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第15章 智能电网核心技术(5)

(2)彩色外型和动态演示——彩色外型和动态演示作为IIDS的一项技术将会被进一步地研究和应用,不仅可以提高运行员的识别速度而且可以提高诊断速度。

(3)快速刷新——通信和处理器速度上的进步可以快速刷新显示的实时状况,使得运行人员了解快速移动的趋势。

(4)声音识别——在这一领域的进步会改进人机接口的速度和效率。

(5)虚拟现实环境——虚拟现实技术将会使电网控制中心紧密结合系统操作员的想法和IIDS技术。

在这些技术中,轮廓显示技术会将传输线电压幅度和相位、传输线流量甚至功率线传输分布显示为三维数据。轮廓技术提供了一种显示大量三维数据的天然编码机制。轮廓技术的优点是可以使操作员快速处理大量数据而且快速定位其发展趋势。所以,综合利用轮廓技术和动态演示,操作员可以快速评估某段特定时间内系统状态的变化。

在数据被加工成可视化图表之前,数据必须经过筛减、结合和分类来减少不必要的杂乱信息。这样数据就可以通过最有效的可视化接口传递给电力运营部门。

在优化之前,运行安全区域由电压约束来限制。当优化之后,运行安全区域增大了,直到线路被电压稳定性所约束。应用可视化技术之后,系统运营部门可以使用以下控制措施来优化传输系统:分析有功、无功功率分布,灵活实现电容器和电抗器投切,变压器分接变换,线路切换;控制FACTS设备运行,相位转换器的设置调整,实现负载缩减,确定操作流程,将电路切换至未受干扰的线路段。

在不久的将来会有更多的新应用软件来增加数据的可视性,可以加快人工操作员的认识速度。下面有几个例子。

(1)先进的模式识别——应用于侵入检测、伪造签名检测、生物测定、下一代计算机接口、自动解析翻译和语言理解。

(2)先进的语音识别——语音识别系统包含三个主要功能:语言捕获和翻译成数字信号;语音识别算法,然后将所识别到的信号与词典中的词语相比较;最后软件输出与其最匹配的语句。语言到语言(S2S)研究的目的是为不同语言背景下的人们提供实时的、人际间的交流。

(3)触觉接口——使得用户可以通过手部移动来产生输入信号,而且可以产生与用户看到情况相一致的触觉反馈信号。这些接口使用户可以感知和操纵3D虚拟物体的形状、重量、表面质地和温度。触觉手套、操纵杆和触觉阵列等触觉装置已经发展得非常迅速,可以产生一大类的反馈力和触觉。

(4)全息影像——当用户转动显示屏时可以从任意角度观察物体的高清空间图形。

(5)地理信息系统(GIS)——可以产生和管理空间的数据和相关特性。空间信息和地理位置作为改进经济效益、决策和服务必要的信息,现在还没有被充分利用。GIS的开放性接口定义可以使用户通过网络、平台和产品自由地交换和使用空间信息、应用软件和服务。人们对GIS和虚拟现实模拟建模的结合抱有更大的期望。

(6)仪表盘接口——简单地表现特定的参数,可以使用户快速地检测关键参数的状态,这和现代汽车仪表盘相似。

另外,如今用于空中交通控制和其他工业领域的人体工程学准则和技术也将会结合到智能电网的高级控制中心。IIDS技术可以使用智能电网先进控制方法的精密分析能力来产生可视化接口。可视化方法依据显示数据的时间刻度会有一些差异。但是,如果有相关标准来简化操作员的训练,将使得系统操作员能够快速地定位和分析问题,而且在数秒钟之内作出正确的反应。

2.决策支持

基于先进控制方法的自动化控制系统能够提高电网的稳定性,但是仍需要系统操作员来监测这些控制,并且为ACM工作范围之外的情况制定决策。智能化控制只有在符合事先制定的许可范围内才会启动自动控制(例如,在一系列条件和状态下,不需要操作员检查就可以进行自动控制)。当其他控制行动需要操作员参与时,就需要操作员提供最大成功概率的方法。相对于先进控制技术的响应时间,IIDS技术会确认操作员作出的快速决策。

引起2003年8月14日大面积停电的一个主要原因就是缺乏对情势的了解,这反映了通信工具的可靠性和备份能力的不足。控制中心和警报系统的瘫痪直接导致了形势的失控,对系统数据错误的状态评估也是原因之一。随着IIDS技术的发展,会有更多的工具来提示操作员已存在的和即将发生的问题,如人工智能、操作员决策工具、自动代理软件、可视化系统工具、智能仪表、先行控制和训练实时动态模拟器。另外,对于每一个需要操作员参与的事件,将会采取很多措施来估算成功率规避风险以保证决策过程的科学性。

前几年,人们对于将风险理论在决策制定过程中的应用做了深入研究。这项理论认为电网中可靠性偶发事件出现有着不同的概率。通过估算每个偶发性事件的出现概率及其产生的后果,决策系统可以评估相应的风险和严重性。现有方法是比较以前的系统和现在的系统,根据一次最严重的、可信的偶发性事件来作出决策。如果将上述这些指标整合到一个风险指数中来协助操作员作出决策,比现有的安全评估和运行决策方法更加有效。除了基于风险的决策制定方法,其他形式的决策制定技术也在研发之中。例如,智能化的用户接口技术,能够提供一种人机交互的补充形式,使计算机成为智能的合作者。

另外,还有很多其他决策支持技术:

(1)广域的系统监测实时应用软件,实时相位检测和其他同步检测设备,停电、电网波动等偶发事件的建模和模拟仿真技术;

(2)实现电网状态可视化,协助操作员调节策略,减少任何对电网的负面影响;

(3)广泛应用因果关联技术,包括PRA技术,使得操作员可以预测电网的未来状态,识别潜在问题,在事故发生前采取措施;

(4)作为智能电网项目的一部分,输电快速建模技术(TFSM)是运用实时数据来对系统行为进行仿真和模拟,能够预测状态的改变并对系统波动提供及时的响应,包括事故预防、控制和恢复。

3.系统操作员培训

电网系统操作员需要靠信息和经验来保证电网的正常运行,未来的培训程序和模拟工具会体现这些智能电网的新特性。操作员需要对电力系统理论有深入理解,而且需要经过电力系统工程师行业技术培训。一旦可视化和决策支持技术被研发出来,它们将被首先运用到培训和资格认证体系中。

美国“8·14”大停电特遣调查组发现,一些可靠性协调员和控制区域操作员并没有接受足够的训练来提高他们的应急能力,对系统紧急情况作出正确的判断和反应。在未来,实时动态模拟工具和行业资格认证程序的开发和应用,会很大地提高系统操作员的各项能力。模拟训练分为正常模式和紧急模式两种情况,配以电力系统工程师课程,使操作员能够理解动态系统背后的实际理论知识。资格认证将会用来验证操作员是否熟练地操作模拟工具应对各种情况,这样可以在操作员上岗前检验其是否达到了特定的培训要求。

4.5.4实施界面决策支持技术的效益

总的来说,当智能界面决策支持技术得到广泛应用后,电网的操作将会更加安全可靠,由自然灾害和人为错误引起的电网事故损失将会降到最低,大量复杂的系统信息将会被系统操作员快速理解和掌握,使他们可以快速完成以下工作。

(1)快速了解电网的总体状态,启动电网的自我修复功能,快速检测和缓解潜在的威胁,保护电网的安全和完整。

(2)检测和控制多样的分布式能源(包括DER、DR和存储设备),快速处理出现的电能质量问题,把集中供电和分布式供电对环境影响与经济效益平衡考虑。

(3)检测设备的过载情况,减轻负载或者更换设备来防止昂贵的停电成本,识别系统资产、人力资源、便携设备的地点和物理地标,如道路、桥梁、城市街道,可以极大增强维修人员和公众的安全,为完成修复工作提供一个安全的环境,改善整个电力输电系统的整体操作和维护。

(4)提供友好的界面使用户可以积极参与能源市场和电网的操作,让负荷成为电网操作的一个积极因素。同时将电网信息更好地传送给利益相关者,实现系统运行和市场信息的高度透明。

4.6智能电网的标准化建设

目前,美国能源部正在通过联邦政府建立智能电网的相关标准,从联邦和州两方面调整电力产业结构,以求严格控制电力市场。其内容主要包括:其一是努力放松管制并且释放电力产业的竞争潜力;其二是通过降低短期产出获得所期望的结果。

在美国,建设现代化的智能电网将需要超过1000亿美元的投资,他们呼吁在这一创举中的电力工业的投资人和股东们与电力企业保持数十年的、空前的合作以实现这一宏伟创举。现在,成千上万准备添加的系统千瓦容量已经被注销,而建设智能电网在新的电力输电和配电装置在容量上的投资是超低水平的。

在随后的几十年中,建设智能电网将带动工业部门投资超过数百万美元去替换过去运转了40多年的电力装置,通过采用最近的电力新技术、对所有的股权化资本进行翻新,目标是使电网能够将智能化定位在扶持并提供清洁、高效、可靠、安全的电能,并为发电商提供一个畅通的销售可再生电力的通道。在智能电网领域,一种扩张性的研究和展开式的电网技术进步是极为重要的能源战略选择。

目前,美国标准化研究院正在制定美国的智能电网相关标准。

4.7国外智能电网研究机构

4.7.1美国能源技术实验室(NETL)

1910年,美国内政部矿业创新试验基地在宾夕法尼亚州成立,当时只有一个实验性煤矿,研究内容主要是发展创新煤矿安全设备和实践,并为煤炭运营商和矿工提供培训。经过一个世纪的发展,矿业试验基地发展成为现在美国能源局美国能源技术实验室(NETL),它是美国能源国家实验室的一部分,在弗吉尼亚州西部摩根镇、宾夕法尼亚州匹兹堡、得克萨斯州的休斯敦、巴尼、俄勒冈州、费尔班克斯等地区都设有实验室。总共拥有81栋建筑、20个研究机构,占地约200英亩。

NETL的目标是促进美国社会发展,经济进步,保证能源安全。其贡献主要集中在两个方面:

(1)促进美国煤炭、石油、天然气能源的发展,能够经济、安全、可靠地为国内工业、商业和交通运输事业的发展提供清洁廉价的能源;

(2)保护环境,促进能源自给自足。

NETL在煤炭、天然气和石油技术研究领域具有项目管理、工程管理、能源战略分析方面的科研能力。除了现场技术开发之外,NETL的项目还包括理论技术研究和开发,通过合作研究、开发协议、财政支持等方式与地方高校和个人进行合作。

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