CN111208384B - 一种智能电网管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能电网管理系统，包括：统筹模块，电网数据采集模块，预处理模块，分析模块，运行可靠性模块，监视模块，GIS模块，用电信息采集模块，优化模块，电网可视化模块。通过采集智能电网各方面数据，并在此基础上进行数据的挖掘、分析和可视化，以更加智能、丰富的电网可视化监测、告警和分析方式，帮助生产运行和管理人员更加全面、直观、有效地掌握电网实时运行态势，进而实现对电网运行管理决策的智能辅助支撑。

Description

一种智能电网管理系统

技术领域

本发明属于智能电网领域，具体涉及应用可视化和虚拟现实技术的一种智能电网管理系统。

背景技术

随着智能电网的推广建设，电网各环节应用系统种类及规模日益庞大，各类电网信息数据量以几何形式递增，电网运行管理人员面对日益繁杂的电网信息迫切需要一套通过梳理电网各环节的关键信息，使电网运行管理人员可直观掌握当前电网整体运行态势，并为运行管理决策提供智能辅助支撑作用的平台。

目前在电力系统已尝试建设的电网可视化系统均为针对主网调度系统，通过将主网调度系统区域性数据及信息采用集中展示的方式进行建设。随着智能电网涵盖发、输、变、配、用、调六大环节建设内容的全面实施，这种仅针对电网的管理方式和系统已越来越无法满足电网运行管理人员全面掌握智能电网各环节运行态势的需求。

电网仿真计算是电网可视化管理的基本工具。当前，随着电力系统自动化技术的发展，功能越来越复杂，集成度越来越高，给数据模拟和仿真模型的构建带来新的技术挑战。

混合现实技术是虚拟现实技术的进一步发展，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。目前的混合现实处理方式由于要实时采集现实场景信息，因此存在采集现实场景信息难度大，整个混合现实系统运行时间长的问题，导致用户体验差，反馈慢，真实感下降。

这些现有技术都无法达到高效、便捷、智能地为电网管理服务的目标。

发明内容

为解决电网仿真领域的上述问题，本发明提供了一种智能电网管理系统，包括：

统筹模块，用于规范设备监测节点表，建立标准化、自动化的流程，通过标准操作流程实现对设备节点监测的全过程流程化统筹管控；

电网数据采集模块，用于定期采集所在监测节点上的智能电网运行数据，所述监测节点包括物理设备、关键节点或线路；

预处理模块，用于对智能电网运行数据进行预处理，包括：对智能电网运行数据进行异常判断，确定数据中的异常值，对异常值进行处理；对智能电网运行数据进行缺失分析，并对数据中的缺失项进行补全处理；

分析模块，用于对预处理后的智能电网运行数据进行分析处理，其中包括：对频发、多发、误发、漏发的异常信息进行统计分类，并对设备异常、故障情况下的相关设备告警信息、保护动作信息、开关变位信息类型信息进行推理分析，分析异常原因并提供处置建议；

运行可靠性模块，用于对智能电网运行数据进行可靠性信号分析，具体包括对在线运行数据进行聚类评估，实时掌握电网在线运行状态，对电网运行进行事前风险预警；

监视模块，用于提升监控信号分析效率，进行智能电网综合监视与分析；

GIS模块，用于构建电网地理信息系统，地理信息系统中包括各地理信息图层：用电负荷信息层、能源装机容量信息层、能源发电量信息层、碳排放量信息层、能源发电效率信息层、电能质量信息层、电压波动率信息层、电流/电压谐波信息层、储能系统充/放电功率信息层、储能系统信息层、气象信息层等；

用电信息采集模块，用于获取电网用户的用电信息，包括：数据线路日线损率、日总负荷、最大最小负荷、日/月总用电量、个人用户当月用电量、企业用户当月最大负荷、月峰平谷用电占比、个人用户月结算电费、企业用户月结算电费等；

优化模块，用于根据智能电网运行数据和电网用户用电信息，确定电网实时运行态势和实时用能情况，提供优化用电策略、用能分析方案。

电网可视化模块，用于对智能电网运行数据进行仿真建模，通过可穿戴设备观察电网运行状态和用能情况，将虚拟模型和实时仿真数据，叠加在现实环境中，实现电网系统内部结构和运行机制的可视化。

本发明的有益效果包括：首先，通过采集智能电网各方面数据，并在此基础上进行数据的挖掘、分析和可视化，以更加智能、丰富的电网可视化监测、告警和分析方式，帮助生产运行和管理人员更加全面、直观、有效地掌握电网实时运行态势，进而实现对电网运行管理决策的智能辅助支撑；其次，虚拟场景与现实场景的无缝对接方法，把现实场景与虚拟场景形成了一个整体，在真实电网系统的仿真场景下，通过可穿戴设备获取电网数据，物理模型混合呈现、资源信息叠加、实时数据展示等增强虚拟现实技术处理，实现虚实混合的灵活交互。用户体验好，真实感强，加强了用户的沉浸感。再次，采用灵活配电的半实物仿真，通过半实物仿真突破实物不足，虚拟模型不够真实的实际问题，有效解决了模型真实性和财力物力之间的矛盾，本发明能够在短时间内、以很低的花费，通过实时建立动态模型，使得电网管理过程变的更加简单。最后，通过设置预处理模块，对采集的智能电网运行数据进行异常判断、异常值处理和数据补全处理，提高了智能电网运行数据的质量，大大提高了建模分析的精度；以及，采用了特别的电网数据采集模块实现数据采集方法，使得运行数据的采集更高效、便捷，并且提高了数据的采集可靠性和传输可靠性。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

首先，通过采集智能电网各方面数据，并在此基础上进行数据的挖掘、分析和可视化，以更加智能、丰富的电网可视化监测、告警和分析方式，帮助生产运行和管理人员更加全面、直观、有效地掌握电网实时运行态势，进而实现对电网运行管理决策的智能辅助支撑；其次，虚拟场景与现实场景的无缝对接方法，把现实场景与虚拟场景形成了一个整体，在真实电网系统的仿真场景下，通过可穿戴设备获取电网数据，物理模型混合呈现、资源信息叠加、实时数据展示等增强虚拟现实技术处理，实现虚实混合的灵活交互。用户体验好，真实感强，加强了用户的沉浸感。再次，采用灵活配电的半实物仿真，通过半实物仿真突破实物不足，虚拟模型不够真实的实际问题，有效解决了模型真实性和财力物力之间的矛盾，本发明能够在短时间内、以很低的花费，通过实时建立动态模型，使得电网管理过程变的更加简单。最后，通过设置预处理模块，对采集的智能电网运行数据进行异常判断、异常值处理和数据补全处理，提高了智能电网运行数据的质量，大大提高了建模分析的精度；以及，采用了特别的电网数据采集模块实现数据采集方法，使得运行数据的采集更高效、便捷，并且提高了数据的采集可靠性和传输可靠性。

附图说明

图1本发明的系统框架。

图2本发明可视化模块实现的方法架构。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一步的说明。

为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。

本发明利用增强现实技术，建立虚实混合的图形化仿真平台。仿真或实验的过程中，可直观观察设备内部结构和运行机制，同时将虚拟模型和实时的仿真数据，叠加在现实环境中，带给专业人员身临其境的感受。在AR情景下，功率流动、实时运行数据，均可通过增强现实设备直观的展现在眼前。故障告警时，可直接通过虚拟模型和后台智能识别系统实现快速、精确定位。进行数模混合仿真时，应用增强现实技术，实现虚实混合仿真与交互，在真实空间内实现白天、夜间等不同时间下，分布式电源出力状态、负荷大小变化、系统运行状态的转变的综合可视化。在进行多台能量路由器组网互联的时候，将部分虚拟设备和部分真实设备组网运行，并利用增强现实技术可视化展示。

参见图1所示，智能电网管理系统包括：

统筹模块，用于规范设备监测节点表，建立标准化、自动化的流程，通过标准操作流程实现对设备节点监测的全过程流程化统筹管控；

电网数据采集模块，用于定期采集所在监测节点上的智能电网运行数据，所述监测节点包括物理设备、关键节点或线路；

预处理模块，用于对智能电网运行数据进行预处理，包括：对智能电网运行数据进行异常判断，确定数据中的异常值，对异常值进行处理；对智能电网运行数据进行缺失分析，并对数据中的缺失项进行补全处理；

分析模块，用于对预处理后的智能电网运行数据进行分析处理，其中包括：对频发、多发、误发、漏发的异常信息进行统计分类，并对设备异常、故障情况下的相关设备告警信息、保护动作信息、开关变位信息类型信息进行推理分析，分析异常原因并提供处置建议；

运行可靠性模块，用于对智能电网运行数据进行可靠性信号分析，具体包括对在线运行数据进行聚类评估，实时掌握电网在线运行状态，对电网运行进行事前风险预警；

监视模块，用于提升监控信号分析效率，进行智能电网综合监视与分析；

GIS模块，用于构建电网地理信息系统，地理信息系统中包括各地理信息图层：用电负荷信息层、能源装机容量信息层、能源发电量信息层、碳排放量信息层、能源发电效率信息层、电能质量信息层、电压波动率信息层、电流/电压谐波信息层、储能系统充/放电功率信息层、储能系统信息层、气象信息层等；

用电信息采集模块，用于获取电网用户的用电信息，包括：数据线路日线损率、日总负荷、最大最小负荷、日/月总用电量、个人用户当月用电量、企业用户当月最大负荷、月峰平谷用电占比、个人用户月结算电费、企业用户月结算电费等；

优化模块，用于根据智能电网运行数据和电网用户用电信息，确定电网实时运行态势和实时用能情况，提供优化用电策略、用能分析方案。

电网可视化模块，用于对智能电网运行数据进行仿真建模，通过可穿戴设备观察电网运行状态和用能情况，将虚拟模型和实时仿真数据，叠加在现实环境中，实现电网系统内部结构和运行机制的可视化。

优选地，其中，所述用电信息采集模块至少包括电能计量单元，用于采集用户电能输入情况，包括电压互感器、电流互感器和电能表监测装置；和集抄用户电能表单元。

优选地，其中，所述预处理模块对智能电网运行数据进行异常判断具体包括，将电网数据采集模块在一个采集周期内采集的运行数据作为一个智能电网运行数据组，对每个智能电网运行数据组进行异常分析，输出运行数据组中的异常值。

优选地，其中，所述预处理模块对智能电网运行数据进行缺失分析，具体包括，对每个智能电网运行数据组进行分析，若运行数据组中存在两个相邻的智能电网运行数据，且采样时间间隔大于设定的采集周期，则判定该相邻的智能电网运行数据之间存在缺失项。

优选地，其中，所述电压互感器、所述电流互感器，包括信号采样模块、A/D转换模块、微处理器、存储器、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块。

优选地，其中，所述电网可视化模块具体包括：

运行数据模拟单元，用于接收预处理后的智能电网运行数据，在每个数据采集周期内进行数据采集、缓存和模拟，进而导出智能电网模拟数据；

仿真模型构建单元，仿真模型按照真实智能电网的物理设备虚拟构建，参照实物场景，测量物理设备的尺寸和外观、获取不同设备之间及不同设备与场景之间的空间关系，利用建模软件，根据智能电网中电力设备的空间关系，对电力设备的核心组件进行三维仿真建模，根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，构建出整套智能电网仿真模型；

仿真数据平台单元，用于虚实数据的传输和交互，物理模型将智能电网模拟数据通过接口传递给RT-LAB仿真数据平台，虚拟模型将仿真模型构建的仿真模型数据通过接口传递给RT-LAB仿真数据平台；智能电网模拟数据和仿真模型数据在RT-LAB仿真数据平台中进行交互、融合与反馈；

虚实混合交互服务单元，用于建立智能电网混合仿真模型，在RT-LAB仿真数据平台与虚实混合交互服务器之间实现数据的交互传输与反向传输，虚实混合交互服务器主动从RT-LAB仿真数据平台中通过开放接口获取智能电网模拟数据和仿真模型数据，对这两组数据进行虚实混合仿真，建立实时更新的智能电网混合仿真模型，同时将智能电网模拟数据和仿真模型数据存入模型数据库；

显现单元，用于实现智能电网增强虚拟现实交互，通过可穿戴的增强现实设备捕获现实环境，通过无线传输方式接入到增强现实的程序，并通过数据访问接口获取智能电网混合仿真模型，将智能电网混合仿真模型叠加在现实环境中。

优选地，其中，所述电力设备核心组件包括能量路由器，能量路由器是一种信息物理系统融合的智能设备，具备变压、交直流电力变换、电能质量治理、潮流控制等功能，可实现多种电压等级的交流、直流“定制”供用电，可即插即用的接纳分布式电源。

优选地，其中，所述能量路由器间组网互联、基于云平台和手机APP的能量管理系统，对接上层电网，实现多级调度。

优选地，其中，所述电力设备核心组件还可包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等设备。

优选地，其中，所述智能电网运行数据包括智能电网中物理设备、关键节点或线路的电压及其变化，频率及其变化，组件及其变化和意外事件的信息。

优选地，其中，所述电网数据采集模块，用于定期采集所在监测节点上的智能电网运行数据，具体包括：

在智能电网系统中安装测试件，使用测试件进行智能电网运行数据的采集；

多媒体接口平台与模拟器相连接，通过多媒体接口平台向模拟器传递测试件采集的智能电网运行数据；

模拟器根据测试件采集的运行数据，通过模拟电网系统导出与运行数据相关的智能电网模拟数据；

多媒体接口平台从模拟器接收智能电网模拟数据；

其中，所述多媒体接口平台包括：

数据缓存单元，用于缓存要传递给模拟器的智能电网运行数据以及模拟器导出的智能电网模拟数据；

与模拟器和数据缓存单元连接的多媒体接口平台服务器，控制智能电网运行数据到模拟器的传递和从模拟器接收智能电网模拟数据；

与多媒体接口平台服务器连接的算法服务器，基于模拟器导出的智能电网模拟数据，计算每条电力线路中实时的有功功率和无功功率以及每条总线处的电压和相位角；

其中，算法服务器包括用于接口管理的接口管理器，用于管理与多媒体接口平台服务器交互的交互管理器，用于管理公共组件的公共组件管理器，用于管理来自模拟器的信息的信息管理器，以及用于数据管理的数据管理器。

优选地，其中，所述智能电网运行数据包括智能电网中物理设备、关键节点或线路的电压及其变化，频率及其变化，组件及其变化和意外事件的信息。

优选地，其中，所述智能电网模拟数据包括模拟智能电网中关键物理设备、关键节点或线路的电压，电流，母线电压，线路电力流量和断路器状态的信息。

优选地，其中，所述系统还包括：

互动模块，用于提供三维互动用户界面，通过外设接收用户指令，将用户输入指令传递给运行数据来源端，之后运行数据来源端进行指令分析、权限设定操作，来决定是否执行该指令；如果权限确认通过，输入指令被执行，智能电网的运行状态也将被改变，并对最新的智能电网运行数据进行采集。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：首先，通过采集智能电网各方面数据，并在此基础上进行数据的挖掘、分析和可视化，以更加智能、丰富的电网可视化监测、告警和分析方式，帮助生产运行和管理人员更加全面、直观、有效地掌握电网实时运行态势，进而实现对电网运行管理决策的智能辅助支撑；其次，虚拟场景与现实场景的无缝对接方法，把现实场景与虚拟场景形成了一个整体，在真实电网系统的仿真场景下，通过可穿戴设备获取电网数据，物理模型混合呈现、资源信息叠加、实时数据展示等增强虚拟现实技术处理，实现虚实混合的灵活交互。用户体验好，真实感强，加强了用户的沉浸感。再次，采用灵活配电的半实物仿真，通过半实物仿真突破实物不足，虚拟模型不够真实的实际问题，有效解决了模型真实性和财力物力之间的矛盾，本发明能够在短时间内、以很低的花费，通过实时建立动态模型，使得电网管理过程变的更加简单。最后，通过设置预处理模块，对采集的智能电网运行数据进行异常判断、异常值处理和数据补全处理，提高了智能电网运行数据的质量，大大提高了建模分析的精度；以及，采用了特别的电网数据采集模块实现数据采集方法，使得运行数据的采集更高效、便捷，并且提高了数据的采集可靠性和传输可靠性。

这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (9)

1.一种智能电网管理系统，其特征在于，包括：

统筹模块，用于规范设备监测节点表，建立标准化、自动化的流程，通过标准操作流程实现对设备节点监测的全过程流程化统筹管控；

电网数据采集模块，用于定期采集所在监测节点上的智能电网运行数据，所述监测节点包括物理设备、关键节点或线路；

预处理模块，用于对智能电网运行数据进行预处理，包括：对智能电网运行数据进行异常判断，确定数据中的异常值，对异常值进行处理；对智能电网运行数据进行缺失分析，并对数据中的缺失项进行补全处理；

分析模块，用于对预处理后的智能电网运行数据进行分析处理，其中包括：对频发、多发、误发、漏发的异常信息进行统计分类，并对设备异常、故障情况下的相关设备告警信息、保护动作信息、开关变位信息类型信息进行推理分析，分析异常原因并提供处置建议；

运行可靠性模块，用于对智能电网运行数据进行可靠性信号分析，具体包括对在线运行数据进行聚类评估，实时掌握电网在线运行状态，对电网运行进行事前风险预警；

监视模块，用于提升监控信号分析效率，进行智能电网综合监视与分析；

GIS模块，用于构建电网地理信息系统，地理信息系统中包括各地理信息图层：用电负荷信息层、能源装机容量信息层、能源发电量信息层、碳排放量信息层、能源发电效率信息层、电能质量信息层、电压波动率信息层、电流/电压谐波信息层、储能系统充/放电功率信息层、储能系统信息层、气象信息层；

用电信息采集模块，用于获取电网用户的用电信息，包括：数据线路日线损率、日总负荷、最大最小负荷、日/月总用电量、个人用户当月用电量、企业用户当月最大负荷、月峰平谷用电占比、个人用户月结算电费、企业用户月结算电费；

优化模块，用于根据智能电网运行数据和电网用户用电信息，确定电网实时运行态势和实时用能情况，提供优化用电策略、用能分析方案；

电网可视化模块，用于对智能电网运行数据进行仿真建模，通过可穿戴设备观察电网运行状态和用能情况，将虚拟模型和实时仿真数据，叠加在现实环境中，实现电网系统内部结构和运行机制的可视化;

其中，所述电网可视化模块具体包括：

运行数据模拟单元，用于接收预处理后的智能电网运行数据，在每个数据采集周期内进行数据采集、缓存和模拟，进而导出智能电网模拟数据；

仿真模型构建单元，仿真模型按照真实智能电网的物理设备虚拟构建，参照实物场景，测量物理设备的尺寸和外观、获取不同设备之间及不同设备与场景之间的空间关系，利用建模软件，根据智能电网中电力设备的空间关系，对电力设备的核心组件进行三维仿真建模，根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，构建出整套智能电网仿真模型；

仿真数据平台单元，用于虚实数据的传输和交互，物理模型将智能电网模拟数据通过接口传递给RT-LAB仿真数据平台，虚拟模型将仿真模型构建的仿真模型数据通过接口传递给RT-LAB仿真数据平台；智能电网模拟数据和仿真模型数据在RT-LAB仿真数据平台中进行交互、融合与反馈；

虚实混合交互服务单元，用于建立智能电网混合仿真模型，在RT-LAB仿真数据平台与虚实混合交互服务器之间实现数据的交互传输与反向传输，虚实混合交互服务器主动从RT-LAB仿真数据平台中通过开放接口获取智能电网模拟数据和仿真模型数据，对这两组数据进行虚实混合仿真，建立实时更新的智能电网混合仿真模型，同时将智能电网模拟数据和仿真模型数据存入模型数据库；

显现单元，用于实现智能电网增强虚拟现实交互，通过可穿戴的增强现实设备捕获现实环境，通过无线传输方式接入到增强现实的程序，并通过数据访问接口获取智能电网混合仿真模型，将智能电网混合仿真模型叠加在现实环境中。

2.根据权利要求1的系统，其中，所述用电信息采集模块至少包括电能计量单元，用于采集用户电能输入情况，包括电压互感器、电流互感器和电能表监测装置；和集抄用户电能表单元。

3.根据权利要求1的系统，其中，所述预处理模块对智能电网运行数据进行异常判断具体包括，将电网数据采集模块在一个采集周期内采集的运行数据作为一个智能电网运行数据组，对每个智能电网运行数据组进行异常分析，输出运行数据组中的异常值。

4.根据权利要求3的系统，其中，所述预处理模块对智能电网运行数据进行缺失分析，具体包括，对每个智能电网运行数据组进行分析，若运行数据组中存在两个相邻的智能电网运行数据，且采样时间间隔大于设定的采集周期，则判定该相邻的智能电网运行数据之间存在缺失项。

5.根据权利要求2的系统，其中，所述电压互感器、所述电流互感器，包括信号采样模块、A/D转换模块、微处理器、存储器、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块。

6.根据权利要求1的系统，其中，所述电力设备核心组件包括能量路由器，能量路由器是一种信息物理系统融合的智能设备，具备变压、交直流电力变换、电能质量治理、潮流控制功能，可实现多种电压等级的交流、直流“定制”供用电，可即插即用的接纳分布式电源。

7.根据权利要求6的系统，其中，所述能量路由器间组网互联、基于云平台和手机APP的能量管理系统，对接上层电网，实现多级调度。

8.根据权利要求1的系统，其中，所述电力设备核心组件还包括变压器、断路器、隔离开关、互感器。

9.根据权利要求1的系统，其中，所述智能电网运行数据至少包括智能电网中物理设备、关键节点或线路的电压及其变化，频率及其变化，组件及其变化和意外事件的信息。