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图13 态势感知技术与电网自动化的结合

4.1 国外发展状况

美国态势感知技术研究起步较早，美国电科院和部分科研机构已于多年前即开始研究态势感知技术在电力系统中的应用，取得了一定的成果。借助联邦智能电网部署计划，纽约州相关电力公司已在其电力系统中着手实施态势感知，以提升电网运行管理水平，提高电力系统的可见性、可靠性和设备利用效率。

1）美国电科院（EPRI）态势感知研究

EPRI智能电网标准研究小组认为智能电网应有六项主要功能：广域态势感知、需求响应、电能存储、电力传输、高级量测和配电网管理。

EPRI研究人员认为态势感知在电力系统中的作用基于以下问题： ? 什么是电力系统组件的状态？这是情况认识！

? 电力系统的组件的能力和行为是什么？每个组件如何与整个电力系统状态相协调以便构成一个整体？你是怎样管理每个组件的？这是分析理解情况！

? 不同的情况和控制命令将如何影响整个系统？有效地管理系统、纠正系统的不平衡或恢复供电中断的最佳解决方案是什么？这是情况的预测和预案准备。

基于上述作用与定位，EPRI列举了态势感知在电力系统的典型应用： a. 意外事故分析

意外事故分析是能源管理系统（EMS）的一个应用，用于分析电力系统的安全（例如：承受电力系统中的关键基础设施停运的能力）。态势感知系统可计算、

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识别和定义优先级：当未来发生意外事故（即设备故障或停运）的时候，发生设备过电流和潮流越限，母线的过电压以及系统失稳问题的可能性和影响程度。

b. 跨区域阻尼振荡

低频区域间振荡不利于达到最大功率传输和最优潮流的目标。一个可用的解决方案，是在发电机自动电压调节器上增加电力系统稳定器，但该措施只是减少了局部阻尼振荡，并没有有效地阻止区域间阻尼振荡。而区域间振荡可以通过位于系统各处的相量测量单元（PMU）分析检测。在一个典型的应用中，系统的一个或多个发电机被选为远程反馈控制器（RFC）。远程反馈控制器（RFC）接受一个或多个远程相源。如果一个跨区域振荡存在，远程反馈控制器（RFC）从多个位置分析相位角并加以确定，控制信号发送到发电机的电压调节器，及时做出控制阻尼振荡的动作。

c. 广域控制系统自愈网络的应用

态势感知在广域控制方面应用的目的是实时评估电力系统的状态，帮助电力系统准备抵御可信的意外事故的发生，防止大面积停电，使电力系统从不良状态快速恢复到正常状态。实现该目的包括一系列行动：信息收集、建模分析，以及决策和控制行动。

d. 监测配电运行

作为广域态势感知的一部分，该功能的目标是实时监测和预测配电运行，收集分析配电网运行和外部环境数据，在正常和紧急操作条件下，制定配电运行方案建议。

e. 电压、无功和功率控制

态势感知相关应用程序能够分析计算出电压控制器、电压调节器、分布式电源、电力电子器件、电容器的状态优化设置方案，使得以优化操作为目的的需求响应成为可能。

2）美国纽约州：实施态势感知，提高电网可见性

美国纽约州在电力系统中加装更多、更广、更精确的传感器，大幅提升电网的可见性，改变电力运营商过多依赖现场运维人员和客户电话了解电网状态的状况。其态势感知系统主要包括以下几个方面：

a. 相量测量单元（PMU）

新安装的PMU每秒测量电网电流、电压30次，测量频率远高于目前安装的同类设备。纽约独立系统营运商（NYISO）正在实施一项7400万美元的联邦资助项目，在全州战略要点安装39个PMU，新的PMU网络将于2013年6月建成。今后，纽约PMU网络将与新英格兰、大西洋沿岸中部地区、中西部地区，

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以及加拿大安大略省的PMU网络联接，在美国和加拿大东部地区形成更广范围的态势感知网络，让运营商更清楚地看到电力系统的薄弱点和存在的威胁，并提高现有输电线路的利用率。

b. 远程监控传感器（Remote Monitoring Sensors）

作为2.8亿美元联邦资助智能电网部署项目的一部分，纽约联合爱迪生公司（ConEd）正在为其电网的26000台变压器安装远程监控传感器，可实时获取变压器的负载、温度、压力和油位等参数。一旦某一参数超出设定限值，运维人员将迅速前往处理，如果有必要，系统还可以远程关停异常变压器。此项远程监控系统可有效提升系统可靠性和资产管理水平。

c. 以模型为中心（Model-centric Approach）

Orange and Rockland （O&R）电力公司正在使用一种称为“以模型为中心”的方法进行其配电系统的更新换代。O&R公司根据其配电系统开发了一套分析预测模型，包含365000项资产信息（输电线、变压器、开关、重合闸装置、断路器等）。该模型与数据采集与监视控制系统（SCADA）相联，形成虚拟SCADA系统，并从SCADA获取数据进行持续优化，不断提升自身的态势感知能力。O&R正在与布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Lab）和中央哈德森天然气和电力公司（Central Hudson Gas and Electric）合作，就输配电系统进行统一建模，这将使O&R的配网分析预测模型扩展为输、配电范围。上述虚拟SCADA系统不但可以显著提升配电系统的可视化程度，而且还提供可为运营计划提供分析平台。

d. 基于高级计量的双向通信

纽约长岛电力部门和联合爱迪生公司已在当地2500居民和商业客户中安装了高级计量装置。该装置具有双向通信功能，电力运营商可以实时了解客户的服务状态。除提高电力系统可视化程度外，该装置还可实现分析数据、预测未来和提出运行建议等功能。

在模型建设方面，纽约公共事业部门和独立系统营运商（NYISO）共同开发了一系列决策支持分析工具：

a. 新型能量管理系统（New Energy Management System）

纽约独立系统营运商（NYISO）正在尝试将PMU数据直接导入新的能量管理系统（EMS）。新EMS系统是NYISO花费3550万美元在伦斯勒县（Rensselaer County）建造的电网调控中心的一部分。NYISO计划开发和安装先进的可视化展示装置和分析工具，以帮助运行人员更好地利用PMU数据。

b. 风暴停电预测（Storm Outage Prediction）

O&R正在利用上述虚拟SCADA系统进行风暴停电预测。风暴来临前和来

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临时，O&R通过一系列数据分析，预测受影响的区域和客户数量，进而有效组织灾害应对和灾后恢复工作。

3）美国太平洋西北国家实验室态势感知理论研究

美国太平洋西北国家实验室（pacific northwest national laboratory）在态势感知理论方面已开展多年研究。近期，该实验室提出了态势感知技术的新发展方向——“意义构建态势感知”（Sense-making SA Approach）。相比于传统态势感知强调信息获取与结构化展示，意义构建态势感知则更加“目标导向”，注重使用者对信息的需求与利用，以及解决问题的能力。

表1 传统态势感知与“意义构建态势感知”对比

是什么 传统态势感知 帮助人们更好地感知和理解环境要素的方法工具 意义构建态势感知 形成针对有效的分析结论，激发决策者潜在能力的系统性方法 在任务目标、系统状态、人力资源和环境要素背景下，人与环境的关系 该问题的根本原因是什么？ 关注点 用户没注意、不知道或没有做的事件 拟回答的问题 发现问题的途径 解决该问题需要什么信息？ 通过可视化方法展示大量信息 提供不同信息的优先级，提高高级别信息的清晰度，以帮助决策者理解真正重要的是哪些信息 解决问题的途径 收集可能阻止问题发生的缺失信息 帮助决策者分解复杂问题，寻找问题根源。

在电力领域的应用方面，美国太平洋西北国家实验室的电力综合运营中心（EIOC）目前正在研究态势感知的“意义构建”问题，开展态势感知所需信息以及如何将信息转化为及时、有效行动的相关研究，以支撑电网的最优化运行。主要研究领域包括：

方法和指标：开发基于成效的指标，用以评估新工具、可视化、组织、标准操作流程和培训的有效性。

广域可视化能力：把大量数据用结构化图形表示，以减少运行人员的认知压力，促进信息交互和人员交流。

政策和组织问题：评估影响及时发现系统反常状态并做出反应的政策和组织因素。

人员沟通：研究信息协同和社会文化对系统运行人员决策制定和知识分享的

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