浅谈智能电网的信息采集与态势预测

浅谈智能电网的信息采集与态势预测

郭新犁

华电新疆发电有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000

摘  要：当前的电力系统已越来越无法满足社会对电力能源和供电可靠性的需要，而智能电网具有清洁、经济、自调节的能力，已成为今后电网发展的趋势。文中介绍了智能电网的概念、结构和特征，提出了智能电网在信息采集和态势预测方面的挑战，并设计了智能电网的信息采集系统和态势预测系统，为智能电网在这两方面的发展指明了研究方向。

关键词：电网；智能；结构；信息采集与处理

引言

在过去的一个多世纪里，随着人类社会的发展，电力系统已经发展成为一个超大规模的复杂而庞大的系统。同时，随着全球气候变化的加剧、环境监管力度的加强，新型能源使用比例的大幅度增加，以及提高电网系统可靠性需求的不断增加，现有的电网已逐渐不适应当前社会的需求，迫切需要一场大的变革，智能电网(Smart Grid)的概念应运而生。

当前，智能电网已引起了欧美等发达国家政府的重点关注，智能电网的研究也成为了热点。美国计划建立横跨其全国四个时区的统一电网，并发展智能电网产业，最大限度发挥国家电网的价值与效率，实现太阳能、风能、地热等新能源的统一管理。我国也已提出了大力发展智能电网的计划，国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将“新能源产业”列为七大战略新兴产业之一，并明确提出“加快适应新能源发展的智能电网及运行体系建设” 。可见，智能电网已经成为“十二五”期间，电力行业大力发展战略性新兴产业、实现产业结构升级、技术进步的重要手段和关键措施。因此，研究智能电网相关技术具有迫切的现实意义和实际需求。

1 智能电网的特征与结构

1.1 智能电网的特征

美国电力科学研究院将智能电网定义为：“一个由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的电网运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务需求；具有智能化的通信架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务” 。从定义中可以总结出智能电网具有如下一些典型特征：

兼容：智能电网不仅能够承担现有电力系统，还能够支持各种清洁、绿色、可再生等新能源的接入；能够适应集中式发电和分布式发电模式，实现与负荷侧的交互。

自愈能力：通过嵌入系统中的传感器和自动控制装置、态势分析与预测中心，实时获取信息，对电网的运行状态进行实时分析，并对将来的运行状况进行预测推演，采取预防性的控制手段来消除故障隐患，规避运行风险。

优化：合理安排设备的运行与检修、提高资产的利用效率，有效降低运行与投资成本，降低电网损耗，实现资产规划、建设、运维等寿命环境的优化控制。

互动：将用户的设备和用电行为整合入电网的设计、运行与通信中，实现与用户的智能互动，有效开展电力交易，实现资源的优化配置，提供最佳电能和供电可靠性，提高电力系统的安全运行水平。

信息高度集成：实现涵盖检测、控制、保护、维护、调度和电力市场管理等方面的数字化信息系统的高度全面集成，形成全面的辅助决策体系。

通过上述分析可看出，智能电网与现有电网相比，其优越性体现在：（1）检测故障的及时性，甚至能够提前预测到运行中存在的问题，进而规避风险；（2）海量信息处理能力，能够接受海量运行状况数据，并进行实时处理；（3）系统故障的迅速恢复能力，以及高度的自我调整能力，能够根据运行状态，进行拓扑重构，保证电网的鲁棒性；（4） 运行状况的实时展示能力，具有高级的实时可视化系统。智能电网相应的关键技术如图1所示。

图1 智能电网关键技术

1.2 智能电网的结构

文中设计的智能电网结构，本质上是一种化石燃料（煤、油、天然气）和可再生能源（太阳能、风能）互补的智能控制、调配一体化的高效电力系统，其主要组成如下：

(1)能量来源，包括常规化石能源和可再生能源，如风能、电能等。

(2)电力系统，包括发电系统、输配电系统。

(3)终端用户，指电能的消费者（居民、企业等）。

(4)智能调度系统，具体负责电力生产、输配和使用过程中信息数据的处理；不同形式能量来源的比例构成、优化配置和电力输送的实时调配。

(5)智能计量系统，具体负责实时记录、采集、计量电力生产、输配和使用的参数数据。

(6)智能技术系统，负责通过调整发电、用电设备功率优化、负荷平衡。

智能电网结构如图 2所示，电能不仅从集中式发电厂流向输电网、配电网直至用户，同时电网中还遍布各种形式的新能源和清洁能源：太阳能、风能、燃料电池等等；此外，高速、双向的通信系统实现了控制中心与电网设备之间的信息交互，高级的分析工具和决策体系保证了智能电网的安全、稳定和优化运行。

图2 智能电网结构图

2 智能电网的信息处理

智能电网的基本特点就是在技术上实现信息化、自动化、互动化。相应地，对信息的采集传输和态势预测是智能电网的关键技术。本文对智能电网的信息处理系统的结构进行了设计和分析。具体结构如图3所示。

图3

智能电网信息处理结构

图3中，智能电网信息处理系统包含agent，多级multi-agent和智能电网信息中心。其中agent负责收集每个监控点的运行信息，可部署在发电端或者用户端；multi-agent负责对agent的信息或者multi-agent的信息进行收集和分析，实现对其所负责区域信息的全面把握，形成新的信息，并发送给上级multi-agent；multi-agent的层次由智能电网的规模决定；智能电网信息中心负责处理全域内最后一级multi-agent上报信息，获取全网运行态势，并预测将来发展态势，并最终通过可视化界面展现出来，为决策者提供决策支持。

Agent和multi-agent不仅承担信息的收集和通信任务，还能接受上级multi-agent发送的控制指令。同时，multi-agent还具备决策能力，根据上级指令，智能协同自己所辖区域的调度和控制。

智能电网的信息中心融合了末级multi-agent上报的信息后，进行冗余信息清洗，实现对当前态势的判断和对未来发展态势的预测，最终做出展现。智能电网信息中心结构如图4所示。

图4智能电网信息中心结构

此外，预测也是智能电网应具备的功能。预测主要通过当前全网上报信息和依据以往历史数据构建的知识库来实现。通过预测，可以对潜在的风险进行规避。对大型发电设备或者分布式发电源的发电量的预测，或者对用户负荷的预测，均对规模庞大而复杂的电力系统的平稳运行具有重要作用。

3 结论

本文分析了智能电网的特征和技术挑战，提出了智能电网的结构，详细分析了智能电网的信息处理过程，提出了多agent的信息处理结构和智能电网信息中心结构。这些关键结构的提出，将为智能电网的最终实现提供技术支持。

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