复杂系统理论的电网规划教学探讨

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摘要:从复杂适应系统理论的角度，对电力市场环境下的电网规划进行复杂性建模和演化分析，并探讨其在教学中的可行性及要点。分析影响电网规划的各种因素，寻找其复杂性根源，对电网投资建设、输电价格及电网可靠性关系进行动态分析，通过构建合理的演化机制，对电力市场的重要指标进行评估，提出规划信号作用于电网投资建设的规律。

关键词:电网规划；复杂适应系统理论；电力市场

0前言

随着电力市场化改革的日趋深入及电力系统规模的不断扩大，研究电网规划的复杂性问题越显重要，其体制上也需要相应转变：研究的重点应愈加重视电网规划在宏观层面的布局和发展战略分析，以及科学合理的政策、决策分析。因此，对电力市场环境下的电网投资规划进行深入研究，更具有显著的理论意义和实用价值。如何在电力市场环境下，构建一个合理的数学模型，使其既能反映电网自身的物理规律，又能反映电力市场特有的经济规律[1]，从而有效应用于电网投资规划及分析，成为当务之急。对电网规划复杂性问题的教学中，首先应探讨复杂性的本质，通过分析影响电网规划的各要素之间的关联，寻找复杂性问题的根源[2]；然后提出对复杂性问题研究的可行性手段，通过对电网投资建设和输电价格及电网可靠性关系进行动态分析，并构建合理的演化机制，对电力市场的重要指标进行评估，发现规划信号作用于电网投资建设等内在规律。

1电网规划的复杂性

在市场环境下，电力系统的物理特性和电力市场的经济特性是导致电力系统复杂性问题的主要根源[3]。电网是电力系统中重要的一环，不仅受到电力系统内部各要素的影响，还受到社会经济、法规政策、产业结构、自然环境、技术进步、人口增长等因素的影响[4]。因此，可将电网规划视为一个复杂系统，从复杂性问题的角度对其进行深入研究。电网规划各要素的关联模型如图1所示。从宏观层面来看，社会经济、政策法规、产业结构调整等因素是影响电网规划的深层原因，在经济发展的不同阶段，国家采取的宏观调控政策有所不同，甚至产业政策也会不同，相应的政策影响企业的生产和发展，从而影响电力的需求。同时，电力投资材料的价格、电价的变动对电厂的投资和资本回收影响很大，其他相关电力投资激励措施的实施也会对电源、电网建设、电力供应产生影响。因此，宏观经济的发展可作为电网规划建设的根本动能。传统的电网规划研究，通常只考虑物理层面的安全稳定约束。而基于电力市场环境的电网规划，不仅要考虑电网高度时变的物理约束条件造成的影响，还要考虑市场竞争环境带来的新变化，如电网阻塞、市场力、柔性的可靠性准则等。对于这样一个多优化目标、多约束条件且具有高度不确定性的问题，复杂适应系统理论为人们提供了研究方法，该理论的基本思想就是适应性产生复杂性。依据该理论，可假定电力系统的各组成部分为主体单元（如电源系统、电网、电力需求等），将社会经济、政策法规等宏观因素视为环境，将电能和资金作为交互手段。各主体单元会持续受到外部环境的影响，彼此之间也自发地发生交互作用。电力系统作为复杂系统，各主体单元会通过自主学习并积累经验，不断地更新自己的策略，并选择优化的行为方式，以适应外部环境的变化，保持各单元之间的协调一致，实现整个复杂系统的不断发展和演化。

2电网投资规划建模分析

本文主要讨论电网投资规划，立足于宏观层面的问题，通过定性和定量分析外界环境、法规政策等因素的影响，对多个方案进行比较，研究电网的发展战略和投资的可行性[5-6]。从投资者的角度来看，对电力市场环境下的电网投资规划分析与建模，需要对不同政策环境下的不同决策方案进行比较。国内外的研究表明：对电力系统的仿真研究是电网运行及规划的重要组成部分。对于电网投资规划，同样需要进行建模仿真，探讨电网规划的长期稳定性和发展趋势，研究系统的动态行为，为投资者制定决策提供科学的分析依据。复杂系统建模，首先要分析系统的基本演化规律。电网投资建设和输电价格及电网可靠性的关系如图2所示。由图2可知，电网建设直接受到电力负荷的影响，负荷的增长要求电网加强建设，而电网建设的增加则会通过投资渠道导致输电价格的变化。同时，电网建设直接关系到电网的可靠性，电网可靠性的改变又影响到政府对价格调整的态度，从而影响到输电价格的调整。最终，输电价格的调整情况会对电网建设资金和电网企业投资积极性产生影响，并影响下一轮的电网建设。

3电网投资规划演化机制

稳定的电力市场环境能够正确引导对电网的投资和建设，从而保证电力系统的长期稳定运行。因此，市场的供求平衡及分布决定了电网的阻塞状况；市场成员可通过制定策略获得市场力；可靠性对电网的安全运行产生约束。通过构建合理的演化机制，对电力市场中的阻塞、市场力、可靠性和输电价格进行评估，并通过规划信号作用于电网投资建设，实现电网规划和电力市场的均衡发展。其演化机制如图3所示。如果定义一个合理的指标来反映环境因素对电网建设的规划信号，即可实现电网规划与市场环境的关联。例如：电力市场环境下的阻塞反映了市场供求和平衡状况以及电网结构的合理程度，当阻塞强度足够大时，则会通过规划信号反映到电网规划环节，并驱使电网进行相应的投资建设。因此，两者之间是相互制约、相互促进的动态平衡关系。如果将电网投资规划看作一个适应性主体，它与电力市场环境不断进行交互作用，通过策略调整保持良好的外界环境，以保证电网建设处于稳定发展状态。当外部因素导致电网可靠性发生改变时，这种变化会传递给电网建设主体，随着电网规划信号强度的不断增大，电网主体单元采取策略改善环境的意愿也随之加强，直至电网完成相应的投资建设，并通过电网可靠性指标反馈给电力市场，系统回复到一种均衡状态。此外，电网建设还可通过投资渠道影响输电价格的变化，而输电价格的调整会通过电网建设资金和电网企业投资积极性等因素反馈回电网建设主体，影响其投资规划策略的制定。

4结束语

复杂适应系统理论可从更广的视野对电力市场环境下的电网规划进行建模和分析。本文着重观察电力系统的宏观特性，对电力市场环境和电网规划之间的交互关系进行深入研究，发现可将阻塞、市场力、可靠性和输电价格等因素作为市场环境的重要指标，以规划信号作用于电网投资建设；同样，电网规划也会直接影响到外界环境的质量，这构成一个反馈环。通过构建合理的演化机制，将电网规划作为一个适应性主体，在市场环境下不断地学习和进化，最终实现电网规划和电力市场的均衡发展。本文主要从复杂适应系统理论建模的角度分析电网规划问题，并提出其在教学中的可行性及要点。在将来的研究中，笔者将会以此作为理论基础，继续对电网规划的复杂适应系统建模进行深入研究，通过实验仿真方法探索电力市场环境下电网规划的本质规律，并对其在教学中的应用进行更深入研究。

参考文献

[1]薛禹胜.电力市场稳定性与电力系统稳定性的相互影响[J].电力系统自动化,2020(22):1-4,79.

[[3]游义刚,周晓阳.电力市场的信息范式[J].电力系统及其自动化学报,2007(6):88-92.

[4]徐敏杰,吴俊勇,胡兆光,等.电力市场环境下基于多智能体的多目标电网规划方法[J].电力自动化设备,2008(1):33-37.

[5]王伟,张粒子,舒隽,等.基于系统动力学的宏观层电网规划的仿真模型[J].中国电机工程学报,2008,28(4):88-93.

[6]丁伟,胡兆光.智能工程理论扩展及其在电网规划中的应用[J].中国电机工程学报,2008,28(16):15-21.

作者:游义刚 张志刚