智能电网信息管理系统的复杂性特征分析及启示

刘喜梅，睢 杰

（华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206）

随着智能电网建设与电力市场改革的逐步推进，电网规模将迅速扩张，电网需要处理和分析的信息以及环境知识将更趋多元和庞杂，电网的信息化特征日趋明显，这就对电网信息管理提出了更高要求。与传统信息管理不同，新型电网信息管理必须是一个具备智能化运作特点的动态适应性系统，需要具有良好的柔性、可延展性与自适应性等特征，能够有效实现电网运行各环节中的数据搜集、预测、计划、自组织、自控制与辅助决策等智能化功能，为最优化完成智能电网环境下的电力生产运营与交易提供全新的信息平台支持。可见，未来的智能电网信息管理将是一个具备复杂性特征的综合管理系统。

然后，由于目前智能电网建设在我国还处于初期阶段，对其信息管理系统的复杂性特征认识还不明确，这将不利于智能电网的战略规划、有序推进和科学管理。因此，需要采用新型的科学管理理论与方法，对其展开深入研究。基于此，本文的研究思路是：结合复杂科学理论，针对我国智能电网的发展和初步规划，深入分析智能电网信息系统的复杂性特征，并为我国智能电网的信息化建设提出科学管理思路。

一、智能电网及其信息化特征

（一）智能电网的含义以及我国的发展

随着全球经济虚拟化与能源市场化趋势，以及对能源可持续与清洁安全供应的迫切要求，使得电力产业必须在技术、经济与管理上需做出较大变革，发展智能电网的愿景应运而生。

2003年6月，美国“未来能源联盟智能电网工作组”首先提出智能电网（smart grid）概念，认为它是一个“集成了传统现代电力工程技术、高级传感和监视技术、信息与通信技术，并具备更加完善的性能，能够为用户提高系列增值服务的电网系统”。

虽然目前对智能电网的认识还存有不同，各国发展方向和技术重点也有所侧重，但基本含义趋于一致，即智能电网是在新型智能技术支持下，资源－经济－环境互动的电网与相关服务的综合集成系统。具体来讲，就是将先进的现代传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和人工智能、自动控制技术高度集成到物理电网中，并能提供多元、互动的增值服务，具备智能化决策能力的新型电网系统。智能电网应能够在复杂环境下确保电力供应的安全性、可靠性、经济性，互动性、持续性、清洁性，为用户提供高附加值的服务。

2007年，我国的智能电网建设初见端倪，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目。2009年形成一定的发展思路，2009年5月21日，国家电网公司提出我国建设坚强智能电网（strong smart grid）的发展规划，其中特别强调了“坚强”一词，凸显了智能电网的技术特征，强调了电网运行的安全性。规划的具体内容如表1所示。2009年8月，国家电网公司启动了智能化规划编制、标准体系研究与制定、研究检测中心建设、重大专项研究和试点工程等一系列工作。2010年1月，国家电网公司制定了《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》，确定了建设坚强智能电网的基本原则和总体目标。2010年全国“两会”上，温家宝总理在《政府工作报告》中强调：“大力发展低碳经济，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设”。这标志着智能电网建设已成为国家的基本发展战略。

表1 我国建设坚强智能电网的发展规划

（二）智能电网的信息化特征

毫无疑问，智能电网是对传统电网的一次技术与管理革命。根据我国智能电网规划和实践，智能电网重点发展方向可表述为：坚强、自愈、清洁、经济、交互、优质。这是一个以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。其具体含义见表2。

我国智能电网要实现以上这些特征，均需要复杂的信息采集、分析、处理集成技术和科学系统化的信息管理作为支持，电力流、业务流与资金流实际上是信息流的集合，贯穿于电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节。即在智能电网的每种特征描述上与每个环节的运行上，都需要大量的信息采集、整理、预测和监控，其信息化和数字化特征非常明显。如图1所示。

表2 我国智能电网的主要特征

因此，在各种高科技技术包括仪器设备制造、电路电子、通信工程与导航、遥测、遥控与遥感等技术支持下，集成新型的网络信息技术，对电网运行实施全面系统科学的信息化管理，是构建坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、互联互动的智能电网系统的重要基础。显然，建设坚强智能电网，首先需要加强对智能电网信息系统的建设，这是一项复杂的系统科学管理工程。

二、智能电网信息管理系统的复杂性特征

（一）复杂适应系统以及基本特征

一般来说，系统是指为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互关联的一个集合体或装置（部件）。复杂适应系统（complex Agent system，CAS）是一类很有代表性的复杂系统，它是由美国计算机科学家霍兰（J.H.Holland）教授于1994年提出。但目前还没有一个严格的定义。复杂适应系统理论的基本思想是：CAS是由大量能动的个体（Active Agent）组成的，个体之间存在复杂的相互作用，并且个体的相互作用和行为影响着系统赖以生存的环境，而个体和环境相互不间断的影响，又改变着较高层次的系统。这种主动性以及相互作用，即“适应性”是系统发展和进化的基本动因，这就是CAS理论的基本思想——适应产生复杂性。

不同领域的复杂适应系统应具有一些相同属性。一般来说，应包括：智能性、多层次性、非线性交互、涌现性、非平衡有序、分散控制、自适应性、自组织性、动态性等特点。如表3所示：

表3 复杂适应系统的特征

（二）智能电网信息系统的复杂性特征分析

一般而言，智能电网信息系统是由人（具有创造性思维的各层管理者与员工）、资金（能源金融领域的投融资）、物（智能化的电力通信设备与信息技术）、信息（电网各层面的经验知识与数据）等资源构成的具有管理属性的人机综合系统。以下参照复杂适应系统的特点，考察智能电网信息系统的复杂性特征。具体描述见表4。

表4 智能电网信息系统的复杂性特征

对照复杂性适应系统特点，不难看出，智能电网信息管理系统具备典型的复杂性特征，属于一个复杂性适应系统，它与传统电力信息管理系统存在着根本区别不同，主要体现在：

1.处理对象不同。不仅有电力数据，还有知识。获取、存取和处理知识的能力是智能电网信息管理系统与传统系统的主要区别。知识包括专家经验与历史处理经验和诀窍等。所以智能电网信息管理系统也是一个基于知识处理的系统。

2.求解模式不同。智能电网信息管理系统往往采用人工智能求解模式来获得结果。有三个明显特征，即求解算法具有复杂性，往往是非确定型的或启发式的；求解在很大程度上依赖知识；求解方法大致分为搜索、推理和规划三类。

3.执行与控制模式不同。智能电网信息管理系统具有现场感应（环境适应）能力，即自组织性与自适应性，具有智能化执行命令和自动控制性极强的特点。

该系统的构建需要全面使用现代计算机技术、网络通讯技术、数据库技术、运筹学、统计学、模型论和人工智能等各种最优化技术。

三、对我国智能电网信息化管理的启示

（一）智能电网的信息化管理，需要借鉴复杂科学管理思维

复杂科学管理的研究对象是社会层面上的复杂系统，如社会经济系统、金融系统、企业系统等。其思维模式包括：系统思维——研究复杂问题的思考方式；环状因果思维——观察复杂问题的角度；模块化思维——分析复杂问题的思维过程；可视化思维——研究复杂问题的思维方法。

智能电网信息管理系统是一个具有高度复杂性、多元性和综合性的人机系统。该系统既属于技术系统，也属于社会系统，因此，智能电网的信息化管理也可采取复杂科学管理思维模式。

1.系统思维。结合智能电网信息管理的复杂特征，根据系统目标（优化电力资源、提高智能信息管理效率，实时预测电网运行等），将各类现实与潜在资源（包括各种显性与隐性知识）进行整合与优化，发挥其涌现性作用，该系统需要资源－组织－个体的协调配合和有效运作；

2.环状因果思维。电网系统各环节的信息管理具动态性、非线性、交互性的复杂环状因果关系。如用户信息改变将导致发电配电生产行为信息改变，电价与电量信息改变，又会影响用电信息。系统中各种因素的变化，将会导致其他因素甚至系统与环境发生变化，所以需要谨慎处理智能电网信息管理系统流程各环节的关系。

3.模块化思维。按照智能电网发展要求，可构建不同层次的智能化信息模块，如电力再生产层、区域层、管理层、资源层与电源层信息模块等等，

4.可视化思维。在智能电网信息管理中，各种资源、供求、管理等复杂关系可通过循环图、结构图、流程图等加以解释，充分调动管理人员的想象力，创造性解决智能电网信息管理问题

（二）智能电网的信息化管理，需要加快实施智能电网信息技术的创新

坚强的智能电网需要坚强的智能信息化技术，信息技术硬件建设是实现电网智能化的关键，这是一项系统信息技术工程建设，包括输电网的状态监测技术、变电站设备的在线监测技术、配电网智能化通信组网、智能馈线的自动化与信息技术、微网控制信息技术、智能调度的可视化技术、互动智能电表与需求侧管理的信息技术等等，涉及到智能电网建设的各个环节，这些技术不仅需要借鉴国外的引进技术，更需要国内相关技术部门的研发，应充分利用国内高新产业群及电网系统内部的技术研发部门的合作创新机制，加快其创新与应用。

（三）智能电网的信息化管理，需要加强对电网信息技术管理人才的培养

坚强的智能信息化管理除了需要加强信息技术硬件建设，突破技术瓶颈外，信息管理人才队伍的培养和建设也十分重要。智能电网信息管理的复杂性特点，包括智能化、非线性行为、自适应性与自组织性、涌现性等，不仅需要提高目前电网设备的人工智能水平，更需要提高信息管理人员的智能决策水平和科学管理水平，以适应电网运行的高标准要求，提高人机界面的开发、操作与应对环境变化和意外风险的能力。在人才队伍建设上，要结合智能电网信息管理规划，加强对专业信息管理人才的培养，以及各层级管理人员的信息管理水平培训。

（四）智能电网的信息化管理，在微观上需要加强企业管理制度建设

由于智能电网的信息化管理可以根据环境、资源与目标的不同，可采用多层面多环节的信息智能体模块结构，实现各分散控制系统的目标诉求，所以智能电网信息化管理系统的动态性、非均衡演化性等复杂性特点，对其管理组织建设与其他制度提出了更高要求，要求有相应的柔性组织结构与制度体系的配套支持，包括组织战略、组织目标、组织结构、组织过程和组织文化等。因此，电网企业系统内部应该建立并健全适应智能电网发展的科学、明确的管理制度。

（五）智能电网的信息化管理，在宏观上需要相关政府部门的政策支持

智能电网建设是一项适合我国国情的基础能源系统建设项目，该项目不仅促进了电网系统运行的技术经济效率，而且将带动能源与相关产业发展与技术进步，为我国经济的可持续发展提供坚强有力的能源安全保障，应该从国家战略层面上予以支持与保障。因此，智能电网建设不仅需要电网企业系统内部的技术、制度与人才支持，更应该国家宏观层面的政策支持与制度保障，如设立智能电网技术创新基金，提出促进智能电网技术引进与研发的优惠财税政策与信贷政策，建立智能电网设备与信息技术标准化体系，为促进我国智能电网科学发展的宏观政策与保障制度体系。

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