基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架

李金讯，颜 清，吴秋佳

（海南电网有限责任公司信息通信分公司，海南 海口 570203）

0 引 言

随着我国经济的快速发展，人们对电的需求量是日益增加，我国的电网系统展现出了随机特性和多源大数据特性，从而直接影响到了电网系统的运行环境，对电网的安全稳定运行造成了威胁，因此对电网调度系统的性能提出了更高的要求。传统的电网调控系统在时代的发展过程中暴露出了许许多多的问题，不仅时效性低，稳定性差，而且准确性低，实用性差，因此应该对传统的电网调控系统进行创新。在对电网智能调控系统框架进行设计的过程中，可以基于大数据和人工智能技术对电网调控系统进行创新设计，使得电网调控系统朝着更加现代化、智能化、信息化的方向发展。

1 我国电网调控系统发展的基本现状

随着我国电力行业的快速发展，电力调控系统也是发展的非常迅速，因为每个时期的电力需求不一样，所以每一个时期都有不同的电力调控系统。在21世纪之前，我国的电网调控系统发展的比较缓慢，但是在进入21世纪之后，在网络信息技术快速发展的影响下，各种高水平、高质量的电网调控系统被研发出来，并且广泛应用到实际工作中。在2007年，我国电力调控控制中心经过长期的努力和专研，终于建成了跨区互联电网动态稳定监控与预警系统。这一项目的完成具有巨大的历史意义，它标志着我国实现了电网计算

分析由离线向在线的跨越。2011年，我国基本全面实现了国家电网范围内全部省级以上电网推广应用，并且进一步推广应用到了南方电网。在2008年初，经过我国电网调控系统研究人员的不懈努力，新一代特高压交直流仿真电网平台建设完成。这个平台主要包括4个板块，分别是数字仿真、数模仿真、数据管理以及模型研发。这一平台的建设完成不仅提升了我国电力水平，而且促进了我国电网系统的稳定运行。目前，我国的电网系统的智能化水平和协调控制能力还有很大的提升空间。

2 现代电网调度系统发展过程中存在的典型问题

2.1 准确性有待提高

电网调度系统需要对电网的运行数据进行准确的判断和分析，从而作出正确地处理，保障电网的正常安全运行。随着我国电网的大力建设，电网表现出了更加复杂的随机特性和多元大数据特性，对电网调度系统的系统处理方法提出了更高的要求。就目前来看，传统的状态估计方法和离线仿真模型无法对电网的运行数据进行准确地分析[1]。

2.2 动态特性日趋复杂

电网系统正朝着动态特性日趋复杂的方向发展，为了能够对电网系统动态进行准确分析，目前的分析方法已经无法满足发展的需求，对分析方法进行创新是必然的趋势。我国在对电力系统在线分析的过程中采用的方法是机电暂态仿真，这种方法有很大的不足，因此应该对机电电磁暂态混合仿真方法进行研究，以很好的解决目前动态特性日趋复杂的问题。

2.3 时效性不足

时效性是衡量一个电网调度系统性能优良的重要指标。目前，我国电网调度系统在线分析过程中采用的周期扫描和事件触发的仿真计算模式。这种计算模式虽然可以基本保证计算结果的准确性，但是所花费的时间较长，从而导致电网系统调控管理人员无法对电网调度系统进行实时地掌控分析。因此，我国电网调度系统在未来的发展过程中一定要注重提高电网调度系统的时效性。

3 基于大数据及人工智能的大电网智能调度系统设计需求

随着我国电网的大力建设，特高压交直流电网被广泛应用到实际生活中。在特高压交直流电网的直接影响下，电网格局、电源结构以及电网运行特性发生了显著的变化，传统的电力系统在线分析方法已经不能及时准确地对系统的运行状态进行数据分析。因此，在电网智能调度系统设计过程中，需要满足特高压交直流电网的发展要求。随着社会的快速发展，大数据时代已经来临，电网广域时空序列是典型的大数据模型，因此在未来电网调度系统的设计过程中，应该充分利用大数据技术和人工智能技术，从而使得电网调度系统变得更加智能化、信息化以及现代化[2]。

4 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的相关概述

4.1 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的基本含义

基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的英文名称是SGDS，属于现代物理信息系统的范畴，也是一个集成体，不仅包括了电网物理系统，而且包括了信息系统和仿真系统。基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架就是在传统电网智能调度的基础上，将大数据时代和人工智能技术深度融合到电网调度中，从而不仅可以对数据进行准确地分析，提高了大电网智能调控系统的分析能力，而且可以在数据中洞察出更多的信息，保证大电网智能调控系统的安全运行。

4.2 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的功能框架

基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统和传统的电网智能调控系统相比，功能更加多样，更加智能，可以对电网系统的运行数据进行实时的分析，其功能框架如图1所示[3]。

图1 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的功能框架

图1中，基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统具备海量数据高效融合、时空数据挖掘分析、动静态态评估与决策、统一协调控制及人机智能交互等基础功能服务，实现仿真模式与信息驱动模式的大电网运行特性协同分析。

4.3 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的平台框架

基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的平台框架可以分为5个部分，分别是数据采集处理结构、数据储存管理结构、数据分析挖掘结构、人机交互以及综合应用，具体结构的详细情况如图2所示[4]。

图2 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架的平台框架

数据采集处理层的主要功能就是采集数据和处理数据，并且将处理的结果传送给数据储存管理层。数据采集处理层主要分析处理3个方面的数据，首先是电网仿真数据，其次是实时测量数据，最后是电网外部环境信息。数据存储管理层的主要功能是首先将数据采集层整理的数据进行清洗，然后利用数据融合技术进行统一管理。数据储存管理层采用的统一分布式储存方式，这种储存方式可以根据数据结构类型的不同，将数据进行分类储存，从而为数据分析挖掘功能提供有力的保障。数据分析挖掘层是5个部分中最重要的一个部分，主要通过实时计算和离线分析两种方式，进一步对数据进行挖掘分析，从而达到揭示电网的时空动力学运行特性和演变规律的目的。此外，数据分析挖掘层以分布式计算为引擎，可以准确而又快速地处理海量的数据，满足大数据时代的发展要求。综合应用部分的主要功能是态势评估、精准控制、等效辨识、指标体系等。人机交互部分的主要作用是根据大电网智能调控系统的数据分析结果，并且利用在线可视化技术，对大电网的潮流流动、电网信息流、能量流等多方面的直观动态进行可视化展示。人机交互部分支持调度员和知识库的自然交互，并且通过建立人机协同模型和语音文本通道的整合模型使得大电网智能调控系统变得更加智能化和信息化。

5 基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架涉及的关键技术

5.1 海量多元异构数据的高效融合技术

海量多元异构数据的高效融合技术主要是指在大数据时代背景下，根据不同的数据类型，采用不同的数据处理方法，从而实现对电网系统测量数据的在线快速处理。海量多元异构数据的高效融合技术之所以能够快递地对海量的数据进行在线处理，是因为它融合了在线智能响应与趋势智能分析两大数据处理框架。海量多元异构数据的高效融合技术可以根据大电网智能调控系统框架，制定标准的大数据平台框架。对于离线数据，利用海量多元异构数据的高效融合技术可以对其进行分布式离线分析；对于实时数据，利用海量多元异构数据的高效融合技术可以对其进行实时流失计算调度。

5.2 信息驱动的大电网稳定态势评估技术

信息驱动的大电网稳定态势评估技术可以对大电网的稳定态势进行智能的评估，从而对电网的运行状态进行准确的判断和预测。信息驱动的大电网稳定态势评估技术不仅可以构建具有非显性边界的静态稳定域，而且可以构建在线动态稳定域，从而可以对智能大电网的动静态进行准确的评估。

5.3 虚拟等效测辨建模技术

虚拟等效测辨建模技术主要是指对智能电网系统的关键设备元件进行虚拟等效测辨建模，从而提高智能大电网的时效性。利用虚拟等效测辨建模技术不仅可以构建戴维南等效参数辨识模型，优化辨识参数，而且可以构建智能大电网动静态临界稳定边界模型，实现对多个场景下临界稳定主导特征的识别，从而可以使得智能大电网可以对稳定态势进行精细化评估。

5.4 复杂大电网智能优化决策技术

复杂大电网智能优化决策技术的主要目的就是对智能大电网进行综合的协调控制，提升智能大电网的优化决策能力，提高大电网的综合性能。利用复杂大电网智能优化决策技术不仅可以明确各个结构在各个环节中的主要责任，而且可以利用超实时鲁棒优化算法，从而帮助智能大电网根据发生的情况快速生成防控措施。另外，利用复杂大电网智能优化决策技术可以预测智能大电网的薄弱环节和潜在风险，从而保障智能大电网的正常运行[5]。

6 结 论

构建基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统框架是时代发展的要求。在构建基于大数据及人工智能的大电网智能调控系统的过程中，需要从平台框架和功能框架两个方面出发，并且运用海量多元异构数据的高效融合技术、信息驱动的大电网稳定态势评估技术、虚拟等效测辨建模技术等关键技术，从而为我国的电网系统运行提供一份强有力的保障。