一種基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)多維感知與安全評估系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全評估技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于大數(shù)據(jù)的電力設(shè)備安 全評估與預(yù)警系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)信息化的不斷進(jìn)步，大量的智能變電站投入使用、基于PMU的廣域測 量技術(shù)(WAMS)的迅速發(fā)展，智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)的狀態(tài)測量向高采樣率、大范圍、快速連續(xù)記 錄和海量存儲(chǔ)的方向發(fā)展。由于電力系統(tǒng)覆蓋范圍廣，運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜多變，動(dòng)態(tài)過程快，電 力系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，數(shù)據(jù)發(fā)布范圍廣、數(shù)據(jù)采集傳輸速度快等典型的 大數(shù)據(jù)特征，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的檢測范疇。智能電網(wǎng)的發(fā)展使電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn) 入大數(shù)據(jù)處理時(shí)代。
[0003] 電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、配電和用電等多層次網(wǎng)絡(luò)組成的電能生產(chǎn)與供給系統(tǒng)， 其功能是將多種一次能源轉(zhuǎn)換為電能分配輸送到各電力用戶。電力系統(tǒng)具有處理能量大， 覆蓋地域廣、覆蓋元件多、動(dòng)態(tài)過程復(fù)雜、強(qiáng)非線性等特點(diǎn)，是最復(fù)雜的人造系統(tǒng)之一，確保 電力系統(tǒng)的合理運(yùn)行和安全穩(wěn)定本身就是一個(gè)高維度非線性問題。傳統(tǒng)的方法是利用離線 的電網(wǎng)安全分析工具制定安全規(guī)則，將電網(wǎng)約束到安全規(guī)則規(guī)定的安全空間中，對電網(wǎng)多 變的運(yùn)行方式適應(yīng)性很差。在智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)的背景下，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷的擴(kuò)大W及W 風(fēng)電為代表的大規(guī)模間歇性新能源的大量接入，使電網(wǎng)運(yùn)行方式的時(shí)變性和復(fù)雜性日益增 強(qiáng)，大電網(wǎng)安全運(yùn)行的特征和規(guī)律越來越難W把握，極大的增加了電網(wǎng)規(guī)則制定的難度和 電力系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。
[0004] 因此，隨著電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的量測數(shù)據(jù)的不斷增長，傳統(tǒng)離線計(jì)算指導(dǎo)調(diào)度安全運(yùn) 行的方法已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)全面、實(shí)時(shí)的安全預(yù)警要求。如何在大數(shù)據(jù)的背景下全面 感知電網(wǎng)狀態(tài)，并對大電網(wǎng)的安全運(yùn)行進(jìn)行分析研究，建立一套服務(wù)于大電網(wǎng)安全分析的 安全預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決W上問題，本發(fā)明提出一種基于大數(shù)據(jù)的多維電網(wǎng)感知與安全評估系統(tǒng) 及方法，用于大數(shù)據(jù)背景下電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測、安全分析與實(shí)時(shí)預(yù)警。
[0006] 本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)多維感知與安全評估 系統(tǒng)，其特征在于:包括電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、電網(wǎng)安全特征提取平臺(tái)、電網(wǎng)安全運(yùn)行知識 庫分析平臺(tái)和結(jié)果展示平臺(tái)5個(gè)平臺(tái)；
[0007] 所述電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)與智能電網(wǎng)PMU測量模塊相連，用于存儲(chǔ)電網(wǎng)實(shí)時(shí)大數(shù) 據(jù)；
[000引所述電網(wǎng)安全特征提取平臺(tái)與電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)相連，采用主特征、輔助特征 和數(shù)值特征相結(jié)合的方法全面提取當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維；
[0009]所述電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫分析平臺(tái)通過獲取所述電網(wǎng)安全特征提取平臺(tái)提取的 當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行特征，將當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征與不斷更新知識規(guī)則進(jìn)行比對，最終給出表征 當(dāng)前電網(wǎng)的安全狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，對電網(wǎng)安全特征進(jìn)行進(jìn)一步的總結(jié)歸納，建立完備的電 網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫，評估當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)；
[0010] 所述結(jié)果展示平臺(tái)用于將當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估結(jié)果展示給調(diào)度人員。
[0011] 作為優(yōu)選，所述大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)是W化doop分布式文件管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)架，快 速接收并存儲(chǔ)分布式的WAMS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其與發(fā)電及負(fù)荷數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)和歷史數(shù) 據(jù)傳給MapReduce管理模塊W備調(diào)用。
[0012] 本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是:一種基于大數(shù)據(jù)的電網(wǎng)多維感知與安全評估 方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0013] 步驟1:WAMS采集當(dāng)前電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并將其分布式的存儲(chǔ)到電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)平臺(tái)中；
[0014] 步驟2:電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)將WAMS電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)、發(fā)電及負(fù)荷數(shù) 據(jù)和歷史數(shù)據(jù)納入化doop分布式文件管理體系中，利用MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)大數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)和管理；
[0015] 步驟3:電網(wǎng)安全特征提取平臺(tái)W電網(wǎng)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng) 前電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)確定關(guān)鍵斷面，采用主特征、輔助特征和數(shù)值 特征相結(jié)合的方法全面提取當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維；
[0016] 步驟4:電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫分析平臺(tái)對電網(wǎng)安全特征做進(jìn)一步的分析、挖掘和歸 納，得到可W指導(dǎo)電網(wǎng)智能化和精細(xì)化運(yùn)行的電網(wǎng)安全運(yùn)行知識規(guī)則，并將其存儲(chǔ)到電網(wǎng) 安全運(yùn)行知識庫中；
[0017] 步驟5:電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫分析平臺(tái)將當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征與不斷更新知識規(guī) 則進(jìn)行比對，最終給出表征當(dāng)前電網(wǎng)的安全狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，對電網(wǎng)安全特征進(jìn)行進(jìn)一步 的總結(jié)歸納，建立完備的電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫，評估當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài);并將結(jié)果傳送至 結(jié)果展示平臺(tái)。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括W下子步驟：
[0019] 步驟3.1: W圖論為基礎(chǔ)，結(jié)合潮流方向選取的一組當(dāng)前系統(tǒng)中安全裕度小于20% 的一簇輸電支路共同構(gòu)成關(guān)鍵斷面；
[0020] 步驟3.2:在關(guān)鍵斷面上提取電力系統(tǒng)在線安全的主特征Po(jk):
[0022] 其中：ln=(U，12, . . .10,表征關(guān)鍵斷面j到k上所有輸電線路集合；
[0023] 步驟3.3:選取與主特征Po (化)最相關(guān)的電網(wǎng)特征量:發(fā)電機(jī)出力、節(jié)點(diǎn)電壓、潮流 數(shù)據(jù)作為輔助特征參量A an;
[0024] 步驟3.4:利用電網(wǎng)大數(shù)據(jù)確定各個(gè)輔助特征對主特征的影響力大小bn;
[0025] 步驟3.5:最終提取的電網(wǎng)運(yùn)行特征由主特征、輔助特征和數(shù)值特征共同構(gòu)成：
[0026] P(Zfc) = &{/巧 + 玄 t盧n ton。
[0027] 作為優(yōu)選，所述輔助特征選擇方法，包括W下兩種：（1)依屬性分布的特征選擇方 法；（2)依屬性樣本的特征選擇方法。
[0028] 作為優(yōu)選，步驟4中所述電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫分析平臺(tái)對電網(wǎng)安全特征做進(jìn)一步 的分析、挖掘和歸納，歸納方法包括W下4種：（1)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，斷面/主特征與當(dāng)前電網(wǎng)實(shí) 際安全狀況的比較分析；（2)基于歷史數(shù)據(jù)，斷面/主特征時(shí)間周期的規(guī)律分析；（3)基于歷 史數(shù)據(jù)，斷面/主特征趨勢分析;（4)基于歷史數(shù)據(jù)，斷面/主特征與非電氣量的相關(guān)性分析。
[0029] 作為優(yōu)選，步驟4中所述電網(wǎng)安全運(yùn)行知識規(guī)則F北，來自于不斷修正的電網(wǎng)安全運(yùn) 行知識庫，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行知識的數(shù)據(jù)部分；
[0031] 其中：Pmax(jk)表征關(guān)鍵斷面化的極限傳輸容量，由電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫結(jié)合相關(guān) 知識規(guī)則、電網(wǎng)相關(guān)規(guī)律綜合給出;P(jk)表征當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征;Fa表征當(dāng)前jk斷面的 安全度，數(shù)值越小，安全度越低。
[0032] 作為優(yōu)選，步驟5中所述建立完備的電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫，是根據(jù)最新的潮流狀態(tài) 和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對原有知識庫進(jìn)行更新;運(yùn)一過程包括電網(wǎng)安全運(yùn)行知識的添加、刪除、分裂及 合并過程，根據(jù)對知識庫不同層次結(jié)構(gòu)的影響，分為知識庫層次更新、知識庫類別更新和知 識庫整體拓?fù)涓隆?br>[0033] 作為優(yōu)選，步驟5中所述將當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行特征與不斷更新知識規(guī)則進(jìn)行比對，若 符合電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫中的安全規(guī)則，則系統(tǒng)安全，將當(dāng)前電網(wǎng)狀態(tài)更新到電網(wǎng)安全運(yùn) 行知識庫中；若不符合電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫中的安全規(guī)則，則通過結(jié)果展示平臺(tái)向調(diào)度人 員發(fā)出預(yù)警信息。
[0034] 作為優(yōu)選，步驟5中所述電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫，采用分層創(chuàng)建和聚類存儲(chǔ)的方式存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：
[0035] 步驟5. I = Wwams獲得的電網(wǎng)在線運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，利用電網(wǎng)安全運(yùn)行規(guī)則發(fā)現(xiàn)電 網(wǎng)安全運(yùn)行知識，進(jìn)過一段時(shí)間積累后，形成海量的不同電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對應(yīng)的電網(wǎng)安全運(yùn) 行知識，將運(yùn)些知識作為初始電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫；
[0036] 步驟5.2:依據(jù)電網(wǎng)主特征選擇的不同，將初始電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫分成不同的層 次，每一層次下的電網(wǎng)安全運(yùn)行知識具有相同的主特征，即具有相同的電網(wǎng)關(guān)鍵斷面，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行知識的分層存儲(chǔ)；
[0037] 步驟5.3:最后再通過電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的聚類模型，將同一層次的知識聚類形成不同 的運(yùn)行狀態(tài)類別，每一類別得到的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)接近，故電網(wǎng)安全運(yùn)行知識也相似，最終實(shí) 現(xiàn)電網(wǎng)安全運(yùn)行知識的聚類存儲(chǔ)。
[0038] 本發(fā)明的系統(tǒng)采用化doop文件分布式管理體系，對EMS采集大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速存儲(chǔ) 和查詢;在此基礎(chǔ)上，利用特征提取平臺(tái)提取電網(wǎng)安全主特征、輔助特征和數(shù)值特征，對電 網(wǎng)大數(shù)據(jù)實(shí)施降維;提取的安全特征進(jìn)入電網(wǎng)安全運(yùn)行知識庫，在庫中與相關(guān)安全規(guī)則比 對