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摘要：本文对面向智能电网的互动式节能调度进行了初步探讨，包括集中调度与发电企业自主调度相协调的节能发电调度，以及基于尖峰负荷边际能耗的用户侧互动优化调度；初步分析了互动式节能优化调度模型与算法的发展方向。鉴于该领域的相关研究刚刚起步，具体机制、步骤、模型、算法、技术支撑体系以及实际应用等内容将在后续研究工作中进行更深入的研究与探讨，以期为国内快速、全面推广节能发电调度提供基础，从而实现较大范围、较大幅度的节能减排，提升中国在节能减排以及智能电网方面的国际影响力。
关键词：智能电网；互动；节能；调度
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）24-0170-01
一、互动式节能调度基本内容
在国外建立的开放用户侧的电力市场中，发电、配电、零售企业和用户均可参与市场交易，用户在价格信号的激励下决策用电行为，与发电企业、电网企业等互动。但中国的情况比较特殊，一是发电企业执行核定电价和电量政策，使不同的发电企业上网电价存在较大差别；二是用户侧实施目录电价，不同的用户电价也存在较大差别。从这个意义上讲，允许发电企业和（或）用户全方位参与电力调度交易，目前都不现实。但是可以借鉴国外的成功经验，考虑国内现行电力管理体制，赋予发电企业和用户部分自主权，使其参与电力调度，以解决节能发电调度的瓶颈问题，充分发挥用户参与互动的积极性来创造经济和安全效益。因此，互动式节能调度是指在不影响电网安全的前提下，赋予发电企业、用户一定的自主权，允许其将发电计划、用电计划向节能的方向调整，并可从中获得相应的经济利益。互动式节能调度的基本框架由发电企业参与互动的集中调度与发电企业自主调度相协调的节能调度和用户参与互动的基于尖峰负荷边际能耗的用户侧互动优化调度组成。
二、互动式节能调度模型和算法
2.1 互动式节能调度模型
应智能电网的要求，互动式节能调度的内涵更加丰富，除了降低发电化石能源消耗这一传统节能调度的目标之外，还需要考虑其他因素。为提高所制定的调度计划的可行性，需要考虑不同条件下，不同目标的一致性、重要性以及协调方式。为实现真正可行的节能调度，在约束条件方面，将需要更全面、准确地考虑电网运行中的不确定性，如负荷的不确定性、设备运行状态的不确定性、外部环境的不确定性等。为实现可靠、有效地削峰，还需要考虑负荷预测方法在电网互动环境下的预测精度问题。
在决策变量方面，除了考虑传统的机组出力，还应充分考虑发电企业、电网企业以及用户的参与及互动。为保证互动式节能调度的顺利实施，需要考虑三者之间的协调问题。为解决以上问题，将对以下几个模型进行探讨。
1）多目标一致性评估模型。研究互动式节能调度的目标是否与传统节能调度的目标具有一致性：若一致性程度高，可采用简易的加权平均方式形成单一化的目标函数；若不一致，则需考虑不同情况下不同目标的重要性。对低碳发电调度与节能发电调度展开了一致性评估研究，从解的一致性和目标函数的一致性角度来对低碳电力调度与节能发电调度等多目标进行一致性评估，研究节能发电调度对低碳目标要求的适应性，以及低碳与节能相互协调调度的方法。而对于低成本、高可靠性等目标与节能目标的一致性仍有待进一步研究。研究节能、低碳、低成本以及高可靠性等目标之间的关系，分析这些多目标一致性的程度，实现在不同条件下多目标的协调等。
2）多目标协调优化模型。针对互动式节能调度中，多目标一致性评估中不一致的情况进行多目标协调优化。由于互动式节能调度中可能会存在多个目标函数，其协调优化问题的复杂度将大大提高。通过对影响每一个单目标的基本要素进行研究，建立多目标协调优化模型，利用决策树的方法，分析在不同条件下应采用的优化目标。可将调度计划按时间尺度细分成实时、分钟、小时、天、周、月和年调度计划，对不同时间尺度调度计划的调度资源及其对节能优化目标的影响程度进行研究，在不同时间尺度调度计划中调用其各自最优的可调度资源，来实现节能调度。
3）调度计划的时间颗粒度优化模型。目前调度计划的时间颗粒度（时段长度）基本为一个固定值，较普遍的情况是15min。是否可通过优化调度计划的时间颗粒度来提高调度计划的优化程度？例如：在负荷短期内可能产生较大波动，且调用自动发电控制（AGC）、旋转备用等能耗和成本相对普通发电机组较高的情况下，可通过细化时段长度及更准确把握负荷波动情况，来优化调度计划。在波动性电源大量接入的情况下，建立调度计划的时间颗粒度优化模型以进一步优化调度计划具有较大意义。
4）智能多代理模型。为保证发电企业、电网企业以及用户三方能够很好地协调、处理互动过程中的行为，可以利用比较成熟的智能多代理理论，建立智能多代理模型，将具有智能性、中介性、机动性等特点，并将能在特定环境下运行的软件实体嵌入互动式节能调度中，通过统一的调控一体化平台，实现智能多主体共同决策。随着未来电力市场完全开放，以及互动式节能调度体系日渐成熟，用户完全参与电力市场中的电力交易，此时需要研究博弈理论，建立协作博弈的基本模型，探讨发电企业、电网企业以及用户在电力市场中利益分配的问题，最大限度地发挥三者的自主性，推动互动式节能调度的发展。
2.2 互动式节能调度优化算法
电力系统互动式节能调度是一个超大规模、离散、非线性、时变的优化问题。很多学者和研究机构在电力系统优化调度新型算法上已经有了较多的研究。例如：启发式方法、动态规划法、拉格朗日松弛法、混合整数规划法、遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、神经网络算法等在机组组合优化中已有广泛应用。但随着智能电网的建设和互联电网的形成，电网优化计算量随着问题规模的增加而呈指数上涨的趋势，而且其非线性程度高、离散变量多的问题尤为突出。在以往的优化调度算法研究中，由于计算量的限制经常会忽略很多约束条件，特别是在节能优化调度中引入多方互动后，优化调度计算将更加复杂，继续采用以往的优化算法会导致优化深度不够。为应对这些问题，可从以下几个方面进行探讨。
1）基于贪婪算法的可伸缩机组组合算法。引入互动后，在保证安全稳定的前提下，互动式节能调度优化算法应以法律规定要求为基础，充分考虑机组煤耗水平，分析影响机组开停的其他因素，引入多贪婪因子的贪婪算法解决机组开机排序问题。当发电企业之间申请转移电量较多时，在处理电网安全校核、能耗校核时可能会有影响，需采用遍历算法来保证安全和节能效果；其他情况时则可采用贪婪算法，根据节能发电调度的管理办法，对机组进行排序来实现节能。
2）基于综合煤耗微增率的出力优化分配方法。由于目前大规模互联电网在远距离输电情况下发电企业存在线损问题，即发电厂能耗可能降低，但线损可能升高。在以等综合煤耗微增率为原则的基础上，考虑线损对系统煤耗的影响，降低系统发电煤耗，实现出力最优。
3）基于云計算的电网优化调度计算。为了解决引入互动后优化深度不足的问题，可以结合遍历法对开停状态不明确的边际机组进行开停状态的遍历。而为了在保证优化深度的前提下使得计算量具有较强的伸缩性，适宜引入云计算。云计算是一种充分利用计算资源的并行计算方法，具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性和高扩展性等特征，是构建未来智能电网的计算平台的重要工具。研究构造基于云计算的电力调度系统架构是未来电网重要研究方向之一，充分利用闲置计算资源，一方面直接降低了电力企业的相关投资，另一方面可较大幅度地提高电网调度计划的优化深度。
参考文献：
[1]罗毅，王英英，王安斯，施林，涂光瑜，林湘宁，毛承雄，张步涵. 智能电网的一种分层协同式“系统的系统”概念模型[J]. 电力系统自动化，2009，17：6-9+104.
[2]万明忠，蒋荣安，姚艺强. 电力设计咨询行业在智能电网研究和建设中的责任与任务[J]. 电力勘测设计，2010，03：56-61.
关键词：智能电网；互动；节能；调度
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）24-0170-01
一、互动式节能调度基本内容
在国外建立的开放用户侧的电力市场中，发电、配电、零售企业和用户均可参与市场交易，用户在价格信号的激励下决策用电行为，与发电企业、电网企业等互动。但中国的情况比较特殊，一是发电企业执行核定电价和电量政策，使不同的发电企业上网电价存在较大差别；二是用户侧实施目录电价，不同的用户电价也存在较大差别。从这个意义上讲，允许发电企业和（或）用户全方位参与电力调度交易，目前都不现实。但是可以借鉴国外的成功经验，考虑国内现行电力管理体制，赋予发电企业和用户部分自主权，使其参与电力调度，以解决节能发电调度的瓶颈问题，充分发挥用户参与互动的积极性来创造经济和安全效益。因此，互动式节能调度是指在不影响电网安全的前提下，赋予发电企业、用户一定的自主权，允许其将发电计划、用电计划向节能的方向调整，并可从中获得相应的经济利益。互动式节能调度的基本框架由发电企业参与互动的集中调度与发电企业自主调度相协调的节能调度和用户参与互动的基于尖峰负荷边际能耗的用户侧互动优化调度组成。
二、互动式节能调度模型和算法
2.1 互动式节能调度模型
应智能电网的要求，互动式节能调度的内涵更加丰富，除了降低发电化石能源消耗这一传统节能调度的目标之外，还需要考虑其他因素。为提高所制定的调度计划的可行性，需要考虑不同条件下，不同目标的一致性、重要性以及协调方式。为实现真正可行的节能调度，在约束条件方面，将需要更全面、准确地考虑电网运行中的不确定性，如负荷的不确定性、设备运行状态的不确定性、外部环境的不确定性等。为实现可靠、有效地削峰，还需要考虑负荷预测方法在电网互动环境下的预测精度问题。
在决策变量方面，除了考虑传统的机组出力，还应充分考虑发电企业、电网企业以及用户的参与及互动。为保证互动式节能调度的顺利实施，需要考虑三者之间的协调问题。为解决以上问题，将对以下几个模型进行探讨。
1）多目标一致性评估模型。研究互动式节能调度的目标是否与传统节能调度的目标具有一致性：若一致性程度高，可采用简易的加权平均方式形成单一化的目标函数；若不一致，则需考虑不同情况下不同目标的重要性。对低碳发电调度与节能发电调度展开了一致性评估研究，从解的一致性和目标函数的一致性角度来对低碳电力调度与节能发电调度等多目标进行一致性评估，研究节能发电调度对低碳目标要求的适应性，以及低碳与节能相互协调调度的方法。而对于低成本、高可靠性等目标与节能目标的一致性仍有待进一步研究。研究节能、低碳、低成本以及高可靠性等目标之间的关系，分析这些多目标一致性的程度，实现在不同条件下多目标的协调等。
2）多目标协调优化模型。针对互动式节能调度中，多目标一致性评估中不一致的情况进行多目标协调优化。由于互动式节能调度中可能会存在多个目标函数，其协调优化问题的复杂度将大大提高。通过对影响每一个单目标的基本要素进行研究，建立多目标协调优化模型，利用决策树的方法，分析在不同条件下应采用的优化目标。可将调度计划按时间尺度细分成实时、分钟、小时、天、周、月和年调度计划，对不同时间尺度调度计划的调度资源及其对节能优化目标的影响程度进行研究，在不同时间尺度调度计划中调用其各自最优的可调度资源，来实现节能调度。
3）调度计划的时间颗粒度优化模型。目前调度计划的时间颗粒度（时段长度）基本为一个固定值，较普遍的情况是15min。是否可通过优化调度计划的时间颗粒度来提高调度计划的优化程度？例如：在负荷短期内可能产生较大波动，且调用自动发电控制（AGC）、旋转备用等能耗和成本相对普通发电机组较高的情况下，可通过细化时段长度及更准确把握负荷波动情况，来优化调度计划。在波动性电源大量接入的情况下，建立调度计划的时间颗粒度优化模型以进一步优化调度计划具有较大意义。
4）智能多代理模型。为保证发电企业、电网企业以及用户三方能够很好地协调、处理互动过程中的行为，可以利用比较成熟的智能多代理理论，建立智能多代理模型，将具有智能性、中介性、机动性等特点，并将能在特定环境下运行的软件实体嵌入互动式节能调度中，通过统一的调控一体化平台，实现智能多主体共同决策。随着未来电力市场完全开放，以及互动式节能调度体系日渐成熟，用户完全参与电力市场中的电力交易，此时需要研究博弈理论，建立协作博弈的基本模型，探讨发电企业、电网企业以及用户在电力市场中利益分配的问题，最大限度地发挥三者的自主性，推动互动式节能调度的发展。
2.2 互动式节能调度优化算法
电力系统互动式节能调度是一个超大规模、离散、非线性、时变的优化问题。很多学者和研究机构在电力系统优化调度新型算法上已经有了较多的研究。例如：启发式方法、动态规划法、拉格朗日松弛法、混合整数规划法、遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、神经网络算法等在机组组合优化中已有广泛应用。但随着智能电网的建设和互联电网的形成，电网优化计算量随着问题规模的增加而呈指数上涨的趋势，而且其非线性程度高、离散变量多的问题尤为突出。在以往的优化调度算法研究中，由于计算量的限制经常会忽略很多约束条件，特别是在节能优化调度中引入多方互动后，优化调度计算将更加复杂，继续采用以往的优化算法会导致优化深度不够。为应对这些问题，可从以下几个方面进行探讨。
1）基于贪婪算法的可伸缩机组组合算法。引入互动后，在保证安全稳定的前提下，互动式节能调度优化算法应以法律规定要求为基础，充分考虑机组煤耗水平，分析影响机组开停的其他因素，引入多贪婪因子的贪婪算法解决机组开机排序问题。当发电企业之间申请转移电量较多时，在处理电网安全校核、能耗校核时可能会有影响，需采用遍历算法来保证安全和节能效果；其他情况时则可采用贪婪算法，根据节能发电调度的管理办法，对机组进行排序来实现节能。
2）基于综合煤耗微增率的出力优化分配方法。由于目前大规模互联电网在远距离输电情况下发电企业存在线损问题，即发电厂能耗可能降低，但线损可能升高。在以等综合煤耗微增率为原则的基础上，考虑线损对系统煤耗的影响，降低系统发电煤耗，实现出力最优。
3）基于云計算的电网优化调度计算。为了解决引入互动后优化深度不足的问题，可以结合遍历法对开停状态不明确的边际机组进行开停状态的遍历。而为了在保证优化深度的前提下使得计算量具有较强的伸缩性，适宜引入云计算。云计算是一种充分利用计算资源的并行计算方法，具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性和高扩展性等特征，是构建未来智能电网的计算平台的重要工具。研究构造基于云计算的电力调度系统架构是未来电网重要研究方向之一，充分利用闲置计算资源，一方面直接降低了电力企业的相关投资，另一方面可较大幅度地提高电网调度计划的优化深度。
参考文献：
[1]罗毅，王英英，王安斯，施林，涂光瑜，林湘宁，毛承雄，张步涵. 智能电网的一种分层协同式“系统的系统”概念模型[J]. 电力系统自动化，2009，17：6-9+104.
[2]万明忠，蒋荣安，姚艺强. 电力设计咨询行业在智能电网研究和建设中的责任与任务[J]. 电力勘测设计，2010，03：56-61.