摘要：提出了智能电网态势管理概念模型及概念设计，包括态势感知可视化对象建模及应具有的核心算法模块。态势可视化的核心是态势图建模，文中提出了态势图构成模型，并提出了实时态势图片生成以及基于条件触发的历史图片存储机制。存储的带时间戳的历史态势图片，经过拼图，可实现历史动态态势图动画反演播放；提出了未来的预测动态态势图的生成机制，生成的带时戳的未来态势图片，经过拼图，可实现未来动态态势图动画播放。初步探讨了态势图设计评价指标，指出态势底图的选择将直接影响到态势感应和感知可视化效果。
关键词：智能电网；态势管理；概念设计；态势可视化
配电网作为电力系统中直接面向用户的重要环，其重要性不言而喻。随着大量可再生能源在配电网中的接入，传统配电网成为有源配电网。为了应对有源配电网所面临的挑战和满足用户日益增长的供电质量和可靠性要求，发展智能配电网已成为共识。在智能配电网条件下，系统采集和处理的数据呈海量增长，并且受用户随机需求响应、客户多样化需求、应急减灾等因素影响，配电网运行趋于复杂多样，对配电管理的要求日趋提高。现有的配电运行态势感知体系在计算速度、安全性评估、可视化、通信网络等诸多环节上均难以满足智能配电网的发展需求。构建有效的智能配电网态势感知体系，增强对配电系统的态势感知能力已成为当前一个研究热点。通过态势感知可实现对配电网运行态势的全面准确掌控，为在态势感知基础上进行态势利导，以提高复杂配电网的调度控制水平提供了有力支撑。
1.态势感知和态势利导内涵
般而言，态势感知是指在特定时空下，对动态环境中各元素或对象的觉察、理解，以及对未来状态的预测，即所谓“索其情”“知其态”“循其势”。可见，态势感知主要分为三级：一级态势感知为态势觉察，即所谓“索其情”，本质上是“数据或信息收集”，即觉察检测和获取环境中的重要线索或元素；二级态势感知为态势理解，即所谓“知其态”，本质上是通过数据分析获得认识或知识，即整合采集或者觉察到的数据和信息，分析数据中的对象及其行为和对象间的相互关系，进行态势评估；三级态势感知为态势预测，即所谓“循其势”，本质上是对获得知识的应用，即基于对环境信息的感知和理解，预测未来的发展趋势。而态势呈现，也称态势可视化，是在态势觉察的基础上，结合了态势理解和态势预测的结果，对系统当前和未来态势的一个直观展示。
态势利导则是在态势感知的基础上，实现对系统状态朝向有利方向的动态灵活调整和控制，即所谓“因利而制权，因势而利导”。在整个过程中，态势感知和态势利导需不断动态交互。大电网，主要指输电网，具有输送距离远、地域跨度大的特点，传统能源和可再生能源发电多是采用大规模集中式接入方式，因而对大电网的态势感知往往侧重于广域态势感知，即通过采集分析广域大电网的稳态和动态信息达到态势感知的目的。与输电网不同，配电网具有区域化特征，且可再生能源发电、负荷等都以分布式的方式接入配电网，配电网的不确定性相比于输电网更强。所以，与输电网的态势感知不同，配电网的态势感知更聚焦于实时感知配电网的各种不确定性因素的变化，如负荷随机需求响应、电动汽车无序接入、分布式电源间歇性出力、外部灾害因素等，强调各参与方（包括电网公司、售电公司、虚拟电厂、微网、分布式电源、电动汽车、一般用户）之间的互动与博弈。
为了适应复杂配电网的运行要求，使配电网运行从被动应对逐步转向主动智能防控，智能配电网态势感知和态势利导技术需实现以下目标。
1）能对配电网进行实时或准实时的态势感知，快速准确地判断出系统安全状态，并基于系统安全属性的历史状态纪录，为运行控制人员提供一个较为准确的配电网运行趋势。
2）具有超前预测功能，即在事件发生之前进行预测，为配电网运行管理人员制定运行策略和防御措施提供依据，做到事前防范。
3）通过采用先进算法等方式，使态势感知系统具有自学习和自适应能力，能够智能化地感知配电网运行状态，实现电网运行态势的智能化告警。
4）能够检测和预防配电网事故，并能够较高精度地检测出未知的和潜在的电网运行风险，提高对电网运行的掌控能力。
5）能够动态灵活调整和控制配电系统的运行状态，使系统状态朝向有利方向发展。智能配电网的态势感知和态势利导的示意图如图１所示，图中ＰＭＵ为相量测量单元。通过单／双向通信，实现对系统的态势觉察，然后在配电网调度中心将经过态势理解和态势预测的结果进行态势呈现。最后，在态势理解和态势预测的基础上，通过态势利导实现配电网调度员和系统与智能设备间的双向互动和相互作用。态势利导的结果产生新的态势觉察，如此周而复始，形成一个闭循环。
图1智能配电网态势感知和态势利导示意图
2.态势主题定义与态势底图、态势感应源管理
态势主题是指从智能电网业务需求出发，需要建立的态势分析或态势决策的主题；态势主题获取，主要由人为设定，或由机器智能通过大量数据挖掘所获取的一些现象并加以分析归纳而确定的主题。态势主题包括如下方面。
2.1态势分析的对象
以态势底图的图形化方式描述，而态势底图是指研究对象的物理特征或物理特征加载地理空间信息的图形，包括对象的静态图形及静态参数，如电网电气设备及连接、智能设备及连接等。
2.2态势分析目标
一般选择为研究对象的某一个或一组性能特征或控制目标。
2.3态势感应源管理
与研究对象态势分析目标相关的感应数据或语义的来源、筛选原则、颗粒度选择等。
2.4态势感应与可视化管理
研究对象的感应包括物理对象运动的全部表象量，如电网各节点和支路的电气量、电能量等。目前的态势感知源，以物理对象状态可观测为配置依据，也可能存在冗余配置，因此需要经过状态估计、潮流计算等，才能获取整个物理系统的全部感应。态势感应的可视化，主要是对这些表象量的可视化，比如电压等高线及着色图等。
3.关键技术
智能配电网态势利导技术的关键是如何实现调度人员、调度系统与智能设备和多元用户的协同互动，明确各自在态势利导中的分工以及相互合作和相互支撑。智能配电网的态势利导技术主要包括智能配电系统优化调度技术、智能配电系统与用户互动技术等。
3.1智能配电系统优化调度技术
由于配电网量测信息少、信息质量不高，因此实际中难以实现智能调度，目前大多借助经验进行调度，或处于“盲调”状态。配电网的智能调度是对含分布式电源、微网、储能装置、电动汽车充放电设施等对象的复杂配电网进行调度，通过运行信息的全景化、配电网评估的定量化、调度决策的精细化、运行控制的自动化，实现配电网中网络、电源、负荷的协调运行，保证配电网持续、安全、可靠运行。配电网的优化调度模型与传统电网的优化调度相比，不论是控制变量、约束条件，还是目标函数都发生了深刻变化。配电网优化调度的控制变量不仅包括可控分布式发电单元，还有兼具充放电特性的储能系统及配电网中的联络开关；配电网优化调度策略的目标函数不再以某一时刻网损最小或发电成本最低为目标，而是应该对整个调度周期的运行成本进行优化。
3.2智能配电系统与用户互动技术
智能配电网区别于传统配电网的一大显著特征在于所接入的分布式发电单元、储能单元及微网单元等对于配电网运行人员来说大多是可控的，这将赋予配电网调度运行更加丰富的内容。随着多种分布式电源的大量接入、用户与电网的双向互动、各种新型可控单元的广泛应用，使得配电网主动性增强、调度资源愈发丰富、运行方式日趋复杂。可控负荷将成为电网调节和消纳新能源的重要手段，电网和负荷将形成真正的互动。与电网友好的可控常规负荷及微网、储能、电动汽车、需求响应等，均成为能够适应电网调控需求的柔性负荷，从而使配电网和负荷均具备柔性特征，通过与具有良好调节和控制性能的柔性电源的协调配合，可以使之共同向可预测、可调控的方向发展。
结论
智能电网态势感知与态势可视化是一个崭新的课题，本文在其工程实践实现路径、关键技术总结的基础上，尝试在态势可视化工程应用理论和方法上有所突破。
参考文献：
[1]鞠平，秦川，黄桦，等．面向智能电网的建模研究展望［Ｊ］．电力系统自动化，2014
[2]洪文学，王金甲．可视化和可视化分析学［Ｊ］．燕山大学学报，2016
论文作者:钟珍超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：态势论文; 配电网论文; 电网论文; 智能论文; 系统论文; 互动论文; 分布式论文; 《电力设备》2018年第15期论文;