智能電網信息管理系統的復雜性特征分析及啟示

劉喜梅，睢 杰

（華北電力大學 經濟與管理學院，北京 102206）

隨著智能電網建設與電力市場改革的逐步推進，電網規模將迅速擴張，電網需要處理和分析的信息以及環境知識將更趨多元和龐雜，電網的信息化特征日趨明顯，這就對電網信息管理提出了更高要求。與傳統信息管理不同，新型電網信息管理必須是一個具備智能化運作特點的動態適應性系統，需要具有良好的柔性、可延展性與自適應性等特征，能夠有效實現電網運行各環節中的數據搜集、預測、計劃、自組織、自控制與輔助決策等智能化功能，為最優化完成智能電網環境下的電力生產運營與交易提供全新的信息平臺支持。可見，未來的智能電網信息管理將是一個具備復雜性特征的綜合管理系統。

然后，由于目前智能電網建設在我國還處于初期階段，對其信息管理系統的復雜性特征認識還不明確，這將不利于智能電網的戰略規劃、有序推進和科學管理。因此，需要采用新型的科學管理理論與方法，對其展開深入研究。基于此，本文的研究思路是：結合復雜科學理論，針對我國智能電網的發展和初步規劃，深入分析智能電網信息系統的復雜性特征，并為我國智能電網的信息化建設提出科學管理思路。

一、智能電網及其信息化特征

（一）智能電網的含義以及我國的發展

隨著全球經濟虛擬化與能源市場化趨勢，以及對能源可持續與清潔安全供應的迫切要求，使得電力產業必須在技術、經濟與管理上需做出較大變革，發展智能電網的愿景應運而生。

2003年6月，美國“未來能源聯盟智能電網工作組”首先提出智能電網（smart grid）概念，認為它是一個“集成了傳統現代電力工程技術、高級傳感和監視技術、信息與通信技術，并具備更加完善的性能，能夠為用戶提高系列增值服務的電網系統”。

雖然目前對智能電網的認識還存有不同，各國發展方向和技術重點也有所側重，但基本含義趨于一致，即智能電網是在新型智能技術支持下，資源－經濟－環境互動的電網與相關服務的綜合集成系統。具體來講，就是將先進的現代傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和人工智能、自動控制技術高度集成到物理電網中，并能提供多元、互動的增值服務，具備智能化決策能力的新型電網系統。智能電網應能夠在復雜環境下確保電力供應的安全性、可靠性、經濟性，互動性、持續性、清潔性，為用戶提供高附加值的服務。

2007年，我國的智能電網建設初見端倪，華東電網正式啟動了智能電網可行性研究項目。2009年形成一定的發展思路，2009年5月21日，國家電網公司提出我國建設堅強智能電網（strong smart grid）的發展規劃，其中特別強調了“堅強”一詞，凸顯了智能電網的技術特征，強調了電網運行的安全性。規劃的具體內容如表1所示。2009年8月，國家電網公司啟動了智能化規劃編制、標準體系研究與制定、研究檢測中心建設、重大專項研究和試點工程等一系列工作。2010年1月，國家電網公司制定了《關于加快推進堅強智能電網建設的意見》，確定了建設堅強智能電網的基本原則和總體目標。2010年全國“兩會”上，溫家寶總理在《政府工作報告》中強調：“大力發展低碳經濟，推廣高效節能技術，積極發展新能源和可再生能源，加強智能電網建設”。這標志著智能電網建設已成為國家的基本發展戰略。

表1 我國建設堅強智能電網的發展規劃

（二）智能電網的信息化特征

毫無疑問，智能電網是對傳統電網的一次技術與管理革命。根據我國智能電網規劃和實踐，智能電網重點發展方向可表述為：堅強、自愈、清潔、經濟、交互、優質。這是一個以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的現代電網。其具體含義見表2。

我國智能電網要實現以上這些特征，均需要復雜的信息采集、分析、處理集成技術和科學系統化的信息管理作為支持，電力流、業務流與資金流實際上是信息流的集合，貫穿于電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節。即在智能電網的每種特征描述上與每個環節的運行上，都需要大量的信息采集、整理、預測和監控，其信息化和數字化特征非常明顯。如圖1所示。

表2 我國智能電網的主要特征

因此，在各種高科技技術包括儀器設備制造、電路電子、通信工程與導航、遙測、遙控與遙感等技術支持下，集成新型的網絡信息技術，對電網運行實施全面系統科學的信息化管理，是構建堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、互聯互動的智能電網系統的重要基礎。顯然，建設堅強智能電網，首先需要加強對智能電網信息系統的建設，這是一項復雜的系統科學管理工程。

二、智能電網信息管理系統的復雜性特征

（一）復雜適應系統以及基本特征

一般來說，系統是指為實現規定功能以達到某一目標而構成的相互關聯的一個集合體或裝置（部件）。復雜適應系統（complex Agent system，CAS）是一類很有代表性的復雜系統，它是由美國計算機科學家霍蘭（J.H.Holland）教授于1994年提出。但目前還沒有一個嚴格的定義。復雜適應系統理論的基本思想是：CAS是由大量能動的個體（Active Agent）組成的，個體之間存在復雜的相互作用，并且個體的相互作用和行為影響著系統賴以生存的環境，而個體和環境相互不間斷的影響，又改變著較高層次的系統。這種主動性以及相互作用，即“適應性”是系統發展和進化的基本動因，這就是CAS理論的基本思想——適應產生復雜性。

不同領域的復雜適應系統應具有一些相同屬性。一般來說，應包括：智能性、多層次性、非線性交互、涌現性、非平衡有序、分散控制、自適應性、自組織性、動態性等特點。如表3所示：

表3 復雜適應系統的特征

（二）智能電網信息系統的復雜性特征分析

一般而言，智能電網信息系統是由人（具有創造性思維的各層管理者與員工）、資金（能源金融領域的投融資）、物（智能化的電力通信設備與信息技術）、信息（電網各層面的經驗知識與數據）等資源構成的具有管理屬性的人機綜合系統。以下參照復雜適應系統的特點，考察智能電網信息系統的復雜性特征。具體描述見表4。

表4 智能電網信息系統的復雜性特征

對照復雜性適應系統特點，不難看出，智能電網信息管理系統具備典型的復雜性特征，屬于一個復雜性適應系統，它與傳統電力信息管理系統存在著根本區別不同，主要體現在：

1.處理對象不同。不僅有電力數據，還有知識。獲取、存取和處理知識的能力是智能電網信息管理系統與傳統系統的主要區別。知識包括專家經驗與歷史處理經驗和訣竅等。所以智能電網信息管理系統也是一個基于知識處理的系統。

2.求解模式不同。智能電網信息管理系統往往采用人工智能求解模式來獲得結果。有三個明顯特征，即求解算法具有復雜性，往往是非確定型的或啟發式的；求解在很大程度上依賴知識；求解方法大致分為搜索、推理和規劃三類。

3.執行與控制模式不同。智能電網信息管理系統具有現場感應（環境適應）能力，即自組織性與自適應性，具有智能化執行命令和自動控制性極強的特點。

該系統的構建需要全面使用現代計算機技術、網絡通訊技術、數據庫技術、運籌學、統計學、模型論和人工智能等各種最優化技術。

三、對我國智能電網信息化管理的啟示

（一）智能電網的信息化管理，需要借鑒復雜科學管理思維

復雜科學管理的研究對象是社會層面上的復雜系統，如社會經濟系統、金融系統、企業系統等。其思維模式包括：系統思維——研究復雜問題的思考方式；環狀因果思維——觀察復雜問題的角度；模塊化思維——分析復雜問題的思維過程；可視化思維——研究復雜問題的思維方法。

智能電網信息管理系統是一個具有高度復雜性、多元性和綜合性的人機系統。該系統既屬于技術系統，也屬于社會系統，因此，智能電網的信息化管理也可采取復雜科學管理思維模式。

1.系統思維。結合智能電網信息管理的復雜特征，根據系統目標（優化電力資源、提高智能信息管理效率，實時預測電網運行等），將各類現實與潛在資源（包括各種顯性與隱性知識）進行整合與優化，發揮其涌現性作用，該系統需要資源－組織－個體的協調配合和有效運作；

2.環狀因果思維。電網系統各環節的信息管理具動態性、非線性、交互性的復雜環狀因果關系。如用戶信息改變將導致發電配電生產行為信息改變，電價與電量信息改變，又會影響用電信息。系統中各種因素的變化，將會導致其他因素甚至系統與環境發生變化，所以需要謹慎處理智能電網信息管理系統流程各環節的關系。

3.模塊化思維。按照智能電網發展要求，可構建不同層次的智能化信息模塊，如電力再生產層、區域層、管理層、資源層與電源層信息模塊等等，

4.可視化思維。在智能電網信息管理中，各種資源、供求、管理等復雜關系可通過循環圖、結構圖、流程圖等加以解釋，充分調動管理人員的想象力，創造性解決智能電網信息管理問題

（二）智能電網的信息化管理，需要加快實施智能電網信息技術的創新

堅強的智能電網需要堅強的智能信息化技術，信息技術硬件建設是實現電網智能化的關鍵，這是一項系統信息技術工程建設，包括輸電網的狀態監測技術、變電站設備的在線監測技術、配電網智能化通信組網、智能饋線的自動化與信息技術、微網控制信息技術、智能調度的可視化技術、互動智能電表與需求側管理的信息技術等等，涉及到智能電網建設的各個環節，這些技術不僅需要借鑒國外的引進技術，更需要國內相關技術部門的研發，應充分利用國內高新產業群及電網系統內部的技術研發部門的合作創新機制，加快其創新與應用。

（三）智能電網的信息化管理，需要加強對電網信息技術管理人才的培養

堅強的智能信息化管理除了需要加強信息技術硬件建設，突破技術瓶頸外，信息管理人才隊伍的培養和建設也十分重要。智能電網信息管理的復雜性特點，包括智能化、非線性行為、自適應性與自組織性、涌現性等，不僅需要提高目前電網設備的人工智能水平，更需要提高信息管理人員的智能決策水平和科學管理水平，以適應電網運行的高標準要求，提高人機界面的開發、操作與應對環境變化和意外風險的能力。在人才隊伍建設上，要結合智能電網信息管理規劃，加強對專業信息管理人才的培養，以及各層級管理人員的信息管理水平培訓。

（四）智能電網的信息化管理，在微觀上需要加強企業管理制度建設

由于智能電網的信息化管理可以根據環境、資源與目標的不同，可采用多層面多環節的信息智能體模塊結構，實現各分散控制系統的目標訴求，所以智能電網信息化管理系統的動態性、非均衡演化性等復雜性特點，對其管理組織建設與其他制度提出了更高要求，要求有相應的柔性組織結構與制度體系的配套支持，包括組織戰略、組織目標、組織結構、組織過程和組織文化等。因此，電網企業系統內部應該建立并健全適應智能電網發展的科學、明確的管理制度。

（五）智能電網的信息化管理，在宏觀上需要相關政府部門的政策支持

智能電網建設是一項適合我國國情的基礎能源系統建設項目，該項目不僅促進了電網系統運行的技術經濟效率，而且將帶動能源與相關產業發展與技術進步，為我國經濟的可持續發展提供堅強有力的能源安全保障，應該從國家戰略層面上予以支持與保障。因此，智能電網建設不僅需要電網企業系統內部的技術、制度與人才支持，更應該國家宏觀層面的政策支持與制度保障，如設立智能電網技術創新基金，提出促進智能電網技術引進與研發的優惠財稅政策與信貸政策，建立智能電網設備與信息技術標準化體系，為促進我國智能電網科學發展的宏觀政策與保障制度體系。

［1］史忠植.智能Agent及其應用［M］.北京：科學出版社，2000.

［2］狄義偉.面向未來智能電網的智能調度研究［D］.山東大學，2010.

［3］田廓，鄢帆，薛松，曾鳴.建設中國特色堅強智能電網技術經濟關鍵問題框架研究［J］.華東電力，2010（1）.

［4］C.Pahl－Wostl.The implications of complexity for integrated resources management.EnvironmentalModelling＆Software，2007（22）：561－569.

［5］王學穎.復雜科學管理系統思維模式下的信息資源規劃［J］.情報科學，2008（10）.

［6］（美）霍蘭.隱秩序［M］.周曉牧，韓暉，譯.上海：上海科技教育出版社，2000：154－157.

［7］陳禹.復雜適應系統（CAS）理論及其應用—由來、內容與啟示［J］.系統辯證學學報，2001（4）.

［8］Bonabeau，E.Understanding and managing complexity risk［J］.MIT Sloan Management Review，2007（4）.