從系統(tǒng)論的視角剖析智能配電網(wǎng)構架體系

1  引言

所謂系統(tǒng)論就是研究系統(tǒng)的一般模式，結構和 規(guī)律的學問，它研究各種系統(tǒng)的共同特征，用數(shù)學方 法定量地描述其功能，尋求并確立適用于一切系統(tǒng) 的原理、原則和數(shù)學模型，是具有邏輯和數(shù)學性質 的一門新興的科學。廣義系統(tǒng)論研究的領域劃分為三 個方面:一是系統(tǒng)的科學、數(shù)學系統(tǒng)論;二是系統(tǒng)技術, 涉及到控制論、信息論、運籌學和系統(tǒng)工程等領域； 三是系統(tǒng)哲學，包括系統(tǒng)的本體論、認識論、價值論 等方面的內容。這一關于系統(tǒng)科學體系的富有探索性 和啟發(fā)性的構想，在系統(tǒng)研究領域產(chǎn)生了廣泛的影響。

系統(tǒng)論的主要思想則是：⑴系統(tǒng)是由相互聯(lián)系 的要素構成的。系統(tǒng)的各個組成部分既是獨立存在 的，又是相互關聯(lián)的、相互依存的；⑵系統(tǒng)的整體性。 系統(tǒng)的各組成部分不是可以分離的簡單集聚，而是按 一定規(guī)律、一定方式組成的整體；（3）系統(tǒng)的等級性。 每一個系統(tǒng)都歸屬于一個更大的系統(tǒng)，而每個系統(tǒng)內 部又存在著組成這一系統(tǒng)的分系統(tǒng)。

任何系統(tǒng)都是一個有機的整體，它不是各個部 分的機械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要 素在孤立狀態(tài)下所沒有的新質。系統(tǒng)中各要素不是孤 立地存在著，每個要素在系統(tǒng)中都處于一定的位置 上，起著特定的作用。要素之間相互關聯(lián)，構成了一 個不可分割的整體。要素是整體中的要素，如果將要 素從系統(tǒng)整體中割離出來，它將失去要素的作用。

系統(tǒng)論反映了現(xiàn)代科學發(fā)展的趨勢，反映了現(xiàn)代社會化大生產(chǎn)的特點，反映了現(xiàn)代社會生活的復雜性，所以它的理論和方法能夠得到廣泛地應用。系統(tǒng)論不僅為現(xiàn)代科學的發(fā)展提供了理論和方法，而且也為解決現(xiàn)代社會中的政治、經(jīng)濟、軍事、科學、文化等等方面的各種復雜問題提供了方法論的基礎，系統(tǒng)觀念正滲透到每個領域。本文嘗試從系統(tǒng)論的視角來分析未來智能配電網(wǎng)的框架。

2 智能配電網(wǎng)是涉及控制論、信息論、運籌學的系統(tǒng)工程

不論系統(tǒng)的具體種類﹑組成部分的性質和它們之間的關系如何，只要存在著適用于綜合系統(tǒng)或子系統(tǒng)的一般模式﹑原則和規(guī)律，就是現(xiàn)代一般系統(tǒng)論的主要研究內容。其系統(tǒng)思想是一般系統(tǒng)論的認識基礎，是對系統(tǒng)的本質屬性 ( 包括整體性﹑關聯(lián)性﹑層次性﹑統(tǒng)一性 ) 的根本認識。

系統(tǒng)思想的核心問題是如何根據(jù)系統(tǒng)的本質屬性使系統(tǒng)最優(yōu)化。整體性系統(tǒng)雖然是由要素或子系統(tǒng)組成的，但系統(tǒng)的整體性能可以大于各要素的性能之和。因此在處理系統(tǒng)問題時，要注意研究系統(tǒng)的結構與功能的關系，重視提高系統(tǒng)的整體功能。任何要素一旦離開系統(tǒng)整體，就不再具有在系統(tǒng)中所能發(fā)揮的功能。關聯(lián)性是指系統(tǒng)與其子系統(tǒng)之間﹑系統(tǒng)內部各子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用﹑相互依存和相互關系。離開關聯(lián)性就不能揭示復雜系統(tǒng)的本質。層次性是指一個系統(tǒng)總是由若干子系統(tǒng)組成的，該系統(tǒng)本身又可看作是更大的系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，這就構成了系統(tǒng)的層次性，不同層次上的系統(tǒng)運動有其特殊性。在研究復雜系統(tǒng)時要從較大的系統(tǒng)出發(fā)，考慮到系統(tǒng)所處的上下左右關系。統(tǒng)一性一般是指系統(tǒng)論承認客觀物質運動的層次性和各不同層次上系統(tǒng)運動的特殊性，這主要表現(xiàn)在不同層次上系統(tǒng)運動規(guī)律的統(tǒng)一性，不同層次上的系統(tǒng)運動都存在組織化的傾向，而不同系統(tǒng)之間存在著系統(tǒng)同構。系統(tǒng)同構是一般系統(tǒng)論的重要理論依據(jù)和方法論的基礎。系統(tǒng)同構一般是指不同系統(tǒng)的數(shù)學模型之間存在著數(shù)學同構。不同系統(tǒng)間的數(shù)學同構關系是等價關系，等價關系具有自返性﹑對稱性和傳遞性，根據(jù)等價關系可將現(xiàn)實系統(tǒng)劃分為若干等價類。同一等價類之內，系統(tǒng)彼此等價。因此，借助于數(shù)學同構的研究，可在現(xiàn)實世界中各種不同的系統(tǒng)運動中找出共同規(guī)律。對于許多復雜系統(tǒng)，不能用數(shù)學形式進行定量的研究，因此就有必要將數(shù)學同構的概念拓廣為系統(tǒng)同構。人們常常把具有相同的輸入和輸出且對外部激勵具有相同響應的系統(tǒng)稱為同構系統(tǒng)，而把通過集結使系統(tǒng)簡化而得到的簡化模型稱為同態(tài)模型。一個系統(tǒng)根據(jù)研究的目的不同可以得出不同的同態(tài)模型，而對于結構和性能不同的系統(tǒng)，它們的同態(tài)模型的行為特征卻可能存在著形式上的相似性。不同的學科領域之間和不同的現(xiàn)實系統(tǒng)之間存在著系統(tǒng)同構的事實，是各學科進行橫向綜合和建立一般系統(tǒng)論的客觀基礎。復雜系統(tǒng)一般具有多目標，甚至互相矛盾的目標，這些目標需要通過各子系統(tǒng)之間的協(xié)調或協(xié)同作用才能達到。對于開放系統(tǒng)，從不同的初始條件出發(fā)和通過不同的途徑可以達到相同的最終狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)的等終極性或系統(tǒng)發(fā)展的多途徑性。對于各種社會系統(tǒng)，可以針對不同的初始狀態(tài)，采取多種發(fā)展途徑，實現(xiàn)同一目標。這種系統(tǒng)往往沒有唯一的最優(yōu)解，具有一定的靈活性。

錢學森指出，系統(tǒng)學是提煉系統(tǒng)論、信息論、控制論的共同基礎理論而形成的一門學科。

與系統(tǒng)論相比較，系統(tǒng)學的內容，一方面表現(xiàn)為它是更高層次上的理論科學，因此它是對運籌學、信息論、控制論等技術科學的提煉。另一方面表現(xiàn)為它的綜合性，它不僅建立在一般系統(tǒng)論的基礎之上，而且也廣泛地吸收了如耗散結構理論、協(xié)同學、突變論、超循環(huán)理論等新興的系統(tǒng)理論的基本思想。因而，系統(tǒng)學思想即在自然科學和社會科學領域均得到廣泛的應用，并成為科學體系中極為重要的學科。但作為一門完整的學科，系統(tǒng)學正處在形成和更加系統(tǒng)化的過程之中。

智能配電網(wǎng)是基于計算機、通信、傳感器等技術的系統(tǒng)。按照功能要求的不同，可建立不同的指標體系，每一指標體系可以視為一個功能子系統(tǒng)?；A功能子系統(tǒng)生長成為功能子系統(tǒng)，最終生長成為高級應用功能的子系統(tǒng)。

3 智能配電網(wǎng)構架體系分析

智能配電網(wǎng)構架體系在物理上包括配電網(wǎng)網(wǎng)架系統(tǒng)與建立在通信平臺上的智能化控制系統(tǒng)（見圖 1）。

從系統(tǒng)論這個高度來看，智能配電網(wǎng)構架就是由若干個子系統(tǒng)組成的巨復雜系統(tǒng)。在電力網(wǎng)中起重要分配電能作用的網(wǎng)絡就稱為配電網(wǎng)；配電網(wǎng)是由架空線路、電纜、桿塔、配電變雎器、隔離開關、無功補償電容以及一些附屬設施等組成的。按電壓等級來分類，可分為高壓配電網(wǎng)（35-110 kV），中壓配電網(wǎng)（6-10 kV），低壓配電網(wǎng)（220/380 V）；按供電區(qū)的功能來分類，可分為城市配電網(wǎng)，農村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)等。圖２是典型的配電網(wǎng)網(wǎng)絡示意圖。

從系統(tǒng)論的發(fā)展觀點來看，智能配電系統(tǒng)框架由若干個配電子系統(tǒng)、終端組成。系統(tǒng)具有顯著的分布分層特征。在信息技術高速發(fā)展的時代，從系統(tǒng)到終端無一不具備“智能”的功能，即分析處理信息的功能。每個子系統(tǒng)具有相對的獨立性，一個子系統(tǒng)與另外的子系統(tǒng)關聯(lián)構成一個新的系統(tǒng)，即系統(tǒng)生長論。每一個子系統(tǒng)均可以具備獨立的單元運行，也可以生長成為更高一級的系統(tǒng)，顯示了系統(tǒng)的分級分層特征。圖 3 是智能配電網(wǎng)應用單元及其生長示意圖。

從智能配電網(wǎng)發(fā)展及建設過程來看，與系統(tǒng)論是吻合的。經(jīng)濟的發(fā)展需求是驅動智能配電網(wǎng)的動力，而經(jīng)濟的發(fā)展也是分區(qū)塊建設的，多個區(qū)塊組成一個區(qū)域，多個區(qū)域帶動整個地區(qū)。智能配電網(wǎng)建設在時間上前置于經(jīng)濟建設，但路徑是相通的。

隨著新能源、可再生分布式電源的接入，配電網(wǎng)末端的子系統(tǒng)會形成一個個微電網(wǎng)，即一個新的子系統(tǒng)。多個微電網(wǎng)與配電網(wǎng)系統(tǒng)將構成未來的智能配電系統(tǒng)。

計算機技術的發(fā)展，云計算平臺的應用，也是系統(tǒng)論的一個典型應用。每一臺服務器都是平級的，多臺平級的服務器級聯(lián)起來，就構成了云計算平臺。該系統(tǒng)也是從“一朵云”生長成為“一片云”再到“一層云”。

4 結 語

供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用，重點工程項目、標志性建筑、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、大型公共設施等大面積多變電所用戶的急劇增加，對供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。以系統(tǒng)論為指導，構建智能配電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障隔離與網(wǎng)絡重構，同時可實現(xiàn)配電網(wǎng)自愈的功能。

系統(tǒng)生長論是系統(tǒng)擴展延伸論的新發(fā)展，是智能化時代的必然產(chǎn)物?？梢孕蜗蟮胤Q為“壁虎尾巴理論”或者“蚯蚓理論”。配電網(wǎng)的特征是點多、面廣、線長，建設智能配電網(wǎng)首先要建設各個功能子系統(tǒng)，再經(jīng)過不斷優(yōu)化、整合生長成為未來完善的大系統(tǒng)。實際上，分步實施、分區(qū)完善、整合級聯(lián)是智能配電網(wǎng)建設的必要步驟。

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