科技论文电网可视化安全预警的应用分析

　　国内外电力系统的安全稳定性都是一个常谈话题，世界各国在经历了不同程度的大面积停电事故后，对安全预警和决策支持系统的研究逐渐引起了世界各国的重视。最早的安全预警与决策系统只包括数据采集和系统监控（SCADA），随着控制技术的发展，自动化程度更高的配电管理系统（DMS）和能量管理系统（EMS）逐步的被推广应用，但是当前的EMS系统仍然不能满足电力系统稳定运行的要求。而安全预警与决策系统，特别是三维可视化技术的应用可以很好地进行在线实时监测以及安全警报自动决策功能，使安全稳定性得到了很大提高。

　　【摘要】在城市电网系统运行的可靠性管理中，传统的潮流在线“N-1”故障扫描分析阶段，缺乏电网在线安全稳定评估、预警和预防控制功能。本文根据并网运行的操作与潮流计算问题，阐述城市电网安全预警与可视化安全决策支持系统在城市电网系统中的应用，提升电网调度的辅助决策功能和对电网事故的处理能力，将电网安全可视化及市场运营一体化（MOS）系统与能量管理系统高级应用有机的结合在统一技术平台上。

　　【关键词】环网潮流,可视化安全决策支持系统,在线分析,辅助决策

　　一、前言

　　在线潮流预测与可视化预警辅助决策功能模块就是以在线潮流预测为依据，通过对运行中的城市电网系统的合环潮流，进行快速的预测和计算，依据自动处理软件将系统的安全隐患实施检测和预警，并进一步作出辅助决策，调度员可以根据系统模块掌握最佳的合环点和合环操作时间，实现人机交互体验、集成化、智能化、可视化数据分析，在电力系统的运行管理中同样可以起到良好的作用，能够有效的节约成本，提高效益；降低事故灾害，预防事故发生；并能做出辅助决策。

　　二、电网安全管理现状分析

　　随着我国电网系统的并网运行，由于快速增长的用电负荷、电网布局的多样化以及不断更新的电网技术，电网用户的用电量差异和供电线路的潮流震荡等，使电网并网运行存在着很大的安全隐患。而现有的安全监测和分析决策手段又存在不足，传统的电网EMS系统的运行，比如跨区互联电网的运行方式和输送功率的变化带来的影响，对于我国例如：能量管理系统（EMS）应用软件在电网的安全管理上对于预警、在线评估方面还很欠缺，仍然局限于潮流在线“N-1”故障扫描分析阶段，在现代化大规模的互联电网结构运行中，这种安全管理系统在工作量和智能程度上都已经显现出一些矛盾。

　　可视化技术是一门新兴技术，是利用计算机技术实现了数据管理、网络技术、图形学、图形处理和人机界面的融合，可视化技术在国外的应用非常广泛，国内可视化预警与决策支持系统的研究应用起步较晚，国内电网如江西省电网、广东省网、广西电网相继部署了安全预警系统，并取得了显著成效。山西长治电力公司从2011年开始也在此领域进行了研究应用，并且都取得较好的效果。国内外对于电网运行的安全预警与决策支持系统的研究，主要是基于电网运行中的安全和稳定性方面存在的缺陷，自上个世纪七十年代以来的几十年来，世界各国发生的大面积停电事故屡有发生，这些大停电事故造成的社会损失和对电网的严重破坏是不可估量的。因此，研究电网的安全预警与决策支持系统，是各国电网安全运行的主要目标。

　　三、可视化安全预警与辅助决策支持系统的在线监测功能

　　1.实时态安全预警与辅助决策服务

　　对安全性能进行在线实时监控，并进行在线评估和适时地报警、预警以及辅助决策。系统从综合信息平台获取电网模型的实时信息，并经过系统拓扑分析、评估和不良数据辨识，然后系统自动启动对数据基础的依赖性相对较低的有功状态估计，以保证系统的正常运行。

　　2.预测态安全预警与辅助决策服务

　　利用实时态的母线负荷预测模型，根据其在一定时间之后负荷的分布情况，对母线负荷预测以及超短期负荷预测进行安全性能分析，对可能出现的运行中不安全状况进行预警以及控制措施的在线决策。

　　3.研究态安全预警与辅助决策服务

　　利用实际电网模型，截取实时断面或加载历史断面、研究方式来实现设定研究场景，分析电网存在的问题及隐患，然后进行预警和决策，同时还能够实现运行方式的校核。

　　4.在线潮流估计与状态评估

　　通过最优乘子法进行预想故障分析、短路电流计算与保护、负荷预测以及合环潮流的结果查询与预警辅助决策。

　　四、可视化安全预警与决策支持系统的应用

　　可视化技术的分析是建立在大量数据和字符基础上的，从数据中的规律的出的，从观察自然现象到模拟自然现象并分析模拟结果的过程。它包括以下应用功能：

　　1.实现节点等高线的可视化。将系统的运行状态通过节点等高线的形式直观地显现出来，首先构建节点三角形网、进行优化后内插同一运行数据等值点，然后追踪相邻关系等值点闭合、填充色块而形成等高线。2.实现图形和人机交互。它是一个交互性很强的系统，容易学习和掌握，易于维护，实现了图形的平滑无级放大，并且能够实时显示EMS图形系统。系统中的图元变化能够和数据库中的动态数据相统一，所以图形元件的实时显示是系统工况的动态数据真实反映，图形颜色和亮度的变化、闪烁频次等警示信号，都是系统的运行工况的实时反映。3.实时数据库管理系统。可视化系统的实时数据库在管理上具有非常严格的实效性，它有机的结合了实时理论与技术和传统数据库技术。在限定的时间范围内对不断变化的实时数据进行数据的分析与处理，保持了数据的一致性和完整性，解决了实时数据库模型的设计与实现、共享内存管理与数据存储、实时任务的处理及其并发控制，满足了访问数据的实时性和高效性。4.实时任务调度与管理。可视化预警与决策系统的结构较为复杂，数据对象和任务之间互相制约、互相依存，设计实现了任务的定时启停、启停条件的设定、指定任务之间的依存关系与实例化个数的约束等，实现了各个任务之间的嵌套、合并、通信和合作等功能。5.实施资源管理。包括数据存储形式的分类依据、数据库数据恢复与安全、共享内存的实现等功能。6.网络通信。实时数据库的网络通信通过流式传输、异地镜象、客户/服务器交互访问、报文广播、I/O调度等机制，满足了系统高效和可靠性的基本要求，实现了数据传输功能。对数据库通过强制刷新和定时刷新两种方式，就可以实现内存数据库与关系数据库之间的双向交流。

　　以上应用功能在电网运行中的安全预警与辅助决策中实现了正常状态辅助决策、静态安全预防控制、紧急状态辅助决策、预测态辅助决策功能，是现代电网系统中安全管理的科学管理系统。

　　五、结语

　　综上所述，山西长治电力公司的可视化安全预警与辅助决策支持系统的应用来看，该系统的应用具有十分重要的现实意义：（1）可视化技术有助于将过程一体化和流线化，并能使工程的主管和调度运行管理人员看到和了解运行过程中的参数变化，以及对整体的动态影响，极大地提高了数据的利用率。（2）对于在线数据分析的效率得到了极大提高，使诸如数据表格、离散采样的数据、非结构网格数据和多重半结构网格数据等，以三维的形式直观的反映出来，有助于工程技术人员快速做出正确判断和决策。（3）实现了人与数据、人与人之间的实时图像通信，使我们对于数据中隐含的现象更加清楚的认知，从而更快的掌握其规律，进行控制引导。（4）通过计算机辅助功能实现的可视化技术，为生产信息化系统提供有效的信息平台。

　　参考文献：

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