间堵车的概率最小化,堵车发生时,疏导的时间缩短.-堵车概率堵车时间损失+道路容量浪费概率道路容量浪费损失=机会成本的最小化(这也解释了为什么路面价格高的地方,堵车概率高的合理性–但是也不该这么堵车啊?)-路口红绿灯规则的智能化,交通管制的自动化.-采用的手段和算法:路径寻优,最速下降法,启发搜索…
驾驶智能:提高驾驶效率车跑得更快加速快,转弯快,不超速不违章,,快快快.坐车的人,则希望舒适:车的加速度最小化,转弯时离心加速度最小化,振动最小化,这些都是可以用传感器,通过人工学习完成的.常用的算法和手段:加速度测量情况下的舒适度控制,视觉+结构激光+其他感知技术+定位技术下的姿态/速度/加速度三闭环控制.
以上四个智能,目前尚未体系化.小公司做好1个点,大公司研究多个智能之间的体系结构,然后抓重点重点突破.(建立以上一套智能物流的指标集,然后开启后验的试水模式,利用中国地大人多的市场资源,最快速度的积累大数据,进行学习和探索.这是在大数据时代,市场换技术的一种模式,:因为邮包最多,所以数据最多,所以迭代最快,进化最快,最先获得一个10亿人规模的智能物流系统优化算法,然后在美国之前占领欧洲市场,印度市场,非洲市场这三个10亿人量级的大物流系统.–放在括号里的意思是,不是正文,不负责任,不要阅读,不要当真.)
智能物流系统物流智能,是将以上四个智能进行整合之后,超出每一个局部智能可以完成的功能.是智能物流的第五元素.目前该部分的理论尚不够成熟,算法也在讨论中.
由于新型的运输方式的出现,比如3D的无人机,比如专用的真空胶囊管道(已用于工厂内样品的快速气力输送),比如堆垛机,立体库的大范围推广,AGV,R-AGV,智能叉车,智能桁车的普及,给智能物流系统带来新的契机.这种组合爆炸,需要3~5年的时间进行探索,才能真正在实现四个智能的基础上,再实现整个智能物流系统的总体优化.由于问题的复杂性过高,所以,几乎每个人都可以找到智能物流里的一些组合,形成组合创新.–但是真正找到如何组合优化才能得到最优解,而求解效率又不大幅降低,这个需要搞算法的人,和搞实践的人一起.举几例子:1)仓储库位的动态调整,与运输车辆的排队耦合在一起,大幅减少车辆等待时间.2)堵车位置与无线智能充电结合起来,…似乎和智能物流没什么关系.司机少停几次充电的时间.3)智能驾驶与路面,与交通指挥结合,在地面上贴满二维码/RFID,汽车低头闭眼睛开,(只管好避障,不管寻路)4)增加大量的中转模式,把物流中心中转,改为服务区中转,建立按小时共享租赁的路边库…脑洞太大,我还是回到我自己的工厂内移动机器人的本体和调度系统来.
智能物流系统的软件与架构围绕以上的几个系统,进行细致的功能分层,设计简便而合理的数据结构,和相互调用的接口,一方面可以实现高内聚,松耦合的软件智能物流系统,在工厂内,建立”WMS-WCS-Traffic-Moobot(AGV/立体库/机械臂/智能叉车/…)”一体的综合智能物流系统;在工厂间,打通”仓储中心-运输车队-交通指挥-自动驾驶”一体的综合智通物流系统.这同时也给未来新的算法接入,调试,升级,组合优化带来巨大的空间.(智能物流相关算法和源码级合作,有意私信,非诚勿扰.)