【电力】浅谈：智能配电网态势感知可视化建模与系统开发

2014年3月31日，《2014全球智能电网建设分布式能源及技术储备展览会暨高峰论坛》在国家会议中心举行，在下午举行的主题为“智能变配电与电能测量管理”的演讲环节。笔者整理杭州电子科技大学电力系统自动化教授章坚民关于“智能配电网态势感知可视化建模与系统开发”主题演讲。全文如下：

章坚民：刚才清华大学的教授已经讲的非常好了，我只讲里面的很小一部分，我们智能电网采用了大量的量测。但是我们里面有很多问题，还是由于我们的不确定性非常强，我们新能源进来以后，我们的随机性、间歇性，还有我们的IT技术也是存在着很多的不确定性在这里。有一个题目叫态势感知，态势感知是什么呢?实际上是在做一个人机交互，我们可以通过这幅图看出来，大系统控制的时候，自动化控制系统主要是确定性的回路，我们可以通过。但是我们有一些是叫审慎感知的控制回路，靠我们的计算机算法还是很不确定，这个时候需要人来参与。人参与的最好方法就是我们要做可视化，我们清华大学张教授也显示了几幅，这个就是可视化的图。态势可视化实际上是我们可视化更高的阶段，可能要把我们的人员的因子都要反映进去，另外是我们做的可视化必须要更加的清楚。

另外是我们态势可视化应该从计算机行业，从应用行业都是非常新的领域。里面的可视化有一个非常大的困难，就是我的可视化怎么来对比，比方说我们国内做EMS的厂家，我们清华、南瑞、ABB也在做，他们的态势感知到底谁好，谁不好，或者说它的优势和劣势在哪里，我们有没有办法测量它。我们讲如果变成工程问题，首先要解决测量问题，这个在我们的研究里面，我们也有一些介入。

第一个我们把态势往工程化走，我们提出了叫做态势图的建模，我们把态势图分成态势底图和表现图。所谓的态势一定是面向一个对象的，我们电网就是面向电网的设备和拓扑，还有开关的位置和用户的一些状况。所有的量测都是为了更快的了解他们，我们刚才讲的叫做源网荷三个能够把它协同起来，这三个就是我们所研究的对象。我们的态势表现图一定是量测的东西，我们量测的东西有作为的感应图和感知图也有我们的预测图，我们做信息系统可视化大家一定要走的，但是态势可视化往工程化走，把这条思路理清楚，变成容易做到的。

另外我们有一个比较大的发现，大家都有感觉。就是我们的量测在我们的一次图上面有一个非常好的配合，只有配合好，我们的感知才是好的。我们举一个简单的例子，架空线，我们的电压比如说单个电源的，电压从高向低，这幅就很清楚。一看这幅图就知道我的距离跟我的电压是线性下降的，物理上这条线是弯着走的，三维的地也是弯着走的，首端和末端这幅图给我们的感知非常明确，这幅图揭示的本质是一样的。

所以在这种情况下我们就提出了我们的底图怎么样跟我们的感应图匹配起来，从我们配电网上来讲，我们也就提出了变电站为中心的馈线的辐射均匀图，我们一个110站有24路10千伏出现。我们要做一个自动构图，让它呈现出这么一种辐射状，这是一个电压的等高线，等高线上面再进行着色，我们就看到很清楚。供电半径越长电压就越低，但是这个东西如果跟我们地理接线图来比是很低的。

我们从渲染上来讲，这边这个图是以地理接线为背景的电压渲染，很难发现有明确的规律。这一个规律就非常强，我们有一个动态的播放，比方说每15分钟量测数据出来，自动潮流计算，自动产生图，自动的来播放，非常容易发现在晚上的时候，负荷很轻的时候，高电压非常广。随着负荷越来越大，高电压就会越来越小。从动态上面，我们就能够感觉到。所以说在这里我们就提出了态势怎么计量，比方说我们的等高线，看到它的峰谷数，这幅图很明显只有一个峰，因为它是一个辐射状的，另一边峰谷就很多。我的等高线弯曲图，这个图弯曲度非常大，等高线的线数非常少，那边本身是交叉在一起的。

所以说按照这样，我们就是来研究等高线的这些图，我们来计量它。我们能够发现可以通过数值计算，发现均匀的等高线要好，另外还有细节的思考。这是我们简单的一个对比，这样以后我们计算机算等高线，我们均匀图算的非常快。因为它的态势是比较均匀的，我们也是提出了系统的建模，这个是一个态势可视化的建模，我们要反映出来我的实时态势，通过UML，第二个是我们历史态势能够播放，我们过去每个月的每天15分钟都可以进行播放出来。

另外一个未来的态势也要进行播放，比方说负荷我们做一定的预测，我们也可以滚动。第二个是我这个态势图的生成和存储，我们的态势图希望存储量越小越好。那个地方看到电网拓扑有变化的情况下，我的态势会进行分析，如果电网拓扑没有变化，我的态势图存储的数据是用不着电的。我们的开关变位，我们有故障出现，我们的模拟量和潮流计算的变化，我们形成了这个图，我们是采用了SVG存下来的。事实上的尺寸是非常小的，所以我说后面我们整个的系统也是国网的项目，去年年底验收掉了。

另外有一个非常好的概念，就是叫罗盘图，我们可以把很多的不同角度的视角从一个平面把它反映出来。打个比方，这是俯瞰图，比如说我的功率、故障情况等等。这一个轴是它的时间轴，通过一定的播放也可以动态的看出我们这些故障相互之间的变化。我们也可以把它转换成三维，这个是我们所做的系统，整个从量测上来以后通过潮流计算，通过图片的生成。我们这个做的比较好，我的图形生成下来，子层比较少，提出来是轻量级的。这个图可以在计算机上面都可以进行播放，这样一个好处是大电网出问题的时候，我们出了问题，你把这个图形发一个邮件给我，或者开一个小会，跟EMS这些都没有任何关系，我就是拿到电脑里面全部播放出来，大家来分析我到底是怎么样的一个情况。所以我讲一个轻量级的图形有优势在这里，这个里面还有几条线，目前母线的电压，也可以做一些放大。

今年有两篇文章出来，一个是态势可视化的概念设计，第二个是适应于态势分析的均匀图生成和计算。我就讲到这里，谢谢!