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第14章 智能电网核心技术(4)

维修——实时的元件状况及负载信息可以明显减少大量设备同时的检修。维修过程结果将反馈到ACM技术,以改善其概率风险分析能力。

市场运作——ACM在RTO一级将改善控制算法的接口,从而改善经济调度,减轻输电阻塞,提高系统的可靠性。

工作管理——实时的消费和系统元件数据将使工作管理和日程安排以最有效的方式进行。

停电管理——计算机将帮助运营商和负责人员进行分段、隔离,并在实时的基础上提供恢复状态。停电管理系统将充分利用状态信息的所有消费者和系统元件,以准确找到故障及其原因。这一信息也将更精确地预测重返服务时间。

模拟与训练——新增的程序复杂的ACM技术使电网需要增加相应的操作员培训。在线控制和数据都将被连接到训练模拟器来提供切合实际的各种培训情景的状态和反应。

地理信息系统(GIS)的空间分析——实时数据将被引入地理信息系统,以使各类空间分析得以执行。地点可动资产,如汽车、设备和人员将提供给ACM,使运营商更好地了解这些资产所在地,并把人员的安全纳入自愈功能的智能电网中。

自动抄表——手工抄表将被淘汰,抄表和结算将用现代网络技术收集的实时数据代替。

4.4.4先进控制方法的效益

实施智能电网的先进控制方法将产生广泛的效益。以下从不同方面列举出一些具体效益:

(1)可靠的分配和传输系统将普遍得到改善,从而降低成本;

(2)智能电网将实现自愈功能,限制具有连带关系的事故,以防止大面积停电;

(3)具有分析复杂问题的能力,降低重大事故产生的后果;

(4)与消费者及其负荷联合,提供能源价格信号,鼓励他们根据实际供求的影响参与电力市场,市场将更高效地运行,电价降低;

(5)向应急组织提供主要、及时的信息和指导,减少电网事故的恢复时间;

(6)传输阻塞将减少到最低限度,降低能源价格,建立更高效的能源市场;

(7)监测供应方和需求方的状态,以确保电能质量,在发生重大事故时采取适当措施,改善电能质量;

(8)利用DER和DR取代旋转备用,增加系统效率,减少对环境的影响;

(9)集成资产利用数据传输到规划模型中,有助于规划增加系统容量的长期投资;

(10)向CBM提供资产物质条件数据项目,改善资产的整体健康和可靠性,减少退出服务时间,降低维修成本,改善修复或更新决策进程;

(11)集成的ACM工作管理和故障管理系统将提高系统执行效率,减少停机时间,降低补偿给消费者的成本。

4.5智能化的界面决策支持技术

4.5.1界面决策支持技术是手段

电网运营商和管理人员要运行一个智能化电网,需要有必要的工具和训练,智能界面决策支持(IIDS)就是一种必不可少的技术。IIDS能将复杂的电力系统数据转换成运行人员一目了然的简单信息。运用动画、颜色轮廓、虚拟现实以及其他数据显示技术防止“数据超载”,并帮助运行人员在发生紧急情况时查明、分析事故原因并有针对性地采取行动。

在很多情况下,可供运行人员作出决策的时间已从原来的几小时缩减到现在的几分钟甚至几秒钟。因此,现代智能电网需要广泛、无缝、实时可用地应用程序、工具以及训练手段来帮助电网运行人员和管理者作出快速的决策。

下面列出的是在智能化电网中,IIDS技术所带来的重大影响。

(1)可视化——IIDS会将大量数据(通过其他一些先进的关键技术收集而来的)简化为对运行人员而言最重要的表格、时段以及各种技术分类。同时运用可视化技术可将这些信息一目了然地呈现于显示屏中,以支持运行人员的行动和决策。

(2)决策支持——IIDS技术可以识别各种已存在的、紧急的问题,还可以预测可能出现的故障,并为决策支持提供假设分析。在需要系统运行人员行动的情况下,IIDS会为运行人员将各种可能的选择以及每个选择成功的概率、可能产生的风险都一一呈现出来。

(3)系统运行人员培训——采用IIDS工具以及全行业认证的动态模拟器,可以显着提高现今系统运行人员的技能和水平。

(4)用户决策制定——需求响应系统(DR)将信息以一种很容易理解的形式提供给用户,帮助他们作出如何以及何时购买、储存、自发电的决策。

(5)提升运营水平——由于IIDS技术集成了现有的资产管理技术,因此,运用这一技术的管理人员和用户对电网的操作、维护以及规划的效率和有效性将得到大幅度的提高。

尽管IIDS可以完成上面诸多功能,但它还存在一些问题。例如,需要改进人机接口来协助运行人员分析所收集到的大量数据,再利用它实时、复杂和高速的控制方式来计算这些数据。

4.5.2智能界面决策技术发展现状

2003年“8·14”北美大停电事故大约有1000万加拿大人和4000万美国人受到影响,这次大停电的后果是100多家发电厂被迫关停,造成的经济损失估计为60亿美元。当天各种室内控制程序、协议以及技术并没有发挥作用,以供系统运行人员及时识别并作出反应来防止8月14日发生的紧急情况。事实上,在整个8月14日的下午,有许多线索都表明是由于一个控制区检测功能的损坏,最终导致整个传输系统的可靠性逐渐受到危害。显然,当时的技术和训练手段是无法提供能够控制当时那种情形所需的可视化技术和决策支持的。有关专家在分析此次大停电的原因时,强调有必要应用智能界面决策支持(IIDS)技术。

对于将数据转换为即时信息和可用数据的工具的开发难度限制了电网管理水平和运行能力的提高。IIDS技术需要大量数据而且是大量有效的数据来实现其功能。

然而,在我们所需要的领域内很难找到类型和质量都符合要求的数据。在多数情况下,由许多孤立系统所获取的信息依旧是孤立的。所以为了加大信息的有效性,这些信息必须是被其他子系统所共享和使用的。

智能电网需要至少一个以上的地区实现可视化以供系统运行使用。最近,许多专家开始研究各种技术,如彩色轮廓、动画和虚拟现实环境,以及其他数据汇总技术是如何防止数据超载,同时帮助运行人员发现问题,并加以分析,最后迅速采取行动加以纠正。其中一些技术已经被用于电网运行,其他一些也被诸如POWERWORLD这样的电力系统模拟器采用,它使用一个电网仿真引擎来处理经过复杂电力系统分析工具分析计算过的数据,并且使用了数年。

北美电力可靠性协会(NERC)研发了一种可视化工具:区域控制偏差(ACE)频率实时监测系统。伴随这种工具所提供的可视化,协调员在内部互联层上监测ACE和频率的可靠性得到了提高。此外,它还可以为异常频率提供早期的、自动的通知和报警,提高对内部互联的ACE频率之间关系的分析能力,并且将寻找异常频率根源的时间从几个月减少到几分钟。独立系统运营商(ISO)通过使用IIDS技术大量接收到可靠性报告和市场信息,目前已取得重大进展,但是,这仅仅发生在输电层面上。ISO对于IIDS技术的使用可以作为整个输电系统的一个模式,包括目前没有被ISO所运行的系统以及分布式系统等。

总体而言,目前IIDS的发展状况与理想仍有很大距离。这是一个特别引人关注的地方,因为其他一些关键技术已经开始开发并得以实施,所以最为关键性的IIDS技术也必须到位,这样才能使运行人员充分利用信息以及各种工具提供的资源。

4.5.3智能界面决策支持技术的发展趋势

随着智能电网的逐步发展,IIDS技术将会防止数据超载。支持这项技术将相当于用超级计算机的储存能力来接收那些实时的数据流,同时通过各种分析程序来处理这些数据,并向运行人员及时提出建议以便他们采取行动。

在先进的控制方式和IIDS技术的协同作用下,软件系统将在集中和分散的水平上采取更加自主的控制行为。通过利用先进的控制技术来承担更多的分析和控制责任,这样一来运行人员才会有精力从更高的层次上关注电网所处的状况。系统运行人员只需分析整个系统的参数,并监控先进控制系统的自动行为即可,只有在需要他们撤销这些控制行为或者处理控制权限以外的问题时才可能让运行人员自己采取行动。

现代化的电网技术将提供所需的数据,以评估当前的系统状态并预测未来出现问题的可能性。正是由于IIDS技术提供的这些大量可用的数据,使得操作员能够大大提高电网的性能。

未来的运行人员将会有更多的控制选择。他们将拥有灵活交流输电系统,包括关键的输电线路、高温超导同步冷凝器、自适应继电器设置、分布式能源资源、需求响应调度。他们将利用IIDS技术来指导其如何最好地利用这些新资产。

此外,关于电能质量(PQ)的诊断问题,需要相关的数据以及复杂精密的分析工具来确定PQ扰动(无论是在输电系统、配电系统或者电表的用户侧)的原因和位置。智能电网可以采集、分析必要的实时数据,并通过先进的可视化技术来知道运行人员预防事故的发生。智能电网的这种能力将大大减少处理PQ问题的时间。

IIDS技术还将有助于改善电力市场经济。随着消费者参与到市场运行中,他们也需要获得更多的信息。IIDS技术为他们将提供可视化及分析工具,从而将用户和各接口连接起来。

这样以来发电、输电、配电以及用户将会更好地了解电网的格局以及能源市场的现状,同时也使他们能更有效地参与到市场中来。这种广泛的参与能够创造一个更有效的市场,同时提高智能化电网的经济性。

与其他企业领域的技术合作将大幅度提高用户间的信息共享率。例如,IIDS技术可以通过采用一个标准的信息架构,使停电管理、气象预报、传输阻塞、工作管理、状态维护、需求响应、分布式能源的分配以及地理信息系统(GIS)等领域有效、高效地分享信息。

由于IIDS技术与现有的资产管理流程和技术是相互集成的,因此电网的运行、维护和规划的效率和效益将得到提高。这些提高体现在以下领域:

(1)空间分析将使人们更好地了解人力以及其他物质资产的位置,从而提高应急响应能力;

(2)故障设备的鉴定能使运行人员采取快速行动以减少故障,防止设备的故障损失;

(3)资产状况评估可以优化资产使用,减少资产停运时间;

(4)对实际负荷状况的掌握能够使运行人员更加准确地预测在什么时间什么地点需要备用容量;

(5)使用人工智能将促进知识、关键技术在系统中得到集成和优化,并使其从老员工向电力系统新员工转移。

(6)当管理者、操作者以及用户都配备有先进的IIDS技术时,我们要认识到依旧有许多需要提高效率的地方。

现在我们将更详细地讨论未来智能电网人性化界面技术和电力系统工具进一步发展和应用的三个领域:可视化技术、决策支持以及运行人员培训。

1.可视化技术

智能化电网采集和利用的大量信息将是其最大的资产之一。如果这些数据被孤立着,那么运行人员所接收到的这些信息就没有什么价值。为了使这些信息有效,必须用有一定规则的算法将数据减少和简化为特定的格式、时限段以及技术类别,这对电力系统运行员来说是最重要的。这就是先进的可视化工具所要扮演的角色。

系统操作员需要判断利用这种技术所产生的结果的合理性,然后迅速解决所发现的技术故障。IIDS技术十分依赖于可视化技术,以此来建立人员和机器之间的纽带。

这些人机交互技术使运行人员能参与到计算机的智能决策中来,同时允许他们确保智能化电网各项参数维持在规定的限度内。

尽管数据的可视化技术已经取得了不小的进展,但尚未在电力系统中获得广泛的应用。实际上,由于可视化技术无法使用,使得运行人员以及其他人对于实时操作以及电网控制的直观了解变得越来越困难了。例如,2003年8月14日的大停电事故仅仅留给系统运行员19秒的时间来分析数据并采取行动,然而,通过先进的分析以及可视化工具,再结合强化训练或许可以对当天的事件有一个更好的掌控。

这些工具能够为电网运行人员采取及时的纠正行动提供所需的支持。

智能电网需要有这样的先进控制技术以及IIDS技术来阻止类似事件的发生。

在智能电网中,系统信息将通过人体工程学技术手段提交给系统操作员,这种技术将把三维可视化工具、性能仪表板以及先进控制室的设计结合起来。近年来,随着计算机硬件和软件技术的进步,人们将有可能超越当下普遍使用的简单表格显示和在线图表,做出画面更新率接近甚至达到全动态影像速度的显示器,这将使动态在线显示成为可能。例如,可以利用动画演示和反应流量以及线路负载的同步信息,更加直观地显示出线路过载位置。

以下是几项可以协助系统操作员得到有效信息技术的例子。

(1)人工智能(AI)——迫使数据缩减。AI将会和先进控制方法一起使用来压缩数据量而不会对运行人员所需的信息产生影响,而且会将信息按最利于人理解的方式呈现出来。

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