雲應用分析：智慧電網與雲計算的那點事

「李德毅」教授在《不確定性人工智慧》一書中，嘗試對雲計算的本質加以闡釋，根據他的理論，他建立了一種將自然語言採用數學模型「雲計算發生器」加以描述，這種模型是基於物理學的「熵」理論以及「熵」的「熵」、即「超熵」理論， 這種映射過程是可逆。 基於這種映射過程，李教授表述了一種全新的認識論，以數學方式來擴展自然和人文知識，對自然環境和人文環境不確定性加以相對準確的描述。

李教授的立論主要是基於對於不確定性的描述，由於過去單一的統計學或者模糊學理論應對複雜的自然和人文環境實際上已經越來越顯得左支右絀，而今天的計算能力提高，催生了一種更加準確，更加廣泛應用的計算模型。 但是「雲計算」的內涵要超出這個範疇。

「風無常定，雲無常形。 」雲的本質不僅僅是形態的多變，各個組成部分的厚重程度不同，而且從動態的角度上講，雲最大的特點是形態的多變，而每種形態本身可能是相對穩定的存在，但是這種穩定又時刻又有可能被打破。 這種規律其實是自然世界無處不存在的客觀規律。 動態是無處不在的，但是動態中又包含著相對的恒定，用中國的陰陽學說，動態是「陽」，相對的穩定是「陰」，個體的不同特色是「陽」，可追尋的規律是「陰」，兩者客觀平衡，和諧統一，一而二，二而一，而最妙的是， 陰陽是可以不斷互相轉化的，陰極就是轉陽的一刻，陽極就是轉陰的一刻，陰極和陽極都是不可持久的最不穩定的狀態。

「熵」理論是熱力學理論中對於系統平衡度的數學度量，平衡和穩定是兩種不同的概念，穩定可能包含著多重的含義，穩定是某個相對靜態點，但當干擾發生時，穩定狀態有可能被打破，可能會趨向于不穩定，也可能繼續回歸穩定，或者達到隨機穩定 ，而平衡僅僅是指可以抑制干擾量的穩定狀態。 從這個角度出發，「熵」理論更加關注的是系統混亂程度，或者從「負熵」的角度看，有序程度的描述，故而更加著重于對平衡態的物理學表述。

但是在——美國的一個小鎮上有一篇期刊發表了吉布斯的一篇論文，其中提到了「化學勢的概念。 吉布斯算式的最大突破不僅僅是對「熵」和「自由能」之間的數理關係提出了直接的表述，更重要的是，這種表述使得「熵」的應用得以擴展到其他領域。 針對任何一個混合的化學系統，我們都可以計算其「熵」值，也就是混亂度值。 這種方法是計算「雲滴」的「細微性」的主要理論依據。

從此，熱力學意義上的「熵」理論應用突破了熱力學的範疇，「熵」理論最大的貢獻就在於對於系統混亂度的描述，從它的立論而言，認為系統的混亂度如果排除外部干擾，必然是逐步走向混亂度增加的方向，最終成為污染， 從混亂走向有序的過程是不可自行逆轉的，正如人會自己生病，但是如果不吃藥，不治療，人體免疫系統也不起作用，那麼想要自動痊癒則是不可能的。

這種觀點已經擴展到了社會學領域、資訊學領域，但是是否具備普適性，比如在電系統領域中是否同樣適用，還需要深入研究。

「雲計算」的概念提出不僅僅是為了解決對於客觀狀態的準確描述，而且要對這種動態與穩定的轉化過程作出描述，把握住這一變化過程中所隱含的客觀規律。

可以說，「雲計算」概念的提出切合了大變革的時代背景。

「雲」之前的世界，是多樣與統一綜合的世界，笛卡爾的認識論，解決了認識靜態世界的方法論，「雲」之後的世界，將是一個動態與穩定中不斷轉化的世界，系統的即時狀態可以通過即時的模型加以然而，令人難解的是， 這一次應用科學走在了基礎理論的前面。 電腦技術的高速發展，乙太網通訊能力的日益提高，使得網路計算成為可能，計算將不僅僅局限某一個中心，而將遍佈于網路，從而使得速度呈幾何級數得以提高。 網路計算分佈于各個不同角落，每個點都有各自不同的計算能力和範疇，形成了不同的「細微性」，從而整合而成為一個「雲」網路，更加高速即時的計算能力，使得把握簡單系統每個組成部分的細小的在每個時刻的狀態變化成為可能。

從這個角度上來說，應用「雲計算」把握系統的細節並非難事，只要應用科學足夠發展就能實現，但是「雲計算」這種嶄新的工具對於系統細節的即時把握必然催生基礎理論的進一步發展，既然我們已經能夠把握住系統各個時刻的細節， 那麼我們是否可能從簡單系統入手，把握系統從動態向相對穩定的變化規律？

世界期待著一種新的理論，能夠對系統的穩定度加以描述，怎樣的系統是相對穩定的，系統目前處於何種穩定度，下一時刻，它將會向何種狀態變化？ 這種理論必然帶來自然世界和人類社會的突飛猛進。

今天，可能有無數科學家正在研究這一課題。 是否早已有人提出了具備可行性的理論，其實這個問題的答案並不重要。

既然應用科學已經走在了前面，何不就繼續走下去，歸納的方法雖然對於充斥這各種紛繁複雜的系統的現代社會似乎已經力不從心，但是既然我們試圖把握的仍然是一個普遍適用的理論，那麼我們還是可以回到經典的歸納法， 我們現在要做的就是對於各類系統的性能使用「雲計算」工具做更準確的描述，然後再深入研究其中所隱藏的客觀規律。

「智慧電網」與「雲計算」

在社會各個領域中正被廣泛使用，「IBM」公司目前與各個領域的合作已經開始了這項偉大的工作。 在電網領域，網路的結構狀態和穩定性也許能夠對於「雲」理論的發展提供十分重要的，然而要實現這種合作，在現實中卻遇到了一些阻礙。

技術阻礙

「電」系統與自然系統比較大的差別就在於其狀態的改變及其迅速，電流的傳播速度在理論上接近于光速，電分佈的不同細微性，對於系統的參數產生的影響同樣即時性也非常強， 常規的負荷預測和穩定理論都是在一個割裂的時間段內對於狀態的變化規律作出不准確的提前預判，而根本無法達到，即時的要求。 「雲計算」如果要想完善的應用於其中，又必須依賴于對於系統各個組成部分的狀態進行準確採樣，PMU的應用在很大程度上緩解了這一矛盾，但是，對於系統參數變化的跟蹤還需要感應器技術的進一步發展。

政治阻礙

「雲計算」目前在商業社會中的應用是打著「開放性」和「商業化」的旗號，這與電網的本身特點格格不入。 電網的穩定與安全必然牽涉到國家的安全和穩定，因此總是帶著濃重的政治色彩。

而目前我國在「雲計算」的應用科學方面並不掌握關鍵技術，如果要應用「雲計算」，就意味著要牽涉到政治敏感性。 這種顧慮使得我國智慧電網的概念中基本對於「雲計算」避而不談。 然而事實上，要談「智慧」，如何可以繞過「雲理論」呢？ 那除非真的要等待那位「天才」的出現，來解決理論上的大飛越。 遺憾的是，沒有任何一個天才不是站在巨人的肩膀上，也沒有任何一種可靠的理論不是建立在嚴謹的試驗資料之上的。

真理，必須基於顯而可見的事實，而不是高深晦澀的空談。

撇開智慧電網與雲計算之間的固有隔閡不談，雲計算在電力系統中的應用必然是以「私有雲」或者「專有雲」的形式出現，可能會被稱之為「電力雲」。

調度系統

從電力系統各個環節的角度來觀察，最具備研究條件的的是調度系統中的雲應用。 電力調度系統多年來已經建立了完善的拓撲結構，成熟的計算模型，雲理論的出現是對運算模式的升級和更新，雖然沒有提出「電力雲」的說法，但是在諸多智慧電網的調研和實際操作中，「雲」模式越來越被廣泛採用。

過去的拓撲結構和計算模型已經不能適應新的環境，PMU的使用導致了資料的大量上送，高速的刷新率，使得系統的整體更加豐滿，更加生動，人們自然而然的從關注「資料」到變為關注「圖景」。 如果運算和處理的能力足夠，那麼，獲取一個動態的圖景決不僅僅是一個夢想。

新技術帶來了管理模式的變革，以前的中央集中式的單一計算過度依賴于中央處理的能力，而網路上的次級節點佔用了過多的閒置資源，而不能即時的利用，計算必須被分佈到網路中去，而這種分散決不僅僅是挪個地方， 這需要的是計算策略的重建和再分配。

我們很欣喜的看到，很多地區正在嘗試把調度原有的功能下放到廠站端，這並不是簡單的把調度端的功能放到廠站去實現，而是改造廠站端過去單一的決策模式，變成將調度側的需求作為策略的一個維度，進行綜合性的判斷， 而將需要與調度之間交互的資訊改為策略實施的回饋。 這樣的改變更接近于廠站端的實際情況，也更加準確和合理。 對於調度端來說，負荷的減輕，以及策略的重建使得原有的綜合型大模組可以輕易的分解成為各項針對的模組，甚至在不同的伺服器上運行，通過網路交互，新的系統如同樂高的積木世界，可以輕易的根據使用者的需求重新組合。

用電系統

最具發展前景的是用電系統

用電系統是聯絡電網和終端客戶得直接橋樑，因此，用電系統的發展在技術上受電腦和乙太網技術的影響最為直接。

單純就電力市場而言，其付費模式必然首當其中，最早會採用「雲計算」的商用模式，這種即用即付費的模式已經成為了一種潮流。 而對於用電管理系統，針對不同的電力負荷即時調整電價，從而提供更加合理的計費標準，這在國外將會獲得快速的應用，而在國內，由於普通民眾的使用習慣不同，也許會遭遇一些阻力。

電動汽車的廣泛使用以及它們對電網的衝擊也許會推動用電系統向更加即時，更加柔性的方向發展，建立用電系統的「雲」模式也將是不可阻撓的。

而智慧社區或者微電網的研究，將會提供十分寶貴的試驗資料。 任何一個完整而穩定的系統比如一個獨立的生態系統，雖然從整體上看，系統的總體性能變化緩慢，遺傳占了主體，變異只是小概率事件，然而從部分看，每個部分都是在不斷的動態變化中，整體的變異是由部分的變化細節所決定的， 雲理論恰恰提供了對部分的細微變化的準確描述。 如果採用過去的理論模型，關注部分的細節，而不能即時的研究變化，那麼這種小型系統將很難獲得動態的平衡，我不知道這種研究會不會走進死胡同裡去。 新的體系，必將是建立在「雲」模式基礎之上的。

發電系統

發電系統的改造在國內和國外呈現冰火兩重天，國外似乎已經克服了難以掌控的風電負荷對於電網的衝擊，根據相關文獻，德國的風電在陸地上已經建無可建，政府不得不去海上尋找可以建風電站的地方，至於丹麥，50%以上的負荷是由風電提供的。

雖然有科學家提出相關的質疑，但是沒有確鑿的證據表明如今的氣候異常與風電或者太陽能發電有關。 大氣系統是一個完整的整體，決不是某一個國家或者地區的科研機構可以完整研究的，這可能也解釋了為什麼國外的學者更加關注的概念是「智慧地球」而不是「智慧電網」。

我並不能證明國外的電力系統採用了「雲」模式來解決變化迅速的負荷問題，但是，「雲」模式至少可以提供一種問題的解決方案吧。

變電系統

發展最艱難的將是變電領域。

最近二十年內，國內的變電領域發生了巨大的變化，這二十年內國家究竟在變電領域投入了多少資金用於自動化的改造，這項資料恐怕很難準確的考究，但是從國內誕生的一批自動化設備生產商就可以判斷國家投入的價值。 也許在一次設備的製造能力上，中國還有很長的路要走，但是在自動化設備領域，中國的生產商已經形成了自己的風格。

然而，如火如荼的自動化改造，在最近的幾年內遭遇到了兩難的抉擇。 全面的自動化改造形成了中國特色的保護和測控裝置，這是為了適應中國式的電力系統運行和管理模式，這種設備具有優良的人機界面，靈活的設置能力，這些特色都是國外設備所不具有的或者不擅長的。

然而也帶來了另一個問題，設備生產標準混亂，設備魚龍混雜，種類繁多，相互之間的相容性差，通訊方式通訊規約紛繁複雜，維護和升級成本昂貴。 IEC61850系列標準的推行，在某種程度上實際上是在為將電力系統中的設備虛擬化，並且根據功能再構造鋪平道路。 但是這項標準所鼓吹的「同一個世界，同一個標準」竟然很快的被中國的學者所青睞。 這實在是很難理解的一件事情。 難道，它所帶來的變革不是徹底的改頭換面嗎？ 難道它僅僅是一種對通訊協定的升級和統一？

毫無疑問，要推倒現在這些目前看來還沒有落後的自動化設備是需要極大的魄力的，但是如果保留這樣的設備，那麼它弱小的運算能力顯然也是與目前變電站網路強大的資料傳輸能力不相配的。 對於目前已經運行的變電站來說，在目前看來，最好的方案似乎只有先進行網路和模式的改造，等到若干年後再進行設備的升級。

「雲」模式所需要的運行資料，只能在相對較小的系統中獲取，比如，建設「智慧變電站」。 而要達成這一點，同樣也非易事，這需要中國的設備生產商眼睛不能僅僅盯著碗裡的蛋糕，而要看的長遠一點，研究更靈活，運算能力更強大的智慧設備。

結語

變革已經來臨，它已經深刻的深入到我們的生活之中。 不知不覺中，我們已身在「雲」中。 「智慧電網」，可在「雲」中？