论文：智能电网调度可视化系统的设计及实现

日期：2018-07-17 15:23:10 来源： 浏览：次

　　智能电网调度可视化系统的设计及实现

　　Design and Implementation of Intelligent Grid Dispatching Visualization System

　　邹鑫1，路建明1，贺鹏程1，谢海疆2

　　1.国网湖南省电力公司电力调度控制中心,湖南长沙 410004

　　2.北京恒泰实达科技股份有限公司南京研发中心，江苏南京 211106

　　ZOU Xin 1,LU Jian-ming 1, HE Peng-cheng 1, XIE Hai-jiang 2

　　1.power dispatch&control center,State Grid Hunan electricpower company, Changsha Hunan 410004,china;

　　2. Nanjing R & D Center of Beijing hengtaishida PolytronTechnologies Inc, Nanjing Jiangsu 211106

　　作者介绍

　　邹鑫(1983)，男，湖南省人，汉族，硕士，高级工程师，主要从事电力系统调度控制运行研究。

　　摘要

　　充分研究智能电网调度系统的运转机制后，文章基于“调度员思维模式”和“人机一体化”思想建构了智能电网调度可视化系统。在设计时系统实现了控制、分析、观测与监测的可视化，同时增加了智能预警功能，打破了传统预警的单一性，提高了调度员的工作效率。建模与仿真功能也被用于系统的建设，确保了系统的安全稳定运转。

　　关键词：智能电网调度系统;可视化;智能预警;调度员思维模式;人机一体化

　　Abstract

　　After fully study of theintelligent grid dispatching system’s operation mechanism, the intelligent grid dispatching visualization system isconstructed based on the "dispatcher thinking mode" and"man-machine integration". In the design process of the system, thevisualization of control, analysis, observation and monitoring was realized. Atthe same time, the intelligent early warning function was increased to thesystem, which has broken the single traditional warning and improved theefficiency of the dispatcher. Modeling and simulation functions are also usedin the construction of the system to ensure the safe and stable operation ofthe system.

　　Keywords: the intelligent grid dispatching system, visualization, intelligentearly warning, dispatcher thinking mode, man-machine integration

　　研究表明，人眼对于图形的反应速度要远远高于对数据的反应速度，调度员在看到数据经处理后得到的图形能更快更准确的做出判断，找到系统发生异常的根本原因，及时有效的处理可提高系统的运转质量，为提高智能电网安全稳定的运转提供有利条件。可视化指的是利用相关技术将经测试所得到的数据等转化为更加一目了然的图形来显示，该信息因时间或者空间的不同而发生变化，该图形将在屏幕上显现。

　　智能电网的调度中心是指导整个电网平稳安全运转的核心，它不仅负责电网系统的输电、配电以及电的调度业务，它还负责发电、变电和用电等，它是整个系统的决策中心。电网系统的稳定运转与各个功能模块之间的互相协调紧密相关，而调度系统就是这个协调的中心。调度系统的核心要素就是调度员，调度员工作效率与判断的准确度决定着整个系统的运转情况，合理有效的提高调度员的工作效率可有效提高整个系统运转平稳性。将数据用图像的方式显示可有效调高调度员的工作效率，使系统高效稳定运转。

　　1 智能电网设计思想——“调度员思维模式”与“人机一体化”

　　智能电网调度可视化系统从人出发，将人作为主体部分，人与计算机形成一个新的整体，利用人的智力和计算机强大的计算能力，各司其能，使系统智能化程度达到最大。调度员在调度系统中的重要性不言而喻，而现有系统在设计时没有合理利用人的智力。将调度员的智慧用于系统中，将有效提高系统性能，这种基于“调度员思维模式”与“人机一体化”的系统将打破常规，为电网系统的发展与进步贡献出宝贵的力量。

　　人的智能主要可分为3个，第一个是智慧，它与个人的受教育程度以及生活阅历有很大关系，它影响着人生的一系列重大决策;第二个是智力，是人的智能的主要组成部分，它与个人的认知紧密相关，人们通过自己对事情的感觉、记忆和思考对发生的具体事情进行具体分析，给出一定的判断和相应的解决措施;第三个是技能，它是人的智能的基础部分，它指的是人通过感觉器官、语言等与外界环境相互作用的一种能力。在智能电网调度可视化系统中，这三个方面的作用都无可取代，相辅相成。智慧主要体现在调度员个人素质上，它主要负责调度员情绪的调节，智力与技能在人与计算机的合作中将担任重要角色。智能电网可视化调度系统充分利用人类的智慧。计算机弥补了人的计算效率低、出错率高、极易疲劳的不足，人类智慧弥补了计算适应性弱、学习能力低等缺点。

　　电网系统传统意义上的可视化是指将数据归纳总结后用表格或饼状图或曲线的形式表达，这种可视化技术利用视觉优势提高了调度员处理问题的速度。智能电网系统不断发展与进步，对可视化技术也提出了新的更高的标准。现在的智能电网系统主张人机协同决策，提高了决策的准确率，此类问题可用下面这个公式构建的模型来表示：

　　式中：

——目标函数;

——目标值;

——约束条件;

——理想约束条件。

　　在决策时，

可以无限接近于

，

用来表示

接近于

的程度，而

表示的是决策目标的满意程度，它可表达

与

的接近程度。

指的是最理想的目标，

指的是最少要达到的目标，

可用如下形式表示：

　　最小值的问题与上面的类似，就不一一说明了。

　　2 智能电网调度可视化系统设计

　　为迎合智能电网的高速发展需要，该系统需满足很多条件，在设计时应遵循很多准则。首先，系统应具有整合功能，可将大量数据进行快速合理的整合，系统的各个功能也要可以整合;其次，系统应该更加开放，非平台的第三方也可以与平台之间进行信息交流，第三方数据可以接入，也可以输出;还有，系统应包含专家给出的分析以及建议，将专家给出的分析结果和建议建立专门的信息库，给调度员提供参考意见;最后，该系统还应制定属于自己的标准，标准的制定有利于系统的管理。

　　在该系统中，若干个可视化的界面被设计出来，界面上的很多功能也得到了实现，可用于实时计算的大量算法也被应用于该系统，形成了多数据彼此融合的系统，智能电网调度可视化系统的构成框架图如图1所示[1]。

　　图1 智能电网调度可视化系统框架图

　　该可视化系统的显示分为3行，第一行主要是整个系统的运转情况，这是调度员最应该关心的问题，当系统正常运转时，这一行的显示很少，几乎没有。但是，当系统的运转发生问题，进入预警状态，系统应立即将信息用图形显示在界面上，用颜色的深浅变化来表达警告等级，颜色越深，警告等级越高。第二行主要显示系统与非安全状态的距离，若系统运转良好，则将系统与非安全状态的距离在界面上显示出来，并同时给出相应的解决措施，系统每5分钟检查一次。第三行显示系统监测的具体参数的变化情况，调度员根据其变化，凭经验判断系统的运转状态。

　　3 可视化模型建立

　　为了达到智能电网可视化的目的，我们应主要从以下四点着手，预警、分析、控制和功能的可视化[2]。

　　3.1预警可视化

　　要实现智能电网的可视化，预警功能是必不可少的，预警功能可提示平台的运转状况，为调度人员的工作提供良好的参考依据。预警功能将监测到的很多容易忽视的问题显示出来，并实时发出警告的信号。还能从系统出错较多的地方找出设备损坏的严重程度。

　　3.2分析可视化

　　为了让调度员更直观的了解全网电压的运转情况，从而做出更科学准确的判断，在显示时可采用降序或升序的方式按电压大小值进行排序，这有利于调度员对系统运转有更加全面的认识，能更好的掌控系统的运转。当设备发生超载或者有些功能无法实现时，采取按灵敏度排序的形式可有效提高其处理问题的效率。但系统不能同时处理过多的信息，处理目标不能太多，当目标太多时，计算机计算速率下降，系统很难快速运转，调度员无法准确快速的做出判断，会为调度工作带来难题。

　　3.3控制可视化

　　我们通过分析电压和发电设备，将其结果用更加直观的可视化图形显示在界面上，调度员的监测工作将更加方便，工作量也大大减少，工作效率也将有很大提高，与此同时，调度员也能对全网的运转情况有更深刻与清晰的了解，对调度员及时做出判断有很大帮助。

　　3.4观测可视化

　　该系统根据区域的灵敏度划分区域，不同区域的设备都得单独分析。每个区域的设备是否有重载现象的发生、以及重载情况所占的比例、每个区域的电压值是否在安全值以下、超过安全值的比例都是需要分析的，除此之外，还有系统的容载比也是需要分析的，电网的平衡分析与安全监测也是必不可少的。除了对系统进行分区处理，还需要对电网断面信息进行监测。

　　4 智能电网调度可视化系统的关键技术

　　智能电网调度可视化是一项复杂的项目，它覆盖面广，涉及问题多，其中有几个技术很关键，是必须解决的。

　　4.1智能预警技术

　　现有的预警技术种类繁多，但是形式都比较单一，可提供的功能也很少。现阶段的预警功能都是通过采集数据对电网的运转状态进行分析，如：连续潮流稳定计算、灵敏度计算、故障筛选与排序等，然后将系统实时监测的数据进行分析稳定性计算，这种计算方式与监测同时进行，从而发生预警信号。这种单一的预警一般是提前设置系统的警戒值，一旦高于该值，系统就自动报警。然而，这种预警方式已经不能满足现在日新月异的发展，我们在针对系统故障分析时，不仅需要分析系统是否处于警戒状态，还需要判断故障的类型，不同类型的故障可用不同方式的信号预警，不同故障之间有时候也会相互关联，这也会导致预警信号的变化，这样更有利于调度员及时做出判断。预警针对的对象一般都是某些监测的原件，几乎没有预警是针对系统的，没有站在系统稳定性的角度去考虑。针对这些不足之处，本文预警的监测对象涉及面更广，无论是元件还是系统都是监测的目标，同时不管系统的动态还是静态的运转情况都会进行分析，而且监测范围分区进行，整个区域都要进行监测。这种多层级的监测可有助于调度员快速了解系统各个区域的不同状态的运转情况以及整个系统的运转情况。

　　在实际电网运作时，如果系统发生故障，监测到的大量信息与数据会同时纷涌而至调度中心，调度员在面对大量信息时，一时间很难快速的做出判断，错过处理故障的最佳时机。本文利用智能预警技术，将故障类型分为一次、二次、静态和动态故障等[3]，这种筛选机制使调度员可直接了解预警信号的类型与等级，优先处理最紧急的故障，可有效避免故障的发生，提高系统的安全性。其预警信息筛选流程如图2所示。

　　图2 智能预警信息筛选流程

　　4.2调度、备调与应急一体化技术

　　一般而言，调度系统、备调系统与应急系统是各自独立的部分，一体化技术不是将其简单的加在一起，而是在管理上的融合。目前系统的管理功能越来越多，不同功能需要不同的数据库与操作界面，对于调度员来说，相似的功能大大增加了工作量，降低了工作效率，对调度员的工作情绪也会产生很大的影响。本文将这些功能一体化，实现信息共享，大大降低了调度员的工作量。这种一体化的机制更有利于系统的维护。

　　4.3快速仿真与建模技术

　　电网的运行需要更加坚定的理论基础，传统的理论涉及复杂的计算，已经不能满足电网的快速发展。仿真与建模在各个领域都得到了应用，其准确度高，计算速度快，结果清晰等优点可有效提高调度员的工作效率。该技术的实现需先通过各种高精密仪器测量得到系统的拓扑结构，还需要实时监测频率以及电压等信息，然后以此为依据，在线进行建模与仿真分析，最后判断系统的性能状态。图3显示了系统在静态状态下的超实时计算，图4显示的是系统短路电流辨识的超实时流程。