復雜系統理論的電網規劃教學探討

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摘要:從復雜適應系統理論的角度，對電力市場環境下的電網規劃進行復雜性建模和演化分析，并探討其在教學中的可行性及要點。分析影響電網規劃的各種因素，尋找其復雜性根源，對電網投資建設、輸電價格及電網可靠性關系進行動態分析，通過構建合理的演化機制，對電力市場的重要指標進行評估，提出規劃信號作用于電網投資建設的規律。

關鍵詞:電網規劃；復雜適應系統理論；電力市場

0前言

隨著電力市場化改革的日趨深入及電力系統規模的不斷擴大，研究電網規劃的復雜性問題越顯重要，其體制上也需要相應轉變：研究的重點應愈加重視電網規劃在宏觀層面的布局和發展戰略分析，以及科學合理的政策、決策分析。因此，對電力市場環境下的電網投資規劃進行深入研究，更具有顯著的理論意義和實用價值。如何在電力市場環境下，構建一個合理的數學模型，使其既能反映電網自身的物理規律，又能反映電力市場特有的經濟規律[1]，從而有效應用于電網投資規劃及分析，成為當務之急。對電網規劃復雜性問題的教學中，首先應探討復雜性的本質，通過分析影響電網規劃的各要素之間的關聯，尋找復雜性問題的根源[2]；然后提出對復雜性問題研究的可行性手段，通過對電網投資建設和輸電價格及電網可靠性關系進行動態分析，并構建合理的演化機制，對電力市場的重要指標進行評估，發現規劃信號作用于電網投資建設等內在規律。

1電網規劃的復雜性

在市場環境下，電力系統的物理特性和電力市場的經濟特性是導致電力系統復雜性問題的主要根源[3]。電網是電力系統中重要的一環，不僅受到電力系統內部各要素的影響，還受到社會經濟、法規政策、產業結構、自然環境、技術進步、人口增長等因素的影響[4]。因此，可將電網規劃視為一個復雜系統，從復雜性問題的角度對其進行深入研究。電網規劃各要素的關聯模型如圖1所示。從宏觀層面來看，社會經濟、政策法規、產業結構調整等因素是影響電網規劃的深層原因，在經濟發展的不同階段，國家采取的宏觀調控政策有所不同，甚至產業政策也會不同，相應的政策影響企業的生產和發展，從而影響電力的需求。同時，電力投資材料的價格、電價的變動對電廠的投資和資本回收影響很大，其他相關電力投資激勵措施的實施也會對電源、電網建設、電力供應產生影響。因此，宏觀經濟的發展可作為電網規劃建設的根本動能。傳統的電網規劃研究，通常只考慮物理層面的安全穩定約束。而基于電力市場環境的電網規劃，不僅要考慮電網高度時變的物理約束條件造成的影響，還要考慮市場競爭環境帶來的新變化，如電網阻塞、市場力、柔性的可靠性準則等。對于這樣一個多優化目標、多約束條件且具有高度不確定性的問題，復雜適應系統理論為人們提供了研究方法，該理論的基本思想就是適應性產生復雜性。依據該理論，可假定電力系統的各組成部分為主體單元（如電源系統、電網、電力需求等），將社會經濟、政策法規等宏觀因素視為環境，將電能和資金作為交互手段。各主體單元會持續受到外部環境的影響，彼此之間也自發地發生交互作用。電力系統作為復雜系統，各主體單元會通過自主學習并積累經驗，不斷地更新自己的策略，并選擇優化的行為方式，以適應外部環境的變化，保持各單元之間的協調一致，實現整個復雜系統的不斷發展和演化。

2電網投資規劃建模分析

本文主要討論電網投資規劃，立足于宏觀層面的問題，通過定性和定量分析外界環境、法規政策等因素的影響，對多個方案進行比較，研究電網的發展戰略和投資的可行性[5-6]。從投資者的角度來看，對電力市場環境下的電網投資規劃分析與建模，需要對不同政策環境下的不同決策方案進行比較。國內外的研究表明：對電力系統的仿真研究是電網運行及規劃的重要組成部分。對于電網投資規劃，同樣需要進行建模仿真，探討電網規劃的長期穩定性和發展趨勢，研究系統的動態行為，為投資者制定決策提供科學的分析依據。復雜系統建模，首先要分析系統的基本演化規律。電網投資建設和輸電價格及電網可靠性的關系如圖2所示。由圖2可知，電網建設直接受到電力負荷的影響，負荷的增長要求電網加強建設，而電網建設的增加則會通過投資渠道導致輸電價格的變化。同時，電網建設直接關系到電網的可靠性，電網可靠性的改變又影響到政府對價格調整的態度，從而影響到輸電價格的調整。最終，輸電價格的調整情況會對電網建設資金和電網企業投資積極性產生影響，并影響下一輪的電網建設。

3電網投資規劃演化機制

穩定的電力市場環境能夠正確引導對電網的投資和建設，從而保證電力系統的長期穩定運行。因此，市場的供求平衡及分布決定了電網的阻塞狀況；市場成員可通過制定策略獲得市場力；可靠性對電網的安全運行產生約束。通過構建合理的演化機制，對電力市場中的阻塞、市場力、可靠性和輸電價格進行評估，并通過規劃信號作用于電網投資建設，實現電網規劃和電力市場的均衡發展。其演化機制如圖3所示。如果定義一個合理的指標來反映環境因素對電網建設的規劃信號，即可實現電網規劃與市場環境的關聯。例如：電力市場環境下的阻塞反映了市場供求和平衡狀況以及電網結構的合理程度，當阻塞強度足夠大時，則會通過規劃信號反映到電網規劃環節，并驅使電網進行相應的投資建設。因此，兩者之間是相互制約、相互促進的動態平衡關系。如果將電網投資規劃看作一個適應性主體，它與電力市場環境不斷進行交互作用，通過策略調整保持良好的外界環境，以保證電網建設處于穩定發展狀態。當外部因素導致電網可靠性發生改變時，這種變化會傳遞給電網建設主體，隨著電網規劃信號強度的不斷增大，電網主體單元采取策略改善環境的意愿也隨之加強，直至電網完成相應的投資建設，并通過電網可靠性指標反饋給電力市場，系統回復到一種均衡狀態。此外，電網建設還可通過投資渠道影響輸電價格的變化，而輸電價格的調整會通過電網建設資金和電網企業投資積極性等因素反饋回電網建設主體，影響其投資規劃策略的制定。

4結束語

復雜適應系統理論可從更廣的視野對電力市場環境下的電網規劃進行建模和分析。本文著重觀察電力系統的宏觀特性，對電力市場環境和電網規劃之間的交互關系進行深入研究，發現可將阻塞、市場力、可靠性和輸電價格等因素作為市場環境的重要指標，以規劃信號作用于電網投資建設；同樣，電網規劃也會直接影響到外界環境的質量，這構成一個反饋環。通過構建合理的演化機制，將電網規劃作為一個適應性主體，在市場環境下不斷地學習和進化，最終實現電網規劃和電力市場的均衡發展。本文主要從復雜適應系統理論建模的角度分析電網規劃問題，并提出其在教學中的可行性及要點。在將來的研究中，筆者將會以此作為理論基礎，繼續對電網規劃的復雜適應系統建模進行深入研究，通過實驗仿真方法探索電力市場環境下電網規劃的本質規律，并對其在教學中的應用進行更深入研究。

參考文獻

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[[3]游義剛,周曉陽.電力市場的信息范式[J].電力系統及其自動化學報,2007(6):88-92.

[4]徐敏杰,吳俊勇,胡兆光,等.電力市場環境下基于多智能體的多目標電網規劃方法[J].電力自動化設備,2008(1):33-37.

[5]王偉,張粒子,舒雋,等.基于系統動力學的宏觀層電網規劃的仿真模型[J].中國電機工程學報,2008,28(4):88-93.

[6]丁偉,胡兆光.智能工程理論擴展及其在電網規劃中的應用[J].中國電機工程學報,2008,28(16):15-21.

作者:游義剛 張志剛