基于可视化技术的电网智能调度系统设计应用-

1、第27卷第4期2010年8月供用电基于可视化技术的电网智能调度系统设计应用刘俊勇,魏震波(四川大学电气信息学院四川省智能电网重点实验室,四川成都610065摘要:智能调度系统作为建设坚强智能电网的核心内容备受关注。在分析了智能调度系统及可视化技术相关概念和研究现状的基础上,提出了智能调度可视化系统的设计总体思路与原则。通过对智能调度可视化系统的主要功能介绍及软硬件的构建分析,以及实际电力调度实时运行可视化系统的应用介绍,对所建系统进行具体说明,可为构建省级电网智能调度系统提供参考。关键词:智能电网;可视化技术;智能调度可视化系统中图分类号:TM734文献标识码:A文章编号: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随着电网规模不断增大,结构日益复杂,电网调度员面对海量信息作出正确决策的难度加大,耗时无形延长。因此迫切需要有新的方法、手段和工具,能够对电网进行实时监视和控制,确保电网安全经济运行。可视化调度系统作为智能电网和智能调度发展的重要步骤,迅速引起广大科研工作者的关注与研究,并试图将其用于实际的电网调度系统中,这受到了电力部门的高度重视。本文在分析和研究电网智能调度系统和可视化技术的基础上,对电网智能调

6、度可视化系统(下称可视化系统的设计与实现进行了分析,并通过实际系统设计进行了成果展示的描述。1电网智能调度系统电网智能调度系统是以电网调度系统为对象,通过不断研发和应用新型的电网控制技术、信息技术和管理技术,实现电网调度各环节信息的智能交流。它是提高电网调度安全生产保障能力和决策能力,提高调度资源共享和优化配置能力,提高电网调度规范化、标准化、精益化和智能化运行和管理能力,为电网安全、优质、经济运行提供支持和保障的技术体系。当前,电网规模化与复杂化的发展趋势使得电网安全和经济运行问题凸显,电网智能调度系统的研究与开发成为关注焦点。从现有研究成果来看,电网智能调度系统的研究主要集中在电网状态计算

7、(包括预测方法、决策系统及系统平台搭建3个方面1-2。2可视化技术及其在电网调度中的应用可视化技术融合了计算机技术中的图形学、图像处理、数据管理、网络技术和人机界面等诸多分支,利用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示,从而有利于正确理解数据或过程的含义。目前的能源管理系统/电网调度员培训仿真1刘俊勇,等:基于可视化技术的电网智能调度系统设计应用系统(EM S/DTS中除了少量数据可视化外,更多的是在潮流图上实时显示电力系统运行数据。尽管数字信息显示是非常准确的,然而对一个大电网来讲,要进行实时地监视整个电网的所有信息,只靠数字显示无疑单调、繁杂,极度缺乏直观性。这些数

8、据没有包含调度员所需要的高层次抽象信息,如全局集中表现等,而且这些数据的相互关系表现得不明确,数据表现方式滞后。综上所述,以数据文本显示等简单的方式对电网进行监视和分析已不能满足电网发展的需求,迫切需要一些方法和工具能够全面、直观地监视电网的实时运行情况,能够突出显示对电网运行有关键意义的数据,能够通过分析计算找出系统的薄弱环节,能够进行有效地管理和处理电力系统中各种各样的信息。可视化技术的出现为现代电网运行的这些要求提供了解决办法。3电网智能调度可视化系统设计与实现3.1设计总体思路与原则现有的安全监控和数据采集/能源管理系统(SCA DA/EMS有着成熟的理论基础和应用经验,在借鉴、传承其

9、精华的同时,融入众多新生技术,需提出不同于传统的设计思想和原则,其中面临的主要问题有:在实时运行系统中,调度员(人与自动化系统间的互动关系问题;系统海量数据的抽取及其效用展示问题;诸如数据挖掘方法等不完全依赖于数学模型的知识模型和展示平台在巨型系统中应用的有效性问题;生产和管理等诸多系统中多源数据(实时与历史,静态和动态的融入与开放问题。针对上述问题,本文引入调度员与自动化系统设计和研究中的最新成果,提出了以调度员思维模式为框架,以可视化界面为功能模范,以互动计算为系统核心的电网智能调度可视化系统设计思路。可视化系统在思路和原则上首先提出一种复杂人-机系统任务的4个阶段:获取信息分析和显示决策

10、行动执行行动,如图1所示。可视化系统的特点如下。1该系统很好地继承了原有SCADA/EM S 中有效的实践经验。2该系统有效地采用了调度员在实际调度 中的思维模式,可按调度原则顺序展示工作流,更图1复杂人-机系统任务的4个阶段可以按调度员的直觉跳跃工作。3将可视化界面与功能紧密结合,展示调度员所思、想看及动手操作的具有视觉敏感的界面,加深对系统态势及解决方法的理解。4系统框架是一个开放式系统,可任意插入后续功能。该系统的核心算法是互动与顺序协调统一的在线算法,可采用纯数学模型算法、数据挖掘算法、人工智能算法等。在可视化系统中,设计了一系列的可视化界面及相应功能,提出了多个适应互动计算的实时算法

11、,探索了多数据源融合的展示技术(见图2,并用运行实践证明了系统性能指标完全达到了电网调度实时运行要求,更为下一代SCADA/EM S 的应用探索了一条新路。图2多数据源融合的展示技术3.2主要功能介绍可视化系统按照电网运行状态分3层显示。1第一层显示电网整体运行状态,这是运行人员最关心的。正常情况下可视化系统的可视化界面上只显示很少的信息,但是一旦可视化系统进入预警状态,立即通过非常直观的图形界面进行报警,并通过多种手段来表示不同的告警等级,如通过颜色的变化来表示(浅色表示低等级告警,颜色越深,告警等级越高,通过百分数饼图的颜2刘俊勇,等:基于可视化技术的电网智能调度系统设计应用色和大小的变化

12、来表示。告警等级可以通过可视化系统的配置属性进行设置。2第二层显示存在问题或运行人员所关心方面的宏观数据分析结果。正常情况下,可视化系统可以用三维柱图监视特定的一个或多个断面的潮流。如电网处于正常安全状态,则用图形方式显示电网离不安全状态的距离;如处于不正常运行状态则给出解除不安全状态的建议对策。同时,每5min实时扫描分析系统“N1”开断事故,以图形方式给出每种故障严重程度的指标。3第三层显示所关心量的具体数值。可视化系统可以显示所有设备的监视数据。可视化系统实现了以下功能。1实现电网实时数据的收集,利用动态显示及二维图像对电网线路、节点电压及发电机有功、无功功率的实时信息进行形象表达。主要

13、包括节点电压的等高线、线路的负载饼图、线路负载的等高线、动态发电机、动态潮流。2利用动态三维图像对有功、无功功率备用的实时信息进行形象表达,如无功备用、变压器温度监控、变压器备用、三维旋转功能。3实现电网线路对发电机、负荷及节点电压对无功设备的灵敏度计算及三维排序显示。4可视化图形的Web发布。对可视显示功能进行集成,通过专用隔离装置进行数据传输,在网络中进行Web发布,实现跨平台的数据共享。5对历史数据的可视化回放、重演、评估。可视化系统具有事故追忆能力,能对历史数据进行回放,重演。与一般SCADA/EM S不同的是,可视化系统重演是在历史的网络拓扑上,图形与数据同时重演,运用历史数据追踪电

14、网网损统计,并按周期进行对照分析,提供优化的策略,以可视化方式显示实时和历史指标。6对依赖灵敏度方式的预控制方案进行可视化显示。灵敏度实际上是用于描述潮流方程变量之间的线性关系的量,可分析某些变量发生变化时,会引起其他变量发生多大的变化。7关键线路低频振荡模式动态阈值可视化监视。根据同步相量测量单元(PM U的数据,实时检测系统的低频振荡,计算出所检测线路的振荡频率和幅值,并在单线图和地理接线图上,动态地进行展示。如果检测到低频振荡则单线图和地理接线图上相应线路就以振荡曲线的形式显示,并采用闪烁、变色、声音等进行违限预警;在无低频振荡的正常情况下,单线图和地理接线图上都以正常显示方式显示。当要

15、关心某一线路低频振荡的细节时,可局部追踪和放大线路振荡细节,为防范这类故障的发生提供及时和形象的警示。8任意断面潮流功率总加预警可视化。系统提供显示线路任意断面组合的功率总加,并将结果用柱状图表示。该功能大大减轻了调度人员的工作强度,为调度人员迅速、准确地评估系统的运行状态提供了强大的技术支持。9实时态下电网运行的指标体系及电网静态脆弱性的虚拟仪表可视化表达。利用SCA-DA/EM S传递的实时数据对发电系统、输电系统,负荷及无功装置等的运行工况进行分类处理,然后根据其属性决定安全、临界状态、不安全等权重,应用模糊聚类的方法,客观评估整个系统的安全运行状态,并用模拟现实的虚拟仪表展示。10电网

16、的“N1”故障预警评估可视化。利用电网“N1”评估带来的电网运行态势变化评估,进行快速的电网“N1”故障排序,制定排序指标,利用分类规则分别对不收敛情况、可控情况等用三维立体表达;在线的“N1”分析为调度员提供对可能出现故障作出提前的分析,有助于在真正发生故障时的判断和决策。11电网水库及发电能力最大化的智能调度可视化。通过收集水电机组及相应水库的发电曲线、耗水曲线、最低水位限制等数据,实时计算水电机组按最大、最小、平均或自定义的发电出力的最大运行时间,用可视化形象表达水电机组出力的相应时间,便于调度人员全面掌握电网水力发电能力。对所有发电机组的发电能力进行立体排序,针对电网按正常运行方式和有

17、新增负荷时电网可发电最大能力进行计算,用可视化技术来表达调度人员按安全目标调度的方法。4系统应用为了说明及展示电网智能调度可视化系统的具体功能与优点,下面以本系统在实际电网调度系统的应用为例进行说明。4.1软件体系结构根据前文对系统功能的介绍,电网智能调度3刘俊勇,等:基于可视化技术的电网智能调度系统设计应用可视化相应系统的软件体系如图3所示。在图3中,CIM 为计算机集中管理系统,SVG 为可缩放矢量图形,DM IS 为空间测量界面标准。 图3电网智能调度可视化系统软件体系示意图4.2硬件体系结构电网智能调度可视化系统硬件体系见图4。 图4电网智能调度可视化系统硬件体系示意图4.3互动计算的

18、设计路线电网智能调度可视化系统在设计路线上以调度员所想的为核心,并有机地结合电网运行的顺序、调度员的经验、电力系统分析的功能,可视化界面提供数据展示、功能表达、互动计算的平台,互动计算有机地将人的作用加入到这样一个闭环控制的系统中。这种互动计算融入了调度员的感知、经验,并能将这些认识通过互动计算窗口进行实时计算,作出相应验证。4.4可视化技术支撑平台的特点为展示SCADA 的数据和EMS 的分析结果,必须有一个强有力的技术支撑平台。该平台除具有现有调度自动化系统功能外,还开发了基于图形界面的智能化支撑环境,采用了计算机系统支持的开放和标准化概念,有以下特点。1支撑平台强调易用性和智能化。2实现技术均采用面向对象的设计思想。3支撑平台的开发按照不同的层次进行,即在从底层的硬件、操作系统、分布数据库到上层的通信服务、数据服务、应用编程接口与用户的接口,分为多个层次进行平台的组织。4支撑平台模块之间强调独立性和扩展性。5输出信息丰富,智能化程度高,实用性强。4.5电网智能调