李金訊，顏 清，吳秋佳

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息通信分公司，海南 ?？?570203）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對電的需求量是日益增加，我國的電網(wǎng)系統(tǒng)展現(xiàn)出了隨機(jī)特性和多源大數(shù)據(jù)特性，從而直接影響到了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了威脅，因此對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)在時代的發(fā)展過程中暴露出了許許多多的問題，不僅時效性低，穩(wěn)定性差，而且準(zhǔn)確性低，實(shí)用性差，因此應(yīng)該對傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新。在對電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)朝著更加現(xiàn)代化、智能化、信息化的方向發(fā)展。

1 我國電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)發(fā)展的基本現(xiàn)狀

隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展，電力調(diào)控系統(tǒng)也是發(fā)展的非常迅速，因?yàn)槊總€時期的電力需求不一樣，所以每一個時期都有不同的電力調(diào)控系統(tǒng)。在21世紀(jì)之前，我國的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)發(fā)展的比較緩慢，但是在進(jìn)入21世紀(jì)之后，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)快速發(fā)展的影響下，各種高水平、高質(zhì)量的電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)被研發(fā)出來，并且廣泛應(yīng)用到實(shí)際工作中。在2007年，我國電力調(diào)控控制中心經(jīng)過長期的努力和專研，終于建成了跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)。這一項(xiàng)目的完成具有巨大的歷史意義，它標(biāo)志著我國實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)計(jì)算

分析由離線向在線的跨越。2011年，我國基本全面實(shí)現(xiàn)了國家電網(wǎng)范圍內(nèi)全部省級以上電網(wǎng)推廣應(yīng)用，并且進(jìn)一步推廣應(yīng)用到了南方電網(wǎng)。在2008年初，經(jīng)過我國電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)研究人員的不懈努力，新一代特高壓交直流仿真電網(wǎng)平臺建設(shè)完成。這個平臺主要包括4個板塊，分別是數(shù)字仿真、數(shù)模仿真、數(shù)據(jù)管理以及模型研發(fā)。這一平臺的建設(shè)完成不僅提升了我國電力水平，而且促進(jìn)了我國電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，我國的電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平和協(xié)調(diào)控制能力還有很大的提升空間。

2 現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展過程中存在的典型問題

2.1 準(zhǔn)確性有待提高

電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)需要對電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和分析，從而作出正確地處理，保障電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行。隨著我國電網(wǎng)的大力建設(shè)，電網(wǎng)表現(xiàn)出了更加復(fù)雜的隨機(jī)特性和多元大數(shù)據(jù)特性，對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的系統(tǒng)處理方法提出了更高的要求。就目前來看，傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)方法和離線仿真模型無法對電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確地分析[1]。

2.2 動態(tài)特性日趨復(fù)雜

電網(wǎng)系統(tǒng)正朝著動態(tài)特性日趨復(fù)雜的方向發(fā)展，為了能夠?qū)﹄娋W(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，目前的分析方法已經(jīng)無法滿足發(fā)展的需求，對分析方法進(jìn)行創(chuàng)新是必然的趨勢。我國在對電力系統(tǒng)在線分析的過程中采用的方法是機(jī)電暫態(tài)仿真，這種方法有很大的不足，因此應(yīng)該對機(jī)電電磁暫態(tài)混合仿真方法進(jìn)行研究，以很好的解決目前動態(tài)特性日趨復(fù)雜的問題。

2.3 時效性不足

時效性是衡量一個電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)性能優(yōu)良的重要指標(biāo)。目前，我國電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在線分析過程中采用的周期掃描和事件觸發(fā)的仿真計(jì)算模式。這種計(jì)算模式雖然可以基本保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是所花費(fèi)的時間較長，從而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)控管理人員無法對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時地掌控分析。因此，我國電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在未來的發(fā)展過程中一定要注重提高電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的時效性。

3 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

隨著我國電網(wǎng)的大力建設(shè)，特高壓交直流電網(wǎng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)際生活中。在特高壓交直流電網(wǎng)的直接影響下，電網(wǎng)格局、電源結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生了顯著的變化，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在線分析方法已經(jīng)不能及時準(zhǔn)確地對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。因此，在電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要滿足特高壓交直流電網(wǎng)的發(fā)展要求。隨著社會的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨，電網(wǎng)廣域時空序列是典型的大數(shù)據(jù)模型，因此在未來電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)，從而使得電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)變得更加智能化、信息化以及現(xiàn)代化[2]。

4 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的相關(guān)概述

4.1 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的基本含義

基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的英文名稱是SGDS，屬于現(xiàn)代物理信息系統(tǒng)的范疇，也是一個集成體，不僅包括了電網(wǎng)物理系統(tǒng)，而且包括了信息系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架就是在傳統(tǒng)電網(wǎng)智能調(diào)度的基礎(chǔ)上，將大數(shù)據(jù)時代和人工智能技術(shù)深度融合到電網(wǎng)調(diào)度中，從而不僅可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，提高了大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)的分析能力，而且可以在數(shù)據(jù)中洞察出更多的信息，保證大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4.2 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的功能框架

基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)的電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)相比，功能更加多樣，更加智能，可以對電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的分析，其功能框架如圖1所示[3]。

圖1 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的功能框架

圖1中，基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)具備海量數(shù)據(jù)高效融合、時空數(shù)據(jù)挖掘分析、動靜態(tài)態(tài)評估與決策、統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制及人機(jī)智能交互等基礎(chǔ)功能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)仿真模式與信息驅(qū)動模式的大電網(wǎng)運(yùn)行特性協(xié)同分析。

4.3 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的平臺框架

基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的平臺框架可以分為5個部分，分別是數(shù)據(jù)采集處理結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)儲存管理結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)分析挖掘結(jié)構(gòu)、人機(jī)交互以及綜合應(yīng)用，具體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)情況如圖2所示[4]。

圖2 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架的平臺框架

數(shù)據(jù)采集處理層的主要功能就是采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，并且將處理的結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)儲存管理層。數(shù)據(jù)采集處理層主要分析處理3個方面的數(shù)據(jù)，首先是電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)，其次是實(shí)時測量數(shù)據(jù)，最后是電網(wǎng)外部環(huán)境信息。數(shù)據(jù)存儲管理層的主要功能是首先將數(shù)據(jù)采集層整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，然后利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)儲存管理層采用的統(tǒng)一分布式儲存方式，這種儲存方式可以根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類儲存，從而為數(shù)據(jù)分析挖掘功能提供有力的保障。數(shù)據(jù)分析挖掘?qū)邮?個部分中最重要的一個部分，主要通過實(shí)時計(jì)算和離線分析兩種方式，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，從而達(dá)到揭示電網(wǎng)的時空動力學(xué)運(yùn)行特性和演變規(guī)律的目的。此外，數(shù)據(jù)分析挖掘?qū)右苑植际接?jì)算為引擎，可以準(zhǔn)確而又快速地處理海量的數(shù)據(jù)，滿足大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展要求。綜合應(yīng)用部分的主要功能是態(tài)勢評估、精準(zhǔn)控制、等效辨識、指標(biāo)體系等。人機(jī)交互部分的主要作用是根據(jù)大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并且利用在線可視化技術(shù)，對大電網(wǎng)的潮流流動、電網(wǎng)信息流、能量流等多方面的直觀動態(tài)進(jìn)行可視化展示。人機(jī)交互部分支持調(diào)度員和知識庫的自然交互，并且通過建立人機(jī)協(xié)同模型和語音文本通道的整合模型使得大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)變得更加智能化和信息化。

5 基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架涉及的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)

海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)主要是指在大數(shù)據(jù)時代背景下，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，采用不同的數(shù)據(jù)處理方法，從而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的在線快速處理。海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)之所以能夠快遞地對海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理，是因?yàn)樗诤狭嗽诰€智能響應(yīng)與趨勢智能分析兩大數(shù)據(jù)處理框架。海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)可以根據(jù)大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架，制定標(biāo)準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)平臺框架。對于離線數(shù)據(jù)，利用海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)可以對其進(jìn)行分布式離線分析；對于實(shí)時數(shù)據(jù)，利用海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)可以對其進(jìn)行實(shí)時流失計(jì)算調(diào)度。

5.2 信息驅(qū)動的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評估技術(shù)

信息驅(qū)動的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評估技術(shù)可以對大電網(wǎng)的穩(wěn)定態(tài)勢進(jìn)行智能的評估，從而對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測。信息驅(qū)動的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評估技術(shù)不僅可以構(gòu)建具有非顯性邊界的靜態(tài)穩(wěn)定域，而且可以構(gòu)建在線動態(tài)穩(wěn)定域，從而可以對智能大電網(wǎng)的動靜態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評估。

5.3 虛擬等效測辨建模技術(shù)

虛擬等效測辨建模技術(shù)主要是指對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備元件進(jìn)行虛擬等效測辨建模，從而提高智能大電網(wǎng)的時效性。利用虛擬等效測辨建模技術(shù)不僅可以構(gòu)建戴維南等效參數(shù)辨識模型，優(yōu)化辨識參數(shù)，而且可以構(gòu)建智能大電網(wǎng)動靜態(tài)臨界穩(wěn)定邊界模型，實(shí)現(xiàn)對多個場景下臨界穩(wěn)定主導(dǎo)特征的識別，從而可以使得智能大電網(wǎng)可以對穩(wěn)定態(tài)勢進(jìn)行精細(xì)化評估。

5.4 復(fù)雜大電網(wǎng)智能優(yōu)化決策技術(shù)

復(fù)雜大電網(wǎng)智能優(yōu)化決策技術(shù)的主要目的就是對智能大電網(wǎng)進(jìn)行綜合的協(xié)調(diào)控制，提升智能大電網(wǎng)的優(yōu)化決策能力，提高大電網(wǎng)的綜合性能。利用復(fù)雜大電網(wǎng)智能優(yōu)化決策技術(shù)不僅可以明確各個結(jié)構(gòu)在各個環(huán)節(jié)中的主要責(zé)任，而且可以利用超實(shí)時魯棒優(yōu)化算法，從而幫助智能大電網(wǎng)根據(jù)發(fā)生的情況快速生成防控措施。另外，利用復(fù)雜大電網(wǎng)智能優(yōu)化決策技術(shù)可以預(yù)測智能大電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險，從而保障智能大電網(wǎng)的正常運(yùn)行[5]。

6 結(jié) 論

構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)框架是時代發(fā)展的要求。在構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)及人工智能的大電網(wǎng)智能調(diào)控系統(tǒng)的過程中，需要從平臺框架和功能框架兩個方面出發(fā)，并且運(yùn)用海量多元異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合技術(shù)、信息驅(qū)動的大電網(wǎng)穩(wěn)定態(tài)勢評估技術(shù)、虛擬等效測辨建模技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，從而為我國的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行提供一份強(qiáng)有力的保障。