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第9章 电力产业智能化的发展与创新(5)

根据美国丹佛大学教授斯蒂芬·哈格的定义:商务智能是一种涉及公司顾客、竞争对手、合作伙伴、竞争环境及企业内部业务的知识。

商务智能源自于信息,它能帮助企业判断信息的准确内涵,以便构建完善的业务流程,确保电网在应对能源市场、供应链、客户需求、环境等方面的超前、领先的竞争优势。电力商务智能中的信息远远大于电力市场交易系统和用电客户关系管理系统中的信息,它将综合电力企业的产品信息,电力市场运营的价格、交易信息,用电MIS、ERP和GIS等系统反馈回来的所有信息,运用数据仓库技术对决策提供支持的数据进行提取、分析与决策。

那么,如何构造商务智能系统?这一过程从理解智能电网面对的问题域开始,首先要评估问题,确定可用的数据和解决问题需要什么信息。一旦理解了问题,就可以选择合适的工具并且用这个工具开发系统。构建智能系统的过程被称为是知识工程。它包含以下6个环节。

1.评估智能电网相关问题

在这一阶段,首先要确定“问题”的特征和参与方,详细说明智能电网中所设计的项目的目标并确定构建系统所需的资源。

为了准确地划分问题,必须确定问题的类型、输入和输出变量及其交互以及解决方案的形式和内容。

问题的类型决定智能决策系统对工具的选择,通常选择基于规则的专家系统。

第二步是创建选择工具还要依靠对解决方案形式和内容的判断。例如,判断解决方案的途径是诊断智能系统常常需要的组件之一。当所涉及的问题的结果比解决问题的过程更重要时,神经网络法是较好的工具选择。

评估问题的下一步是确定参与方。任何知识工程的项目都有两个关键的参与方,知识工程师(可以设计、构建、测试智能系统的人)和领域专家(在特定的领域和范围中有能力解决问题的知识渊博的人)。

第三步是指定项目的目标。例如,取得竞争力优势、改善决策质量、减少人工成本、改进产品和服务质量。

最终,决定构建系统所需要的资源。信息系统硬件与软件、知识和数据源(人类专家、教科书、手册、网址、数据库和案例)、资金,等等。

2.获取数据和知识

本阶段通过收集和分析数据及知识,获取对问题更进一步的理解,并使智能电网的某一子系统的设计的关键概念更加清晰。

智能电网的子系统需要的数据通常是通过不同的渠道获得的,所以,这些数据的类型不同。然而,构建智能电网决策支持系统所需的数据要同类型的,有些工具要求能够处理连续变量,而另一些工具要求将变量分到几个大的范围中去;存在数值和字符、数据和文本的差异,有些模型或算法可以处理模糊数据,如灰色模型、模糊聚类等;有些算法却要定义或处理精确的数据,如拉格朗日优化、微分和差分法等。归纳起来,建立智能决策支持系统的数据基本应当符合以下三点。

第一,数据的兼容。在我们分析的数据中,文本数据通常是采用EBCDIC编码的;数值数据是组合式的十进制,而智能决策支持系统通常采用ASCII码存储文本。所以,通常需要数据转换工具将数据自动转换。

第二,数据的一致。相同的状况在不同的数据库中的表达是不同的。高峰用电数据库和居民用电数据库存在差异,在设计高峰电价时,可能把居民用电忽略了,事实上是因为数据分别在不同的数据库中,却可能导致电价决策的盲点。

第三,数据的完备。数据的完备是全方位的判断,很多常见的决策信息显示在数据库中,有可能是缺失的,遇见这种情况后数据分析员通常会采取插值的办法进行补缺,然而,某些空缺数据同样可以表达一种信息,居民中断用电,可能该户迁徙,等等。

3.开发原形系统

这实际就是开发一个智能电网的小型原形系统,用以测试对问题的理解程度。

判断所设计的智能系统是否具有所要解决的问题的相关策略、构件系统的工具、表达数据和知识的技术等,对于解决问题而言是正确的和足够的。当选择好工具,转换了数据,根据所选工具表示好获取的知识后,就可以设计并实现系统的原形版本了。

其次是测试原形系统。采用过去已经成功解决的问题,其输入和输出是已知的,在测试过程中使用相同的输入和输出数据,比较原形得出的结果和历史的正确结果之间的差异。如果选错,则放弃再重新开始。

4.开发完整的系统

当原形系统符合其功能要求,便可以确定开发完整的系统是实际要包含的全部内容。如制订开发计划、时间表、资金预算,明确地定义系统功能的标准。其子模块包括:

(1)基于规则的诊断子系统;

(2)基于历史数据的预测子系统;

(3)足够交流和简单的用户界面。

智能决策支持系统的开发过程实际上是一个进化过程。在项目进行过程中,收集到新的数据和知识并加入系统中后,系统的功能得到改善,原形系统就进化成正式的、最终的系统了。

5.评估并修订系统

智能电网是传统电网的深化,所以,其解决方案的形成和解决方法论将是对传统电网简单判断式决策的“进化”,是对信息化之后电网运营、规划、节能、交易和服务等的网络型、复杂型、模糊型、综合型的现代决策。

对智能电网决策系统的评估是要判断、确保系统的功能满足了用户的需求,通过用户选择的一些服务、用途和事例进行测试,将电网职能决策得到的结果和标准相比较,判断其是否一致,从而发现系统的局限性和缺点,反复试验,重复相关的开发阶段,便于了解系统的缺陷,进一步修正。

6.整合并维护系统

这是智能电网决策系统的最后阶段。它包括将系统整合到大电网运行环境中的同时,建立有效的维护程序。

这里“整合”的含义是将智能化的决策支持系统整合到现有电力系统,求得现阶段“渐进式”的智能电网功能。因为,渐进式智能电网是基于知识的系统,而知识将会不断进步和发展,因此,重要的是要考虑智能电网的渐进性和可维修性。

在技术竞争日益激烈、经济与价格越来越动荡的年代,在保护资源可持续的前提下实现电网的安全、稳定、可靠和效益,电力供需平衡的决策平台必将是更加智慧的。

简单地讲,目前中国建立电力市场的进程是迟缓的,它的延迟对智能电网技术创新、电网运营技术进步及其方向都产生了较大影响,由于现实中电力商品价格和价值的扭曲,电网对投资、交易和服务的垄断,夸大了电网安全和可靠的意义,而忽略了更重要的电力资源的稀缺和对消费者服务的重视,中国电力工业对后者决策功能的缺失所造成的社会影响将是长期的。这是建立中国式智能电网的重要制度障碍。所以,智能电网必须解决软硬件系统整合问题。

(1)由谁来运营和维护智能电网的决策支持系统?

智能电网决策系统开发成功进入运行环境之后,知识工程师则退出系统,交由电网运营进行分部门控制,在直接使用系统的机构中,必须有技术、经济、市场和智能系统的专家参与运行、修改和维护。

(2)应该用什么决策方法?

智能电网促进信息与电网的结合将使得电能和互联网融合成为能源资源高效率优化配置的基础设施。按照微观经济学的原理,市场和价格是配置资源的基础,但市场竞争模式加上价格机制,还必须紧密依靠技术进步,通过信息新技术成倍地提升电网配置资源的效率,通过互联网集资源一体化和服务一体化的网格技术,用户可以共享信息,方便地插入插座,消费不同发电厂通过不同传输网送到用户家中的电力资源,进而实现共享资源。

(3)智能系统如何保证实现电网的决策?

智能系统可以迅速实现电网的运营决策,它将能迅速找准问题,选择决策方案,并最终选择优化的决策方案。

(4)应该使用哪些工具?

我们知道,没有哪一种工具可以解决所有问题。专家系统、神经网络、模糊系统、遗传算法都占有一席之地,得到很多应用。事实上,最早应用的专家系统是医疗诊断,在智能电网中也会有很多的诊断问题,如设备故障诊断、用户满意度诊断、电力市场信息发布可靠性诊断等,大多数的诊断智能系统都有有限种类可能的解决方案,包含有限的、形式良好的知识,知识工程可以借助于该设备《故障排除手册》的一系列测试和检查,通过故障数据源的推理来设计系统诊断功能。

【案例】商务型居民智能节电系统

1.引言

随着我国国民经济的高速发展,用电负荷急剧增长,工业用电量与居民用电量都呈不断上升的趋势,能源状况显现出日益紧张的局面。与此同时,工矿企业、市政管理和居民用户等方面由于种种原因造成了巨大的能源浪费。中国政府已经郑重承诺在“十一五”期间将实现节能20%的目标,节能降耗关系到我国可持续发展、环境污染治理等方方面面。能源问题不单纯是能源消耗和供需平衡的问题,同时还是一个影响到国际关系、环境保护、可持续发展的重大战略问题。电能作为一种最普遍的能源形式,最直接地反映了一个国家的技术水平和对能源的利用状况。当今能源状况日益紧张,世界各国都在想尽一切办法努力提高用电效率。我国能源生产及消费居世界前列,但仍满足不了日益增长的工业生产和人民生活的需要。拉闸限电、煤气涨价之声在全国21个城市此起彼伏,缺电成为制约中国经济增长的瓶颈。

因此,改善用电效率、使用绿色能源在中国刻不容缓。

智能电网的概念正是在全球能源危机这一大背景下产生的,它是当今世界电力系统发展变革的最新动向,并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网系统以其在提高能源利用效率、设备利用效率以及投资收益等方面的巨大优势而受到各国越来越多的关注。例如,它可以使发电设备保持在最佳工况状态从而降低发电煤耗;使清洁能源开发、资源综合利用与节能减排、能源(电力)需求侧管理、能效经济、绿色配额交易融为一体,实现多维度整合优化。

本设计——“居民智能节电系统”的思路便是在这样的大背景下产生的,基于智能电网中的先进用电运营(AUO)体系及远程资产监视和控制系统,运用智能电表实时显示用户用电情况,利用计算机智能地为用户呈现不同的节能方案供用户选择,在满足用户用电需求的前提下,自动调配居室内各用电器,从而最大程度地节约居室日常用电量,实现节能减排以及能源的优化配置。

2.先进用电运营(AUO)的构成

近年来AMR自动抄表技术在智能化居室中得到了广泛的应用,AMR的发展大大减少了抄表的成本并且极大程度地提高了抄表的准确性。自动抄表技术从原先的小范围自动抄表逐渐朝着面向多个小区甚至整个城市的真正意义上的远程抄表发展。电力公司已经不再满足于简单的每月自动读取电表数据,随着智能电网概念的出现,一种集智能表计、数据管理以及负荷智能控制等技术于一体的先进用电运营系统作为智能电网的基础组成部分越来越受到人们的重视。

AUO并不是一项单一的技术,而是一个多技术的综合体。

1)智能电表

传统的抄表方式使用的是机械式的电表,它们大多数时候只是作为电力公司电费记录表。对于居民用户来说,这些电表仅仅是简单地记录一段时间内(一般是一个月)总的电能使用量。而AUO中使用的智能电表是一种固态可编程的装置,它具有很多传统电表所不具备的功能。

2)广域通信结构

AUO的通信结构支持在电力公司、用户以及可控电力负荷之间的互相通信。

它采用双向通信标准,以确保通信的快速安全。其基本流程是:数据集散中心从各组智能电表中采集数据,并将数据通过回程通道传送给中心服务器。其通信介质可以采用电力线载波、电力线宽带、无线网络、INTERNET或者是以上的结合。

3)家庭(本地)局域网(HAN)

家庭(本地)局域网是AUO中重要的结构基础。HAN将智能电表和各种可控的用电设备连接起来,组成局域网络,可以实现多种能源管理功能。其中包括显示能源使用情况,对价格信号作出相应的反应,电力安全监测等。

4)表计数据管理系统(MDMS)

MDMS是一个带有分析工具的数据库,其最重要的功能就是完成对AUO数据的确认、编辑与评估(VEE),从而防止通信网络的中断以及在用户端保证数据流的完整与准确。

3.节电系统结构及其运行机制

本居室智能节电系统处于AUO结构体系中的用户端。在用户层面上,组建家庭局域网络,通过智能电表控制居室内的各种用电设备,根据各个时段电价的不同,为用户计算分析出最佳的节电策略供用户选择,从而起到需求侧响应的作用。

由于本设计仅仅是在用户端实现AUO的体系,因此用计算机来模拟电网端。

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