摘要：充分研究智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制后，文章基于“調(diào)度員思維模式”和“人機(jī)一體化”思想建構(gòu)了智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制、分析、觀測(cè)與監(jiān)測(cè)的可視化，同時(shí)增加了智能預(yù)警功能，打破了傳統(tǒng)預(yù)警的單一性，提高了調(diào)度員的工作效率。建模與仿真功能也被用于系統(tǒng)的建設(shè)，確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng);可視化;智能預(yù)警;調(diào)度員思維模式;人機(jī)一體化

研究表明，人眼對(duì)于圖形的反應(yīng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)數(shù)據(jù)的反應(yīng)速度，調(diào)度員在看到數(shù)據(jù)經(jīng)處理后得到的圖形能更快更準(zhǔn)確的做出判斷，找到系統(tǒng)發(fā)生異常的根本原因，及時(shí)有效的處理可提高系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量，為提高智能電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)提供有利條件。可視化指的是利用相關(guān)技術(shù)將經(jīng)測(cè)試所得到的數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)化為更加一目了然的圖形來顯示，該信息因時(shí)間或者空間的不同而發(fā)生變化，該圖形將在屏幕上顯現(xiàn)。

智能電網(wǎng)的調(diào)度中心是指導(dǎo)整個(gè)電網(wǎng)平穩(wěn)安全運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，它不僅負(fù)責(zé)電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電、配電以及電的調(diào)度業(yè)務(wù)，它還負(fù)責(zé)發(fā)電、變電和用電等，它是整個(gè)系統(tǒng)的決策中心。電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)與各個(gè)功能模塊之間的互相協(xié)調(diào)緊密相關(guān)，而調(diào)度系統(tǒng)就是這個(gè)協(xié)調(diào)的中心。調(diào)度系統(tǒng)的核心要素就是調(diào)度員，調(diào)度員工作效率與判斷的準(zhǔn)確度決定著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，合理有效的提高調(diào)度員的工作效率可有效提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。將數(shù)據(jù)用圖像的方式顯示可有效調(diào)高調(diào)度員的工作效率，使系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

1智能電網(wǎng)設(shè)計(jì)思想——“調(diào)度員思維模式”與“人機(jī)一體化”

智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)從人出發(fā)，將人作為主體部分，人與計(jì)算機(jī)形成一個(gè)新的整體，利用人的智力和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，各司其能，使系統(tǒng)智能化程度達(dá)到最大。調(diào)度員在調(diào)度系統(tǒng)中的重要性不言而喻，而現(xiàn)有系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)沒有合理利用人的智力。將調(diào)度員的智慧用于系統(tǒng)中，將有效提高系統(tǒng)性能，這種基于“調(diào)度員思維模式”與“人機(jī)一體化”的系統(tǒng)將打破常規(guī)，為電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展與進(jìn)步貢獻(xiàn)出寶貴的力量。

人的智能主要可分為3個(gè)，第一個(gè)是智慧，它與個(gè)人的受教育程度以及生活閱歷有很大關(guān)系，它影響著人生的一系列重大決策;第二個(gè)是智力，是人的智能的主要組成部分，它與個(gè)人的認(rèn)知緊密相關(guān)，人們通過自己對(duì)事情的感覺、記憶和思考對(duì)發(fā)生的具體事情進(jìn)行具體分析，給出一定的判斷和相應(yīng)的解決措施;第三個(gè)是技能，它是人的智能的基礎(chǔ)部分，它指的是人通過感覺器官、語言等與外界環(huán)境相互作用的一種能力。在智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)中，這三個(gè)方面的作用都無可取代，相輔相成。智慧主要體現(xiàn)在調(diào)度員個(gè)人素質(zhì)上，它主要負(fù)責(zé)調(diào)度員情緒的調(diào)節(jié)，智力與技能在人與計(jì)算機(jī)的合作中將擔(dān)任重要角色。智能電網(wǎng)可視化調(diào)度系統(tǒng)充分利用人類的智慧。計(jì)算機(jī)彌補(bǔ)了人的計(jì)算效率低、出錯(cuò)率高、極易疲勞的不足，人類智慧彌補(bǔ)了計(jì)算適應(yīng)性弱、學(xué)習(xí)能力低等缺點(diǎn)。

電網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)意義上的可視化是指將數(shù)據(jù)歸納總結(jié)后用表格或餅狀圖或曲線的形式表達(dá)，這種可視化技術(shù)利用視覺優(yōu)勢(shì)提高了調(diào)度員處理問題的速度。智能電網(wǎng)系統(tǒng)不斷發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)可視化技術(shù)也提出了新的更高的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在的智能電網(wǎng)系統(tǒng)主張人機(jī)協(xié)同決策，提高了決策的準(zhǔn)確率，此類問題可用下面這個(gè)公式構(gòu)建的模型來表示：

2智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為迎合智能電網(wǎng)的高速發(fā)展需要，該系統(tǒng)需滿足很多條件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循很多準(zhǔn)則。首先，系統(tǒng)應(yīng)具有整合功能，可將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速合理的整合，系統(tǒng)的各個(gè)功能也要可以整合;其次，系統(tǒng)應(yīng)該更加開放，非平臺(tái)的第三方也可以與平臺(tái)之間進(jìn)行信息交流，第三方數(shù)據(jù)可以接入，也可以輸出;還有，系統(tǒng)應(yīng)包含專家給出的分析以及建議，將專家給出的分析結(jié)果和建議建立專門的信息庫，給調(diào)度員提供參考意見;最后，該系統(tǒng)還應(yīng)制定屬于自己的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的制定有利于系統(tǒng)的管理。

在該系統(tǒng)中，若干個(gè)可視化的界面被設(shè)計(jì)出來，界面上的很多功能也得到了實(shí)現(xiàn)，可用于實(shí)時(shí)計(jì)算的大量算法也被應(yīng)用于該系統(tǒng)，形成了多數(shù)據(jù)彼此融合的系統(tǒng)，智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)的構(gòu)成框架圖如圖1所示[1]。

圖1智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)框架圖

該可視化系統(tǒng)的顯示分為3行，第一行主要是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，這是調(diào)度員最應(yīng)該關(guān)心的問題，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這一行的顯示很少，幾乎沒有。但是，當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生問題，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，系統(tǒng)應(yīng)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(dá)警告等級(jí)，顏色越深，警告等級(jí)越高。第二行主要顯示系統(tǒng)與非安全狀態(tài)的距離，若系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，則將系統(tǒng)與非安全狀態(tài)的距離在界面上顯示出來，并同時(shí)給出相應(yīng)的解決措施，系統(tǒng)每5分鐘檢查一次。第三行顯示系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的具體參數(shù)的變化情況，調(diào)度員根據(jù)其變化，憑經(jīng)驗(yàn)判斷系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3可視化模型建立

為了達(dá)到智能電網(wǎng)可視化的目的，我們應(yīng)主要從以下四點(diǎn)著手，預(yù)警、分析、控制和功能的可視化[2]。

3.1預(yù)警可視化

要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的可視化，預(yù)警功能是必不可少的，預(yù)警功能可提示平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，為調(diào)度人員的工作提供良好的參考依據(jù)。預(yù)警功能將監(jiān)測(cè)到的很多容易忽視的問題顯示出來，并實(shí)時(shí)發(fā)出警告的信號(hào)。還能從系統(tǒng)出錯(cuò)較多的地方找出設(shè)備損壞的嚴(yán)重程度。

3.2分析可視化

為了讓調(diào)度員更直觀的了解全網(wǎng)電壓的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從而做出更科學(xué)準(zhǔn)確的判斷，在顯示時(shí)可采用降序或升序的方式按電壓大小值進(jìn)行排序，這有利于調(diào)度員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)有更加全面的認(rèn)識(shí)，能更好的掌控系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生超載或者有些功能無法實(shí)現(xiàn)時(shí)，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(tǒng)不能同時(shí)處理過多的信息，處理目標(biāo)不能太多，當(dāng)目標(biāo)太多時(shí)，計(jì)算機(jī)計(jì)算速率下降，系統(tǒng)很難快速運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)度員無法準(zhǔn)確快速的做出判斷，會(huì)為調(diào)度工作帶來難題。

3.3控制可視化

我們通過分析電壓和發(fā)電設(shè)備，將其結(jié)果用更加直觀的可視化圖形顯示在界面上，調(diào)度員的監(jiān)測(cè)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(shí)，調(diào)度員也能對(duì)全網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況有更深刻與清晰的了解，對(duì)調(diào)度員及時(shí)做出判斷有很大幫助。

3.4觀測(cè)可視化

該系統(tǒng)根據(jù)區(qū)域的靈敏度劃分區(qū)域，不同區(qū)域的設(shè)備都得單獨(dú)分析。每個(gè)區(qū)域的設(shè)備是否有重載現(xiàn)象的發(fā)生、以及重載情況所占的比例、每個(gè)區(qū)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(tǒng)的容載比也是需要分析的，電網(wǎng)的平衡分析與安全監(jiān)測(cè)也是必不可少的。除了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)處理，還需要對(duì)電網(wǎng)斷面信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4智能電網(wǎng)調(diào)度可視化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)調(diào)度可視化是一項(xiàng)復(fù)雜的項(xiàng)目，它覆蓋面廣，涉及問題多，其中有幾個(gè)技術(shù)很關(guān)鍵，是必須解決的。

4.1智能預(yù)警技術(shù)

現(xiàn)有的預(yù)警技術(shù)種類繁多，但是形式都比較單一，可提供的功能也很少。現(xiàn)階段的預(yù)警功能都是通過采集數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，如：連續(xù)潮流穩(wěn)定計(jì)算、靈敏度計(jì)算、故障篩選與排序等，然后將系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析穩(wěn)定性計(jì)算，這種計(jì)算方式與監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，從而發(fā)生預(yù)警信號(hào)。這種單一的預(yù)警一般是提前設(shè)置系統(tǒng)的警戒值，一旦高于該值，系統(tǒng)就自動(dòng)報(bào)警。然而，這種預(yù)警方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在日新月異的發(fā)展，我們?cè)卺槍?duì)系統(tǒng)故障分析時(shí)，不僅需要分析系統(tǒng)是否處于警戒狀態(tài)，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(hào)預(yù)警，不同故障之間有時(shí)候也會(huì)相互關(guān)聯(lián)，這也會(huì)導(dǎo)致預(yù)警信號(hào)的變化，這樣更有利于調(diào)度員及時(shí)做出判斷。預(yù)警針對(duì)的對(duì)象一般都是某些監(jiān)測(cè)的原件，幾乎沒有預(yù)警是針對(duì)系統(tǒng)的，沒有站在系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度去考慮。針對(duì)這些不足之處，本文預(yù)警的監(jiān)測(cè)對(duì)象涉及面更廣，無論是元件還是系統(tǒng)都是監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，同時(shí)不管系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況都會(huì)進(jìn)行分析，而且監(jiān)測(cè)范圍分區(qū)進(jìn)行，整個(gè)區(qū)域都要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這種多層級(jí)的監(jiān)測(cè)可有助于調(diào)度員快速了解系統(tǒng)各個(gè)區(qū)域的不同狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)作時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，監(jiān)測(cè)到的大量信息與數(shù)據(jù)會(huì)同時(shí)紛涌而至調(diào)度中心，調(diào)度員在面對(duì)大量信息時(shí)，一時(shí)間很難快速的做出判斷，錯(cuò)過處理故障的最佳時(shí)機(jī)。本文利用智能預(yù)警技術(shù)，將故障類型分為一次、二次、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)故障等[3]，這種篩選機(jī)制使調(diào)度員可直接了解預(yù)警信號(hào)的類型與等級(jí)，優(yōu)先處理最緊急的故障，可有效避免故障的發(fā)生，提高系統(tǒng)的安全性。其預(yù)警信息篩選流程如圖2所示。

圖2智能預(yù)警信息篩選流程

4.2調(diào)度、備調(diào)與應(yīng)急一體化技術(shù)

一般而言，調(diào)度系統(tǒng)、備調(diào)系統(tǒng)與應(yīng)急系統(tǒng)是各自獨(dú)立的部分，一體化技術(shù)不是將其簡(jiǎn)單的加在一起，而是在管理上的融合。目前系統(tǒng)的管理功能越來越多，不同功能需要不同的數(shù)據(jù)庫與操作界面，對(duì)于調(diào)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(duì)調(diào)度員的工作情緒也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。本文將這些功能一體化，實(shí)現(xiàn)信息共享，大大降低了調(diào)度員的工作量。這種一體化的機(jī)制更有利于系統(tǒng)的維護(hù)。

4.3快速仿真與建模技術(shù)

電網(wǎng)的運(yùn)行需要更加堅(jiān)定的理論基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的理論涉及復(fù)雜的計(jì)算，已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)的快速發(fā)展。仿真與建模在各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，其準(zhǔn)確度高，計(jì)算速度快，結(jié)果清晰等優(yōu)點(diǎn)可有效提高調(diào)度員的工作效率。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需先通過各種高精密儀器測(cè)量得到系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻率以及電壓等信息，然后以此為依據(jù)，在線進(jìn)行建模與仿真分析，最后判斷系統(tǒng)的性能狀態(tài)。圖3顯示了系統(tǒng)在靜態(tài)狀態(tài)下的超實(shí)時(shí)計(jì)算，圖4顯示的是系統(tǒng)短路電流辨識(shí)的超實(shí)時(shí)流程。

圖3電網(wǎng)靜態(tài)下安全的超實(shí)時(shí)計(jì)算

圖4超實(shí)時(shí)短路電流辨識(shí)

5結(jié)束語

本文基于可視化技術(shù)構(gòu)建了智能電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了調(diào)度員在系統(tǒng)中的重要性，注重人與計(jì)算機(jī)的完美結(jié)合，增加的智能預(yù)警功能可有效提高調(diào)度員的工作效率，為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

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作者介紹

鄒鑫(1983)，男，湖南省人，漢族，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)度控制運(yùn)行研究。