基于可視化技術(shù)的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用-

1、第27卷第4期2010年8月供用電基于可視化技術(shù)的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用劉俊勇,魏震波(四川大學電氣信息學院四川省智能電網(wǎng)重點實驗室,四川成都610065摘要:智能調(diào)度系統(tǒng)作為建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的核心內(nèi)容備受關(guān)注。在分析了智能調(diào)度系統(tǒng)及可視化技術(shù)相關(guān)概念和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了智能調(diào)度可視化系統(tǒng)的設(shè)計總體思路與原則。通過對智能調(diào)度可視化系統(tǒng)的主要功能介紹及軟硬件的構(gòu)建分析,以及實際電力調(diào)度實時運行可視化系統(tǒng)的應(yīng)用介紹,對所建系統(tǒng)進行具體說明,可為構(gòu)建省級電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)提供參考。關(guān)鍵詞:智能電網(wǎng);可視化技術(shù);智能調(diào)度可視化系統(tǒng)中圖分類號:TM734文獻標識碼:A文章編號:1006-6357(

2、201004-4Design and Application of the Intelligent Dispatch System Basedon the Visualization TechnologyL I U J unyong,W E I Zhenbo(Schoo l of Electrical Eng ineering and Informa tion,Sichuan Univ ersity,Cheng du610065,Sichuan China A bstract:A s the co re of the Stro ng Smart G rid,the intellige nt d

3、ispa tch sy stem dr aws a lo t o f attention.Based on the analy sis of the intelligent dispatch system and relev ant conceptio n of the v isualizatio n techno lo gy and the research on the cur rent situa tion,the ge nera l de sign guideline and principles o f the intelligent dispatch sy stem with vi

4、sualiza tion techno lo gy a re presented.T hrough its majo r functio ns and a pplica tion introduction and co nfigura tion ana ly sis o n the sof tw are and facilities,this sy stem is elabo rated and can be the refere nce fo r the intelligent dispa tch sy stem at the prov incial level.Key words:Sma

5、rt G rid;visualizatio n techno lo gy;intellig ent dispatch sy stem with v isualizatio n technolo gy隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷增大,結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,電網(wǎng)調(diào)度員面對海量信息作出正確決策的難度加大,耗時無形延長。因此迫切需要有新的方法、手段和工具,能夠?qū)﹄娋W(wǎng)進行實時監(jiān)視和控制,確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。可視化調(diào)度系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)和智能調(diào)度發(fā)展的重要步驟,迅速引起廣大科研工作者的關(guān)注與研究,并試圖將其用于實際的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)中,這受到了電力部門的高度重視。本文在分析和研究電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)和可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上,對電網(wǎng)智能調(diào)

6、度可視化系統(tǒng)(下稱可視化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進行了分析,并通過實際系統(tǒng)設(shè)計進行了成果展示的描述。1電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)是以電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)為對象,通過不斷研發(fā)和應(yīng)用新型的電網(wǎng)控制技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù),實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度各環(huán)節(jié)信息的智能交流。它是提高電網(wǎng)調(diào)度安全生產(chǎn)保障能力和決策能力,提高調(diào)度資源共享和優(yōu)化配置能力,提高電網(wǎng)調(diào)度規(guī)范化、標準化、精益化和智能化運行和管理能力,為電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行提供支持和保障的技術(shù)體系。當前,電網(wǎng)規(guī)?；c復(fù)雜化的發(fā)展趨勢使得電網(wǎng)安全和經(jīng)濟運行問題凸顯,電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的研究與開發(fā)成為關(guān)注焦點。從現(xiàn)有研究成果來看,電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)的研究主要集中在電網(wǎng)狀態(tài)計算

7、(包括預(yù)測方法、決策系統(tǒng)及系統(tǒng)平臺搭建3個方面1-2。2可視化技術(shù)及其在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用可視化技術(shù)融合了計算機技術(shù)中的圖形學、圖像處理、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機界面等諸多分支,利用計算機圖形學和圖像處理技術(shù),將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示,從而有利于正確理解數(shù)據(jù)或過程的含義。目前的能源管理系統(tǒng)/電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真1劉俊勇,等:基于可視化技術(shù)的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)(EM S/DTS中除了少量數(shù)據(jù)可視化外,更多的是在潮流圖上實時顯示電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。盡管數(shù)字信息顯示是非常準確的,然而對一個大電網(wǎng)來講,要進行實時地監(jiān)視整個電網(wǎng)的所有信息,只靠數(shù)字顯示無疑單調(diào)、繁雜,極度缺乏直觀性。這些數(shù)

8、據(jù)沒有包含調(diào)度員所需要的高層次抽象信息,如全局集中表現(xiàn)等,而且這些數(shù)據(jù)的相互關(guān)系表現(xiàn)得不明確,數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式滯后。綜上所述,以數(shù)據(jù)文本顯示等簡單的方式對電網(wǎng)進行監(jiān)視和分析已不能滿足電網(wǎng)發(fā)展的需求,迫切需要一些方法和工具能夠全面、直觀地監(jiān)視電網(wǎng)的實時運行情況,能夠突出顯示對電網(wǎng)運行有關(guān)鍵意義的數(shù)據(jù),能夠通過分析計算找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),能夠進行有效地管理和處理電力系統(tǒng)中各種各樣的信息?？梢暬夹g(shù)的出現(xiàn)為現(xiàn)代電網(wǎng)運行的這些要求提供了解決辦法。3電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3.1設(shè)計總體思路與原則現(xiàn)有的安全監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集/能源管理系統(tǒng)(SCA DA/EMS有著成熟的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗,在借鑒、傳承其

9、精華的同時,融入眾多新生技術(shù),需提出不同于傳統(tǒng)的設(shè)計思想和原則,其中面臨的主要問題有:在實時運行系統(tǒng)中,調(diào)度員(人與自動化系統(tǒng)間的互動關(guān)系問題;系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的抽取及其效用展示問題;諸如數(shù)據(jù)挖掘方法等不完全依賴于數(shù)學模型的知識模型和展示平臺在巨型系統(tǒng)中應(yīng)用的有效性問題;生產(chǎn)和管理等諸多系統(tǒng)中多源數(shù)據(jù)(實時與歷史,靜態(tài)和動態(tài)的融入與開放問題。針對上述問題,本文引入調(diào)度員與自動化系統(tǒng)設(shè)計和研究中的最新成果,提出了以調(diào)度員思維模式為框架,以可視化界面為功能模范,以互動計算為系統(tǒng)核心的電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)設(shè)計思路?？梢暬到y(tǒng)在思路和原則上首先提出一種復(fù)雜人-機系統(tǒng)任務(wù)的4個階段:獲取信息分析和顯示決策

10、行動執(zhí)行行動,如圖1所示?？梢暬到y(tǒng)的特點如下。1該系統(tǒng)很好地繼承了原有SCADA/EM S 中有效的實踐經(jīng)驗。2該系統(tǒng)有效地采用了調(diào)度員在實際調(diào)度 中的思維模式,可按調(diào)度原則順序展示工作流,更圖1復(fù)雜人-機系統(tǒng)任務(wù)的4個階段可以按調(diào)度員的直覺跳躍工作。3將可視化界面與功能緊密結(jié)合,展示調(diào)度員所思、想看及動手操作的具有視覺敏感的界面,加深對系統(tǒng)態(tài)勢及解決方法的理解。4系統(tǒng)框架是一個開放式系統(tǒng),可任意插入后續(xù)功能。該系統(tǒng)的核心算法是互動與順序協(xié)調(diào)統(tǒng)一的在線算法,可采用純數(shù)學模型算法、數(shù)據(jù)挖掘算法、人工智能算法等。在可視化系統(tǒng)中,設(shè)計了一系列的可視化界面及相應(yīng)功能,提出了多個適應(yīng)互動計算的實時算法

11、,探索了多數(shù)據(jù)源融合的展示技術(shù)(見圖2,并用運行實踐證明了系統(tǒng)性能指標完全達到了電網(wǎng)調(diào)度實時運行要求,更為下一代SCADA/EM S 的應(yīng)用探索了一條新路。圖2多數(shù)據(jù)源融合的展示技術(shù)3.2主要功能介紹可視化系統(tǒng)按照電網(wǎng)運行狀態(tài)分3層顯示。1第一層顯示電網(wǎng)整體運行狀態(tài),這是運行人員最關(guān)心的。正常情況下可視化系統(tǒng)的可視化界面上只顯示很少的信息,但是一旦可視化系統(tǒng)進入預(yù)警狀態(tài),立即通過非常直觀的圖形界面進行報警,并通過多種手段來表示不同的告警等級,如通過顏色的變化來表示(淺色表示低等級告警,顏色越深,告警等級越高,通過百分數(shù)餅圖的顏2劉俊勇,等:基于可視化技術(shù)的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用色和大小的變化

12、來表示。告警等級可以通過可視化系統(tǒng)的配置屬性進行設(shè)置。2第二層顯示存在問題或運行人員所關(guān)心方面的宏觀數(shù)據(jù)分析結(jié)果。正常情況下,可視化系統(tǒng)可以用三維柱圖監(jiān)視特定的一個或多個斷面的潮流。如電網(wǎng)處于正常安全狀態(tài),則用圖形方式顯示電網(wǎng)離不安全狀態(tài)的距離;如處于不正常運行狀態(tài)則給出解除不安全狀態(tài)的建議對策。同時,每5min實時掃描分析系統(tǒng)“N1”開斷事故,以圖形方式給出每種故障嚴重程度的指標。3第三層顯示所關(guān)心量的具體數(shù)值?？梢暬到y(tǒng)可以顯示所有設(shè)備的監(jiān)視數(shù)據(jù)?？梢暬到y(tǒng)實現(xiàn)了以下功能。1實現(xiàn)電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的收集,利用動態(tài)顯示及二維圖像對電網(wǎng)線路、節(jié)點電壓及發(fā)電機有功、無功功率的實時信息進行形象表達。主要

13、包括節(jié)點電壓的等高線、線路的負載餅圖、線路負載的等高線、動態(tài)發(fā)電機、動態(tài)潮流。2利用動態(tài)三維圖像對有功、無功功率備用的實時信息進行形象表達,如無功備用、變壓器溫度監(jiān)控、變壓器備用、三維旋轉(zhuǎn)功能。3實現(xiàn)電網(wǎng)線路對發(fā)電機、負荷及節(jié)點電壓對無功設(shè)備的靈敏度計算及三維排序顯示。4可視化圖形的Web發(fā)布。對可視顯示功能進行集成,通過專用隔離裝置進行數(shù)據(jù)傳輸,在網(wǎng)絡(luò)中進行Web發(fā)布,實現(xiàn)跨平臺的數(shù)據(jù)共享。5對歷史數(shù)據(jù)的可視化回放、重演、評估。可視化系統(tǒng)具有事故追憶能力,能對歷史數(shù)據(jù)進行回放,重演。與一般SCADA/EM S不同的是,可視化系統(tǒng)重演是在歷史的網(wǎng)絡(luò)拓撲上,圖形與數(shù)據(jù)同時重演,運用歷史數(shù)據(jù)追蹤電

14、網(wǎng)網(wǎng)損統(tǒng)計,并按周期進行對照分析,提供優(yōu)化的策略,以可視化方式顯示實時和歷史指標。6對依賴靈敏度方式的預(yù)控制方案進行可視化顯示。靈敏度實際上是用于描述潮流方程變量之間的線性關(guān)系的量,可分析某些變量發(fā)生變化時,會引起其他變量發(fā)生多大的變化。7關(guān)鍵線路低頻振蕩模式動態(tài)閾值可視化監(jiān)視。根據(jù)同步相量測量單元(PM U的數(shù)據(jù),實時檢測系統(tǒng)的低頻振蕩,計算出所檢測線路的振蕩頻率和幅值,并在單線圖和地理接線圖上,動態(tài)地進行展示。如果檢測到低頻振蕩則單線圖和地理接線圖上相應(yīng)線路就以振蕩曲線的形式顯示,并采用閃爍、變色、聲音等進行違限預(yù)警;在無低頻振蕩的正常情況下,單線圖和地理接線圖上都以正常顯示方式顯示。當要

15、關(guān)心某一線路低頻振蕩的細節(jié)時,可局部追蹤和放大線路振蕩細節(jié),為防范這類故障的發(fā)生提供及時和形象的警示。8任意斷面潮流功率總加預(yù)警可視化。系統(tǒng)提供顯示線路任意斷面組合的功率總加,并將結(jié)果用柱狀圖表示。該功能大大減輕了調(diào)度人員的工作強度,為調(diào)度人員迅速、準確地評估系統(tǒng)的運行狀態(tài)提供了強大的技術(shù)支持。9實時態(tài)下電網(wǎng)運行的指標體系及電網(wǎng)靜態(tài)脆弱性的虛擬儀表可視化表達。利用SCA-DA/EM S傳遞的實時數(shù)據(jù)對發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng),負荷及無功裝置等的運行工況進行分類處理,然后根據(jù)其屬性決定安全、臨界狀態(tài)、不安全等權(quán)重,應(yīng)用模糊聚類的方法,客觀評估整個系統(tǒng)的安全運行狀態(tài),并用模擬現(xiàn)實的虛擬儀表展示。10電網(wǎng)

16、的“N1”故障預(yù)警評估可視化。利用電網(wǎng)“N1”評估帶來的電網(wǎng)運行態(tài)勢變化評估,進行快速的電網(wǎng)“N1”故障排序,制定排序指標,利用分類規(guī)則分別對不收斂情況、可控情況等用三維立體表達;在線的“N1”分析為調(diào)度員提供對可能出現(xiàn)故障作出提前的分析,有助于在真正發(fā)生故障時的判斷和決策。11電網(wǎng)水庫及發(fā)電能力最大化的智能調(diào)度可視化。通過收集水電機組及相應(yīng)水庫的發(fā)電曲線、耗水曲線、最低水位限制等數(shù)據(jù),實時計算水電機組按最大、最小、平均或自定義的發(fā)電出力的最大運行時間,用可視化形象表達水電機組出力的相應(yīng)時間,便于調(diào)度人員全面掌握電網(wǎng)水力發(fā)電能力。對所有發(fā)電機組的發(fā)電能力進行立體排序,針對電網(wǎng)按正常運行方式和有

17、新增負荷時電網(wǎng)可發(fā)電最大能力進行計算,用可視化技術(shù)來表達調(diào)度人員按安全目標調(diào)度的方法。4系統(tǒng)應(yīng)用為了說明及展示電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)的具體功能與優(yōu)點,下面以本系統(tǒng)在實際電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用為例進行說明。4.1軟件體系結(jié)構(gòu)根據(jù)前文對系統(tǒng)功能的介紹,電網(wǎng)智能調(diào)度3劉俊勇,等:基于可視化技術(shù)的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用可視化相應(yīng)系統(tǒng)的軟件體系如圖3所示。在圖3中,CIM 為計算機集中管理系統(tǒng),SVG 為可縮放矢量圖形,DM IS 為空間測量界面標準。 圖3電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)軟件體系示意圖4.2硬件體系結(jié)構(gòu)電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)硬件體系見圖4。 圖4電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)硬件體系示意圖4.3互動計算的

18、設(shè)計路線電網(wǎng)智能調(diào)度可視化系統(tǒng)在設(shè)計路線上以調(diào)度員所想的為核心,并有機地結(jié)合電網(wǎng)運行的順序、調(diào)度員的經(jīng)驗、電力系統(tǒng)分析的功能,可視化界面提供數(shù)據(jù)展示、功能表達、互動計算的平臺,互動計算有機地將人的作用加入到這樣一個閉環(huán)控制的系統(tǒng)中。這種互動計算融入了調(diào)度員的感知、經(jīng)驗,并能將這些認識通過互動計算窗口進行實時計算,作出相應(yīng)驗證。4.4可視化技術(shù)支撐平臺的特點為展示SCADA 的數(shù)據(jù)和EMS 的分析結(jié)果,必須有一個強有力的技術(shù)支撐平臺。該平臺除具有現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)功能外,還開發(fā)了基于圖形界面的智能化支撐環(huán)境,采用了計算機系統(tǒng)支持的開放和標準化概念,有以下特點。1支撐平臺強調(diào)易用性和智能化。2實現(xiàn)技術(shù)均采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想。3支撐平臺的開發(fā)按照不同的層次進行,即在從底層的硬件、操作系統(tǒng)、分布數(shù)據(jù)庫到上層的通信服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用編程接口與用戶的接口,分為多個層次進行平臺的組織。4支撐平臺模塊之間強調(diào)獨立性和擴展性。5輸出信息豐富,智能化程度高,實用性強。4.5電網(wǎng)智能調(diào)