智能电网中的若干数学与控制科学问题

张德

(国电南京自动化股份有限公司江苏南京211153)

摘要：智能电网中的预测、能量存储、控制、调度、运筹以及评估等基础的技术性问题皆属于数学、控制科学或者二者的综合，这些问题的解决便是智能电网实现的重要前提。本文针对智能电网中的若干数学与控制科学问题做出了进一步探究，对智能电网的含义与特征、关键数学与控制科学问题、储能技术在智能电网中的应用给出了指导与建议。

关键词：智能电网；数学；控制科学；人工复杂系统

目前，经济的快速发展，导致了能源资源紧张，全球变暖的压力也在增加。但人们对用电质量以及服务水平却在不断提出新的要求，这些皆给电力企业带来了全新的挑战。现在电力行业应用的智能电网技术，是电力企业在生态环境、经济因素、能源短缺的众多压力下逐渐形成的整体性解决措施，应用通信、网络、测量、控制等科技的不断革新，给电力行业带来了新的机遇与挑战。

一、智能电网的含义与特征

（一）智能电网的含义

智能电网既为未来模式电网，从一些发达地区的发展状况中可以看出，可靠电网的建设能够有效的保障好电能源的供应，增强用户与电网的沟通。这些地区将精力致力于在电力能源领域中的测量、通信、网络等高科技的应用与发展，将以往的电网系统进行改造升级。我国也仅跟随时代发展的步伐，为更好的提升用电质量以及服务水准、了解智能电网，从电网的来源、特征、区别、探究内容以及高科技关键技术核心等方面将电网科学基础问题进行提炼与总结。

（二）智能电网的特征

智能电网的主要特征包括用户与电力的沟通、适合用电的需求、支持现在电力市场的需求、满足电能的充分需求、优化资产、自我进行修复和防止外力破坏。这其中，利用电力与用户沟通、可将电力设施归属在设计电网的管理运营当中。适合用电的要求是指该系统能够根据不同的分布电源的形式满足不同的发电需求。[1]支持现代电力市场的需求是指使现代市场的高科技竞争得到支持。满足电能的充分需求是指提供连续、稳定的电能。优化资产是指利用信息网络平台以及监控系统对资产进行优化持续，使运行优化的成本得到有效的降低。自我进行修复是指当电网发生故障时，能进行识别以及分析处理，尽快将供电系统恢复。防止外力破坏是指该系统有一定的抵抗来自外部破坏的能力，不论是物理性的破坏还是信息性的破坏。

二、关键数学与控制科学问题

（一）预测技术

（1）智能电网的负荷以及电源皆有一定的不准确性，为更好的解决负荷的不准确性，一般会要求运营商根据对用电需求量的预测，制定一系列供电方案以及故障实时解决措施。虽然，目前关于负荷技术的研究有了一定的进步，但是还不足以达到较为准确的精度。现在供电企业使用的一般方式为在用电的高峰时段将多台设备机组同时开启，确保用电量的平衡，但这种方式会造成极大的资源浪费以及对环境的污染。

（2）在智能电网的使用中，最大的技术挑战是对电源的不精确性。有一定起伏性以及间歇性大规模的接入可再生能源进行发电，对电网是一种极大的冲击伤害，严重时会引起一系列的安全问题。这些皆是对科学预测提出的困难与挑战。

（二）风电背景

风能是一种非常良好的清洁能源，并且可以再生。根据2013年统计的数据显示，全世界范围内的风能总量达到了1300亿千瓦，我国占其中的16亿千瓦。目前，随着能源短缺以及生态气候等问题的愈发严重，世界上各个国家皆全力推行风力发电，并且使风力发电得到了迅速的发展。因为风电的随机性以及起伏性比较大，并网后会出现一些问题，包括：其一，不能对发电计划进行精准的制定。其二，对电网是一种较大的冲击，如果能将风电的出力精准的进行预测，那么能有效的减小不确定因素，给稳定、持续的供电带了巨大的帮助。

三、储能技术在智能电网中的应用

（一）风力发电对电力系统的影响

新能源的接入，对电网的稳定性存在较大的影响，因为风的速度、光照的强度以及较多的自然因素，风能和太阳能具有很强的不稳定性。例如：在运用风能进行发电时，风电机组会因为不能进行低电压的穿越引起一系列的连锁故障。此外，具有起伏性的风电发电会引起系统的电压进行闪边，降低电能的质量。

（二）网络控制技术

网络控制技术是一种新型的技术手段，通常网络控制的方式集中于节点，对网络线不产生作用。FACTA技术的接入，扩展了网络控制的能效，利用对SVC、VAR、STATCOM、TCSC、SSSC、TCPST、UOFC等FACTS设备的控制，可依据系统对电网参数的进行调节，在不更改结构的情况中，对潮流分布的情况有一定的改善作用，提升输送功率的能力以及电压和功角的安全稳定运营。

（三）基于多代理技术的分散控制

多代理技术是指利用代理之间的合作对外部的情况变化进行灵活的应对，是人工智能的分布式高科技技术。多代理技术具有的特征包括：自治性和主动性、反应性和社会性。现阶段在电力系统的分布式计算中，电力市场的计算以及方式、继电保护等取得了非常成功的使用。现在，越来越多的形成了微电网，其中包括风力发电、太阳能发电、燃料电池发电等分布式的电源，满足了主网并网运行的状况。因为微电网之间具有一定的自治性以及社会性，可利用多代理的技术进行控制。

（四）协同自律控制

协同自律控制是智能电网实现的关键途径，在该电网的背景中，自律控制实质是体现了该电网的各组成协同单元的合作，以及不同系统之间的自主行为相适应。这其中，协同是系统在进行正常运行时具有一定的支援作用。自律是指在子系统发生故障时，不会对其它的系统进行控制，随着建设智能电网的不断推进，在一定的系统物理性质以及经济性质的条件约束下，可利用该自律控制的手段对资源进行分散式的协调控制。

结束语

总之，智能电网的高速发展，在我国进行了大规模的筹划以及建立。虽然，智能电网在我国的发展还需要进一步的探究，但在近几年的实践中，我国已经逐步认识到了智能电网对工程建设的重要作用，并对其关键性数学以及控制科学相关问题进行深层次探究，这些皆是影响我国未来智能电网发展应用成功的关键性问题。

参考文献

[1]梅生伟,朱建全.智能电网中的若干数学与控制科学问题及其展望[J].自动化学报,2013,02:119-131.