CN104092297B - 一种实时监测电网系统运行性能的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时监测电网系统运行性能的系统及方法；所述系统包括一个或多个监控电脑，所述一个或多个监控电脑用于接收包含次秒级时间戳的同步相量测量值的大量数据流、用于存储电力系统运行性能数据、被配置为监测广域互联电网的可靠性指标，电网操作指标，电力生产指标和传输电力指标、被配置为实时监测来至广域互联电网的数据流中的事件和分析预测未来运营状况、被配置为执行事件逻辑检测、被配置为显示事件分析结果。所述方法包括步骤S1、接收来源于广域互联电网的大量数据流；步骤S2、检测接收到的数据流中的数据；步骤S3、进行事件分析；步骤S4、进行电网系统性能评估；步骤S5、可视化显示事件相关度量和事件分析结果。本发明的提供的系统及方法可以显著地提高对整个电力系统管理调度能力，有效的保证了电力系统运行的可靠性。

Description

一种实时监测电网系统运行性能的监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种实时监测电网系统运行性能的监测系统及方法。

背景技术

在许多行业中，能够实时的监测、追踪、预测是有必要的。这些行业包括电力系统、天然气管道、供水系统、运输系统、化工、工业过程控制、基础设施保护、安全监测等。

在电力行业，电力是通过生产，传输，分配和最终使用这四个典型阶段提供给用户。传输的电力通常由供电局或当地分配管理电力的供电公司配送。传输电力和分配电力系统需要多个设备用于电力管理和控制电力系统，所述设备包括动态电压支持设备，补救运行设备，电容器以及存储和流量控制设备。电力最后配送给最终使用者或者电力消费者。此外，一些用户可能有自己的微电网，也需要对这些用户的生产的要求进行统一管理。

由于管理电力系统的任务非常繁重，例如，1-2月全国全社会用电量累计7892亿千瓦时，因此，需要许多组织负责监管这些电力的生产，传输和分配活动。例如，华东、华北、华中、西南、东北和南方六个国家电网公司，省级电力公司，以及各地市电力公司。这些组织用于监督和控制电力的生产，传输，分配。虽然所有这些处于不同等级的组织都涉及到电力的生产，传输，分配以及对电网的监督和控制，但是没有实时监测和管理整个电力系统的统一集成系统，造成电力系统的管理调度效率低，事故隐患排查率低，事故发生后及时处理效率低，这就给电网的运营造成了巨大的经济损失和灾难。例如，电网的管理没有信息管理系统，缺乏对信息管理的全性，及时性，精确性和信息畅通性，使电网系统故障处理不及时。

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种实时监测电网系统运行性能的系统及方法，尝试通过计算机监控系统，对电网系统运行性能的相关参数进行实时搜集，然后检测接收到的数据，进一步分析数据流中指标，确定是否超过界限值或预定义的余值；然后进行电网系统性能评估和互联电网动态稳定性状态评估，故障诊断，故障根源分析；本发明的提供的系统及方法可以显著地提高对整个电力系统管理调度能力，有效的保证了电力系统运行的可靠性。

发明内容

为解决现有技术存在的缺点，本发明实施例提供了一种实时监测电网系统运行性能的系统及方法。此系统可实现对许多行业的运行过程进行监测、追踪、预测。此系统还拥有可视化特性，所述特性能使各行业的管理者和操作员监控关键系统运行度量指标；监测系统状态性能和可视化包括逼近的潜在系统故障；追踪、确定、保存关于异常操作运行模式下的数据；进一步还可以通过模拟和预测，分析预测电力系统对各种指标变化的响应。

本发明的解决方案如下：一种实时监测电网系统运行性能的系统，所述系统包括：一个或多个监控电脑，所述一个或多个监控电脑用于接收包含次秒级时间戳的同步相量测量值的大量数据流；

所述一个或多个监控电脑用于存储电力系统运行性能数据；

所述一个或多个监控电脑被配置为监测广域互联电网的可靠性指标，电网操作指标，电力生产指标和传输电力指标；

所述一个或多个监控电脑被配置为实时监测来至广域互联电网的数据流中的事件和分析预测未来运营状况；

所述一个或多个监控电脑被配置为执行事件逻辑检测；

所述一个或多个监控电脑被配置为显示事件分析结果。

进一步的，所述同步相量测量值可在广域互联电网不同物理点上进行实时搜集；所述广域互联电网由一个地理区域组成，该地理区域包含一个或多个县，城市，省或国家；所述同步相量测量值还包括其他电力系统数据源，和一个或多个非电网数据源，所述其他电力系统数据源至少包括传输地图，发电厂运行参数，或EMS/SCADA系统中的一个。

进一步的，所述性能数据包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，一个或多个关键事件相关的指标，所述相关的指标包括频率，三角频率，电压降，无功储备余值，功率传递角度，无功伏安，频率响应数据指标的其中一个或多个或全部。

进一步的，所述执行事件逻辑检测基于数据组至少一个元素，所述数据组包括极限值，敏感性，余值，偏差，聚合率，数据流中一个或多个测量值的变化率和动态稳定性指标；所述动态稳定性指标来源于广域互联电网数据流的相量测量值，所述动态稳定性指标包括不稳定性频率，电压，功率流，相位角度，阻尼和振荡模式数据组中的至少一个元素。

进一步的，所述显示事件分析结果为通过图形用户界面结合监控电脑同时显示事件分析结果和相关的事件度量，所述事件度量使用颜色编码，表格，图标，平面图或者他们的结合，同时当检测到事件时通过可见性警报方式提醒操作员或用户；所述图形用户界面显示在浏览器上；所述浏览器需运行在监控电脑上。进一步运行浏览器的客户端电脑通过网络连接到一个或多个客户服务器环境下的监控电脑。

进一步的，允许操作员查询数据库用于确定事件的类型，位置，时间和相关的历史指标；所述一个或多个监控电脑被配置为当监测到指标和/或派生指标中的至少一个指标异常时可以激活警报，并产生图形通知。

一种实时监测电网系统运行性能的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、接收包含次秒级时间戳的同步相量测量值的大量数据流；

步骤S2、实时检测来源于广域数据流的数据；

步骤S3、分析电力系统事件运行结果；

步骤S4、基于全球计算机网络接收来源于广域电网的数据流，以及事件分析结果，用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估；

步骤S5、显示数据流测量值和广域互联电网的动态稳定性指标，进一步显示事件分析结果和相关的来源于其他电力系统数据类别中的指标。

进一步的，所述方法分析来源于数据流的测量值和动态性能指标；所述方法是分析极限值，敏感性，数据流中测量值的变化率和动态稳定性指标等的上述一个或多个元素是否超过界限值或预定义的余值；进一步当上述监测指标中的至少一个超过当地控制区域或广域互联电网的界限值，所述监控电脑确定控制区域，输电公司，公用设备，区域可靠协调员或可靠管辖区中的至少一个负责局部和/或广域互联电网超过界限值的部分。

进一步的，所述方法结合全球计算机网络用于接收来源于广域电网的数据流，该数据流进一步包括电力系统数据和第三方数据流；进一步所述一个或多个监控电脑被配置为存储与事件相关的数据，重新发送所述存储数据到图形用户界面用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估。

更进一步的，所述方法通过屏幕，浮动窗口，弹出窗口，对话框中的任何一个显示事件分析结果和相关的指标。

本发明具有以下优点：

本发明的提供的系统及方法可以显著地提高对整个电力系统管理调度能力，有效的保证了电力系统运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一种实时监测电网系统运行性能的系统示意图；

图2为本发明实施例一个集成可靠性管理实时广域监控示意图；

图3为本发明实施例一种实时监测电力系统网络运行性能的方法流程图；

图4为本发明实施例一个实时性能监控管理过程框图；

具体实施方式

本发明实施例提供的一种实时监测电网系统运行性能的系统及方法。所述系统通过实时接收来源于广域互联电网大量数据流，然后检测接收到的数据流中的数据，如极限值，敏感性，数据流中测量值的变化率和动态稳定性指标等度量，进一步分析事件结果包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，特别地，当检测分析出所述度量值中至少一个超过当地控制区域或广域互联电网的界限值，可以激活警报，并以邮件或者图形的方式通知操作员以确定事件区域，然后根据事件相关度量和事件分析结果，进行电网系统性能评估和互联电网动态稳定性状态评估，最后把事件相关度量和事件分析结果可视化显示在至少其中一个监控电脑上。所述监控电脑能使操作员监测电力系统许多电网部分，每个电网部分对应于许多控制区域中的其中一个。进一步，本发明会将接收到的数据流存储到专门的数据库，并允许用户查询数据库用以确定检测到的事件的类型，位置和相关的历史性度量。

本发明的核心思想是，通过对控制区域电力系统的运行状态提供可视化监控，从而提高管理能力的可靠性，并进一步预防将来可能发生的事故。同时所述系统给广域电网监控实时提供可靠协调和控制区域操作，该系统还包括其他的功能和应用，例如该系统可作为一个中央系统给电网提供可靠性互联。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种实时监测电网系统运行性能的系统，如图1所示，电网系统监控系统接收数据源100中的数据，所述数据包括同步相量测量值102， EMS/SCADA104（能量管理系统/监测控制和数据采集），动态稳定性度量106和其他与所述控制区域相关的电力系统数据源108。

进一步所述相量测量值102是电脑接收的包含次秒级时间戳的相量测量值，其特征在于，测量值在广域互联电网不同物理点上进行实时搜集。其中所述广域互联电网至少由控制区域，输电公司，区域可靠协调员，可靠管辖区中的两个组成。

所述EMS/SCADA104数据是有关控制区域电力系统相应传感器采集的数据。

所述动态稳定性度量106，包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，一个或多个关键事件相关的度量，其中所述相关的度量包括三角频率，电压降，无功储备余值，功率传递角度，无功伏安，频率响应等上述数据指标的其中一个或多个或全部。

所述其他相关电力系统数据源108，用于分析引起事件的根源，以及确定事件的发生对其他电力系统运行性能的影响。进一步接收到的上述数据源数据后，会存储到专门的电力系统运行性能数据存储设备，所述指标包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，一个或多个关键事件相关的指标。同时允许用户查询数据库中的数据，用于确定事件的类型，位置，时间和相关的历史度量。

在本发明实施例中，为实现电网系统监控系统所述的功能，需要用到技术集成模块110，包含的事件逻辑检查112、事件分析114、风险评估116和事件结果的可视化118技术。

所述事件逻辑检测112所检测的事件基于数据组至少一个元素，所述数据组包括极限值，敏感性，余值，偏差，聚合率，数据流中一个或多个测量值的变化率和许多动态稳定性指标，该动态稳定性指标来源于广域互联电网数据流的相量测量值，并且动态稳定性指标包括不稳定性频率，电压，功率流，相位角度，阻尼和振荡模式数据组中的至少一个元素。事件分析114，用以分析事件结果包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，方法是分析极限值，敏感性，数据流中测量值的变化率和动态稳定性指标等的上述一个或多个元素是否超过界限值或预定义的余值。进一步当上述监测指标中的至少一个超过当地控制区域部分或广域互联电网的界限值，所述监控电脑确定控制区域，输电公司，区域可靠协调员或可靠管辖区中的至少一个负责局部和/或广域互联电网超过界限值的部分。风险评估116，基于接收到事件数据以及事件分析结果，用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估。可视化118，通过图形用户界面结合监控电脑同时显示事件分析结果和相关的动态稳定性指标，所述动态性能指标使用颜色编码，表格，图标，平面图或者他们的结合。

图1所示的监控中心120，用于完成实时监控122、电力系统运行管理124，以及电力系统运营状态预测126。

所述实时监控122，监测来自广域互联电网数据流中的数据包括可靠性度量、电网操作度量、电力生产指标和传输电力指标，进一步所述广域是由一个地理区域组成，该地理区域包含一个或多个县、城市、省或国家。所述力系统运行管理124，基于实时监控122进行电力系统运行的可靠性协调和控制区域的操作，用以实现电力系统的有效管理。所述电力系统运营状态预测126，基于接收到事件数据以及事件分析结果，预测出电力系统将来的运营状况，电力系统运营状态预测126功能有助于控制区域操作和可靠性协调员提前对电力系统做出调整用以预防潜在系统故障的发生。进一步当检测到故障事件时可以激活警报，并通过可见性警报方式提醒操作员或用户，以使用户及时做出应对操作。

如图2所示，是本发明实例的一个实时广域可靠性监控示意图。本发明的实时广域可靠性监控集成了现有操作并提供可靠协调和控制区域操作用于监控所属的控制区域，而且还监控临近控制区域和相关联的区域。实时广域可靠性管理监控集成了现有控制，通信和监控基础设施，如图2所示，操作者可访问数据库或数据平台进行监控和控制功能，并且监控和控制功能分三个等级：

等级1，区域电场控制200即使用电场数据控制当地电场的发电；

等级2，SCADA-区域控制中心202,即使用电力生产，电力传输和变电所数据控制区域变电所，所述变电所控制区域负载平衡-自动发电控制和区域电网实时转换；

等级3，能源管理系统EMS204，用于控制区域的操作，包括使用状态估计，电网安全分析，安全约束调度，利用栅极电压和互联频率。此外，区域电场控制200搜集的数据可以根据SCADA-区域控制中心202的命令把数据传送到SCADA-区域控制中心202，这样区域控制中心可以对多个区域电场进行监控管理，有效地提高了对电力系统的监控管理，进一步SCADA-区域控制中心202可以把数据传送到能源管理系统EMS204，用于对整个控制区域进行协调操作管理。

本发明的实时广域可靠性监控介绍了一个新的第4等级，广域可靠性监控中心206，其利用SCADA-区域控制中心202数据和能源管理系统EMS204数据，同步相量测量值，和/或其他数据源进行广域电网的监控。

如图2所示，系统还提供以下应用：

(1)实时监控广域负载平衡—区域控制误差频率;

(2)广域电网动态和可靠性监控;

(3)实时信息操作管理；

所述实时广域可靠性监控中心还可提供以下一个或多个功能：

(1)可视化广域系统；(2)实时时间同步数据；(3)监控电网可靠性度量用于电网间互连;(4)实时性能监测和生成性能报告;(5)增强状态估计； (6)智能电网自动控制。

如上所述，实时广域可靠性监控中心可进行自动控制，即可以自动编辑数据，处理所述数据，提供网络连接，根据需要，启用/禁用补救行动计划，重新配置电网。进一步访问来自所有互联区域的关键实时或历史运行数据用以进行实时监控，事件干扰评估，支持智能电网建模与自动控制。

本发明实施例提供了实时监测电力系统网络运行性能的方法，如图3所示，具体步骤包括：

步骤S1、接收来源于广域互联电网的大量数据流；

具体而言，在本发明实施例中，接收包含次秒级时间戳记的同步相量测量值的大量数据流，其特征在于，测量值在广域互联电网不同物理点上进行实时搜集。其中所述广域互联电网是由一个或多个县、市、省或国家组成的地理区域。同时接收的数据还包括其他电力系统数据源，和一个或多个非电网数据源，所述其他电力系统数据源至少包括传输地图，发电厂运行参数，或EMS/SCADA系统中的一个。

此外，接收到的数据源数据会存储到专门的电力系统运行性能数据存储设备，所述存储数据包括相量测量值，电力系统运行事件，派生的数据指标和检测到的事件有关的动态稳定性指标到数据库，并且允许用户查询数据库用以确定检测到的事件的类型，位置，和相关的历史性指标。

步骤S2、检测接收到的数据流中的数据；

具体而言，在本发明实施例中，检测来源于许多广域数据流的数据，所述数据组包括极限值，敏感性，余值，偏差，聚合率，数据流中一个或多个测量值的变化率和许多动态稳定性指标，该动态稳定性指标来源于数据流的相量测量值，并且所述动态稳定性指标包括频率不稳定性，电压，功率流，相位角度，阻尼和振荡模式。所述测量值来源于相量测量值和其他电力系统数据源，所述其他电力系统数据源中的动态稳定性指标包括指示性事件，电网压力，或电网不稳定性。

步骤S3、进行事件分析，即分析事件结果包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源；

具体而言，在本发明实施例中，分析事件相关度量，确定电力系统事件是否发生，方法是分析极限值，敏感性，数据流中测量值的变化率和动态稳定性指标等的上述一个或多个元素是否超过界限值或预定义的余值。

此外，当上述监测指标中的至少一个超过当地控制区域部分或广域互联电网的界限值，所述监控电脑即可确定控制区域，输电公司，区域可靠协调员或可靠管辖区中的至少一个负责局部和/或广域互联电网超过界限值的部分。进一步，当在监测指标和/或派生指标中的至少一个指标中检测到故障事件时可以激活警报，并通过可见性警报方式提醒操作员或用户。

步骤S4、进行电网系统性能评估；

具体而言，在本发明实施例中，基于全球计算机网络接收来源于广域电网的数据流，接收到事件数据以及事件分析结果，用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估。

步骤S5、可视化显示事件相关度量和事件分析结果；

具体而言，在本发明实施例中，显示数据流测量值和广域互联电网的动态稳定性指标，进一步显示事件分析结果和相关的来源于其他电力系统数据类别中的指标。需要显示的数据可以以表格，图标，平面图或者他们的结合的方式显示。进一步，所述其他电力系统数据包括跟踪数据，历史数据，预测数据和汇总数据。

如图4所示，本发明是实例的一个实时性能监控管理过程框图，图4中，度量500，所述关键度量包括同步相量测量值，动态稳定性度量等和系统运行有关的度量，以及其他相关电力系统的度量，基于对关键度量500，可实现对事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源的分析。监控502，主要涉及判断监控度量是否处于正常范围，实时追踪系统运行性能电网数据用于寻找早期预警；分析504，用于将存档的监控信息转换成有用信息，所述监控数据包括风险分析、电网数据、历史数据、关键可靠性指标分析。评估506，系统过程评估包括风险评估，电网可靠性和系统运营效率，根据评估可进一步调整参数或监控度量用以获得期望的结果。上述性能监控管理过程作为一个整体过程，可以周期性的循环进行下去，这样可以有效地实时监控电网系统的运行。

综上所述，本发明实施例提供的一种实时监测电网系统运行性能的系统及方法。所述系统通过实时接收来源于电力系统的大量数据流，然后检测接收到的数据流中的数据，进一步分析所述度量值是否超过预定义界限值或余值，特别地，当检测分析出所述度量值中至少一个超过当地控制区域或广域互联电网的界限值，可以激活警报，并以邮件或者图形的方式通知操作员以确定事件区域，然后根据事件相关度量和事件分析结果，进行电网系统性能评估和互联电网动态稳定性状态评估，最后把事件相关度量和事件分析结果可视化显示在至少其中一个监控电脑上。

Claims (8)

1.一种实时监测电网系统运行性能的系统，其特征在于，所述系统包括：一个或多个监控电脑，所述一个或多个监控电脑用于接收包含次秒级时间戳的同步相量测量值的大量数据流；

所述一个或多个监控电脑用于存储电力系统运行性能数据；

所述一个或多个监控电脑被配置为监测广域互联电网的可靠性指标，电网操作指标，电力生产指标和传输电力指标；

所述一个或多个监控电脑被配置为实时监测来自广域互联电网的数据流中的事件和分析预测未来运营状况；

所述一个或多个监控电脑被配置为执行事件逻辑检测；

所述一个或多个监控电脑被配置为显示事件分析结果；

所述性能数据包括事件时间，事件位置，事件类型，事件等级，引起事件的根源，一个或多个关键事件相关的指标，所述相关的指标包括频率，三角频率，电压降，无功储备余值，功率传递角度，无功伏安，频率响应数据指标的其中一个或多个或全部。

2.根据权利要求1所述的一种实时监测电网系统运行性能的系统，其特征在于，所述同步相量测量值可在广域互联电网不同物理点上进行实时搜集；所述广域互联电网由一个地理区域组成，该地理区域包含一个或多个县，城市，省或国家；所述同步相量测量值还包括其他电力系统数据源，和一个或多个非电网数据源；所述其他电力系统数据源至少包括传输地图，发电厂运行参数，或EMS/SCADA系统中的一个。

3.根据权利要求1所述的一种实时监测电网系统运行性能的系统，其特征在于，所述执行事件逻辑检测基于数据组至少一个元素，所述数据组包括极限值，敏感性，余值，偏差，聚合率，数据流中一个或多个测量值的变化率和动态稳定性指标；所述动态稳定性指标来源于广域互联电网数据流的相量测量值，所述动态稳定性指标包括不稳定性频率，电压，功率流，相位角度，阻尼和振荡模式数据组中的至少一个元素。

4.根据权利要求1所述的一种实时监测电网系统运行性能的系统，其特征在于，所述显示事件分析结果为通过图形用户界面结合监控电脑同时显示事件分析结果和相关的事件度量，所述事件度量使用颜色编码，表格，图标，平面图或者他们的结合，同时当检测到事件时通过可见性警报方式提醒操作员或用户；所述图形用户界面显示在浏览器上；所述浏览器需运行在监控电脑上，进一步运行浏览器的客户端电脑通过网络连接到一个或多个客户服务器环境下的监控电脑。

5.根据权利要求1所述的一种实时监测电网系统运行性能的系统，其特征在于，允许操作员查询数据库用于确定事件的类型，位置，时间和相关的历史指标；所述一个或多个监控电脑被配置为当监测到指标和/或派生指标中的至少一个指标异常时可以激活警报，并产生图形通知。

6.一种实时监测电网系统运行性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1、一个或多个监控电脑接收包含次秒级时间戳的同步相量测量值的大量数据流；

步骤S2、实时监测来源于广域数据流的数据；

步骤S3、分析电力系统事件运行结果；

步骤S4、基于全球计算机网络接收来源于广域电网的数据流，以及事件分析结果，用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估；

步骤S5、显示数据流测量值和广域互联电网的动态稳定性指标，进一步显示事件分析结果和相关的来源于其他电力系统数据类别中的指标；

所述方法分析来源于数据流的测量值和动态性能指标；所述方法是分析极限值，敏感性，数据流中测量值的变化率和动态稳定性指标的上述一个或多个元素是否超过界限值；进一步当上述监测指标中的至少一个超过当地控制区域或广域互联电网的界限值，所述监控电脑确定控制区域，输电公司，公用设备，区域可靠协调员或可靠管辖区中的至少一个负责局部和/或广域互联电网超过界限值的部分。

7.根据权利要求6所述一种实时监测电网系统运行性能的方法，其特征在于，所述方法结合全球计算机网络用于接收来源于广域电网的数据流，该数据流进一步包括电力系统数据和第三方数据流；进一步所述一个或多个监控电脑被配置为存储与事件相关的数据，重新发送所述存储数据到图形用户界面用于进行实时电网系统性能评估，事件诊断，事件根源分析和互联电网动态稳定性状态评估。

8.根据权利要求7所述一种实时监测电网系统运行性能的方法，其特征在于，所述方法通过屏幕，浮动窗口，弹出窗口，对话框中的任何一个显示事件分析结果和相关的指标。