智能電網調度可視化系統的設計及實現

2018-07-18 10:55:33 大數據可視化周刊　點擊量：評論 (0)

摘要：充分研究智能電網調度系統的運轉機制后，文章基于調度員思維模式和人機一體化思想建構了智能電網調度可視化系統。在設計時系統實現了

摘要：充分研究智能電網調度系統的運轉機制后，文章基于“調度員思維模式”和“人機一體化”思想建構了智能電網調度可視化系統。在設計時系統實現了控制、分析、觀測與監測的可視化，同時增加了智能預警功能，打破了傳統預警的單一性，提高了調度員的工作效率。建模與仿真功能也被用于系統的建設，確保了系統的安全穩定運轉。

關鍵詞：智能電網調度系統;可視化;智能預警;調度員思維模式;人機一體化

研究表明，人眼對于圖形的反應速度要遠遠高于對數據的反應速度，調度員在看到數據經處理后得到的圖形能更快更準確的做出判斷，找到系統發生異常的根本原因，及時有效的處理可提高系統的運轉質量，為提高智能電網安全穩定的運轉提供有利條件。可視化指的是利用相關技術將經測試所得到的數據等轉化為更加一目了然的圖形來顯示，該信息因時間或者空間的不同而發生變化，該圖形將在屏幕上顯現。

智能電網的調度中心是指導整個電網平穩安全運轉的核心，它不僅負責電網系統的輸電、配電以及電的調度業務，它還負責發電、變電和用電等，它是整個系統的決策中心。電網系統的穩定運轉與各個功能模塊之間的互相協調緊密相關，而調度系統就是這個協調的中心。調度系統的核心要素就是調度員，調度員工作效率與判斷的準確度決定著整個系統的運轉情況，合理有效的提高調度員的工作效率可有效提高整個系統運轉平穩性。將數據用圖像的方式顯示可有效調高調度員的工作效率，使系統高效穩定運轉。

1智能電網設計思想——“調度員思維模式”與“人機一體化”

智能電網調度可視化系統從人出發，將人作為主體部分，人與計算機形成一個新的整體，利用人的智力和計算機強大的計算能力，各司其能，使系統智能化程度達到最大。調度員在調度系統中的重要性不言而喻，而現有系統在設計時沒有合理利用人的智力。將調度員的智慧用于系統中，將有效提高系統性能，這種基于“調度員思維模式”與“人機一體化”的系統將打破常規，為電網系統的發展與進步貢獻出寶貴的力量。

人的智能主要可分為3個，第一個是智慧，它與個人的受教育程度以及生活閱歷有很大關系，它影響著人生的一系列重大決策;第二個是智力，是人的智能的主要組成部分，它與個人的認知緊密相關，人們通過自己對事情的感覺、記憶和思考對發生的具體事情進行具體分析，給出一定的判斷和相應的解決措施;第三個是技能，它是人的智能的基礎部分，它指的是人通過感覺器官、語言等與外界環境相互作用的一種能力。在智能電網調度可視化系統中，這三個方面的作用都無可取代，相輔相成。智慧主要體現在調度員個人素質上，它主要負責調度員情緒的調節，智力與技能在人與計算機的合作中將擔任重要角色。智能電網可視化調度系統充分利用人類的智慧。計算機彌補了人的計算效率低、出錯率高、極易疲勞的不足，人類智慧彌補了計算適應性弱、學習能力低等缺點。

電網系統傳統意義上的可視化是指將數據歸納總結后用表格或餅狀圖或曲線的形式表達，這種可視化技術利用視覺優勢提高了調度員處理問題的速度。智能電網系統不斷發展與進步，對可視化技術也提出了新的更高的標準。現在的智能電網系統主張人機協同決策，提高了決策的準確率，此類問題可用下面這個公式構建的模型來表示：

2智能電網調度可視化系統設計

為迎合智能電網的高速發展需要，該系統需滿足很多條件，在設計時應遵循很多準則。首先，系統應具有整合功能，可將大量數據進行快速合理的整合，系統的各個功能也要可以整合;其次，系統應該更加開放，非平臺的第三方也可以與平臺之間進行信息交流，第三方數據可以接入，也可以輸出;還有，系統應包含專家給出的分析以及建議，將專家給出的分析結果和建議建立專門的信息庫，給調度員提供參考意見;最后，該系統還應制定屬于自己的標準，標準的制定有利于系統的管理。

在該系統中，若干個可視化的界面被設計出來，界面上的很多功能也得到了實現，可用于實時計算的大量算法也被應用于該系統，形成了多數據彼此融合的系統，智能電網調度可視化系統的構成框架圖如圖1所示[1]。

圖1智能電網調度可視化系統框架圖

該可視化系統的顯示分為3行，第一行主要是整個系統的運轉情況，這是調度員最應該關心的問題，當系統正常運轉時，這一行的顯示很少，幾乎沒有。但是，當系統的運轉發生問題，進入預警狀態，系統應立即將信息用圖形顯示在界面上，用顏色的深淺變化來表達警告等級，顏色越深，警告等級越高。第二行主要顯示系統與非安全狀態的距離，若系統運轉良好，則將系統與非安全狀態的距離在界面上顯示出來，并同時給出相應的解決措施，系統每5分鐘檢查一次。第三行顯示系統監測的具體參數的變化情況，調度員根據其變化，憑經驗判斷系統的運轉狀態。

3可視化模型建立

為了達到智能電網可視化的目的，我們應主要從以下四點著手，預警、分析、控制和功能的可視化[2]。

3.1預警可視化

要實現智能電網的可視化，預警功能是必不可少的，預警功能可提示平臺的運轉狀況，為調度人員的工作提供良好的參考依據。預警功能將監測到的很多容易忽視的問題顯示出來，并實時發出警告的信號。還能從系統出錯較多的地方找出設備損壞的嚴重程度。

3.2分析可視化

為了讓調度員更直觀的了解全網電壓的運轉情況，從而做出更科學準確的判斷，在顯示時可采用降序或升序的方式按電壓大小值進行排序，這有利于調度員對系統運轉有更加全面的認識，能更好的掌控系統的運轉。當設備發生超載或者有些功能無法實現時，采取按靈敏度排序的形式可有效提高其處理問題的效率。但系統不能同時處理過多的信息，處理目標不能太多，當目標太多時，計算機計算速率下降，系統很難快速運轉，調度員無法準確快速的做出判斷，會為調度工作帶來難題。

3.3控制可視化

我們通過分析電壓和發電設備，將其結果用更加直觀的可視化圖形顯示在界面上，調度員的監測工作將更加方便，工作量也大大減少，工作效率也將有很大提高，與此同時，調度員也能對全網的運轉情況有更深刻與清晰的了解，對調度員及時做出判斷有很大幫助。

3.4觀測可視化

該系統根據區域的靈敏度劃分區域，不同區域的設備都得單獨分析。每個區域的設備是否有重載現象的發生、以及重載情況所占的比例、每個區域的電壓值是否在安全值以下、超過安全值的比例都是需要分析的，除此之外，還有系統的容載比也是需要分析的，電網的平衡分析與安全監測也是必不可少的。除了對系統進行分區處理，還需要對電網斷面信息進行監測。

4智能電網調度可視化系統的關鍵技術

智能電網調度可視化是一項復雜的項目，它覆蓋面廣，涉及問題多，其中有幾個技術很關鍵，是必須解決的。

4.1智能預警技術

現有的預警技術種類繁多，但是形式都比較單一，可提供的功能也很少。現階段的預警功能都是通過采集數據對電網的運轉狀態進行分析，如：連續潮流穩定計算、靈敏度計算、故障篩選與排序等，然后將系統實時監測的數據進行分析穩定性計算，這種計算方式與監測同時進行，從而發生預警信號。這種單一的預警一般是提前設置系統的警戒值，一旦高于該值，系統就自動報警。然而，這種預警方式已經不能滿足現在日新月異的發展，我們在針對系統故障分析時，不僅需要分析系統是否處于警戒狀態，還需要判斷故障的類型，不同類型的故障可用不同方式的信號預警，不同故障之間有時候也會相互關聯，這也會導致預警信號的變化，這樣更有利于調度員及時做出判斷。預警針對的對象一般都是某些監測的原件，幾乎沒有預警是針對系統的，沒有站在系統穩定性的角度去考慮。針對這些不足之處，本文預警的監測對象涉及面更廣，無論是元件還是系統都是監測的目標，同時不管系統的動態還是靜態的運轉情況都會進行分析，而且監測范圍分區進行，整個區域都要進行監測。這種多層級的監測可有助于調度員快速了解系統各個區域的不同狀態的運轉情況以及整個系統的運轉情況。

在實際電網運作時，如果系統發生故障，監測到的大量信息與數據會同時紛涌而至調度中心，調度員在面對大量信息時，一時間很難快速的做出判斷，錯過處理故障的最佳時機。本文利用智能預警技術，將故障類型分為一次、二次、靜態和動態故障等[3]，這種篩選機制使調度員可直接了解預警信號的類型與等級，優先處理最緊急的故障，可有效避免故障的發生，提高系統的安全性。其預警信息篩選流程如圖2所示。

圖2智能預警信息篩選流程

4.2調度、備調與應急一體化技術

一般而言，調度系統、備調系統與應急系統是各自獨立的部分，一體化技術不是將其簡單的加在一起，而是在管理上的融合。目前系統的管理功能越來越多，不同功能需要不同的數據庫與操作界面，對于調度員來說，相似的功能大大增加了工作量，降低了工作效率，對調度員的工作情緒也會產生很大的影響。本文將這些功能一體化，實現信息共享，大大降低了調度員的工作量。這種一體化的機制更有利于系統的維護。

4.3快速仿真與建模技術

電網的運行需要更加堅定的理論基礎，傳統的理論涉及復雜的計算，已經不能滿足電網的快速發展。仿真與建模在各個領域都得到了應用，其準確度高，計算速度快，結果清晰等優點可有效提高調度員的工作效率。該技術的實現需先通過各種高精密儀器測量得到系統的拓撲結構，還需要實時監測頻率以及電壓等信息，然后以此為依據，在線進行建模與仿真分析，最后判斷系統的性能狀態。圖3顯示了系統在靜態狀態下的超實時計算，圖4顯示的是系統短路電流辨識的超實時流程。